`수지상세포 기반의 항암 면역치료를 위한 다기능성 이중막 나노입자'라는 연구논문(2011년9월 Nature Nanotechnology에 발표)으로 제45회 유한의학상 대상 수상의 영예를 차지한 성승용 서울의대 미생물학교실 교수(면역학 전공)는 모든 공을 주변에 돌렸다.
성 교수는 이 분야 연구와 관련한 최근의 국내외 연구동향과 관련, “2010년 Dendreon사가 전립선 암 적응증의 수지상세포 치료제를 세계 최초로 FDA 허가를 받고 제품을 출시했다”며 “그러나 유효성이 높지 않아 추가적인 기술 개발이 필요하다”고 밝혔다.
성 교수는 “국내는 기술 혁신적인 제품보다는 기존에 보고된 해외 기술을 적용한 수지상세포 치료제가 임상시험 중”이라고 전했다.
성 교수는 연구과정사의 애로점과 관련, “수지상세포 치료제는 제약산업 측면의 요소기술도 갖추고 있으나 주로 병원 산업 측면의 요소가 강해 제약회사의 투자가 미비 즉, 비임상 및 임상시험 진입에 장벽이 있다”고 귀뜀했다. 이 분야에 먼저 진출한 벤쳐회사들에서 효능증대를 위한 기술 개발보다는 자금확보를 목적으로 활용하고 있어 실질적인 기술 개발자들을 곤혹하게 하고 있다는 지적이다.
성 교수는 향후 전망과 관련, “환자 맞춤형 의학이 세계적 추세이며 수지상 세포치료제도 유전체학과 단백체학 기술과 접목시켜 개별 암환자에만 발현하는 암항원 검색이 실시간 이루어질 수 있고 유전공학기술의 발달로 해당 암항원을 대량으로 빠른시간에 생산 할 수 있을 것”이라고 예상했다. 또 “이를 통하여 개별 암 환자 특이적 면역 반응을 유도 할 수 있는 환자 맞춤형 항암 수지상세포 치료제 기술 개발이 근 시일내에 가능할 것”이라고 확신했다.
성 교수는 향후 연구계획과 관련, “제가 서울의대 산하 시스템면역의학연구소의 건립추진 단장을 맡고 있는데 오는 2013년 9월 강원도 홍천에서 개소를 목표로 하고 있다”며 “이 연구소에서 유전체학, 단백체학, 등 다학제간 연구를 접목시켜 보다 향상된 효능을 갖는 수지상 세포 치료제를 개발할 예정”이라고 강조했다.
특히 성 교수는 “궁극적으로 이곳에 말기 암환자 맞춤형 수지상세포 치료제 생산이 실시간으로 이루어질 수 있는 시스템을 구축하여 동남아시아를 대상으로 하는 신 의료시장 진입을 목표로 하고 진행하고 있다”고 진행과정을 전했다.
김기원 기자
■수상 논문 개요 및 의의
유한의학상 대상 수상자인 성승용 교수의 논문 `수지상세포 기반의 항암면역 치료를 위한 다기능성 이중막 나노입자' 중 수지상세포(Dendritic cell, DC)는 Dr. Steinmann이 1980년대 발견해 2011년 노벨 생리의학상을 받기전 까지 세계 수많은 의학자들이 효율적인 항암 면역 치료의 수단으로써 연구해 왔다.
그 중 중요한 한 줄기의 연구가 수지상세포의 활성화 기전 및 효율적인 활성화 기술을 개발하는 것이었으나 실용화의 근간이 되는 활성화 기전에 대해서는 학계에서 논란이 많았다.
연구자는 수지상세포와 같은 선천 면역계 세포를 효과적으로 활성화 시키는 리간드들의 공통 패턴은 그 분자들의 표면에 광범위하게 노출된 소수부위임을 2004년 Nature Reviews Immunology(Seong SY et al., 2004 4:469. 제 1 및 책임 저자)에 제시했다. 이 논문에서 최초로 Damage-associated molecular pattern (DAMP)의 개념을 제시해 수지상세포 활성화 이론을 정리했다. 현재 세계 DAMP 학회가 창립되어 매년 개최되고 있다.
연구자는 상기 신규 이론을 바탕으로 보다 우수한 항암면역치료 기술의 개발을 위해 DC와 같은 항원 제공 세포가 소수성물질을 인식할 수 있는 수용체 발굴 연구와 이 수용체를 효과적으로 자극할 수 있는 인체적용이 가능한 endogenous ligand를 탐색하는 연구를 진행해 오고 있다.
DC를 이용한 항암 면역치료요법의 주요 기술 장벽은 약 8가지 정도로 분류된다. 특히 이중에서도 △DC에 종양항원 탑재의 효율성 △환자 체내에 주사된 종양항원을 탑재한 DC의 효율적인 림프절로의 이동 △림프절로 이동한 DC가 암환자의 면역 억제 미세환경을 극복하고 종양항원 특이적 T 림프구를 활성화 하는 효율성에 있다.
이러한 기술 장벽을 해결하고 생체 내외에서 제작 공정 및 항암 수지상 세포 치료제의 효율성을 동시에 monitoring 하기 위한 기술개발이 절실한 상황이었다.
연구자는 DC내로의 항원전달력을 높일 수 있는 물질 (ZnO2)을 발굴하고 이 물질이 가지고 있는 내인성 발광 특성을 활용하여 체외에서 DC에 항원 탑재 효율 증대 및 제형별 탑재 효능을 동시에 monitoring 할 수 있는 기술을 개발했다.
또한 효과적인 DC 항암 면역 치료 기술의 생체내 효능을 모니터링하기 위해 Magnetic Resonance Imaging에서 사용되는 FeO2Nanoparicle을 DC에 탑재하여 생체내 투입된 DC의 이동 효율성을 monitoring 할 수 있는 기술을 개발했다.
상기 ZnO2의 생체외 특성 및 장점과 FeO2의 생체내 특성과 장점을 병합하기 위해 FeO2Nanoparicle을 core로 하고 그 표면을 ZnO2로 덮어서 (shell), FeO2(core)-ZnO2(shell)의 나노 스케일 (< 50 nm 직경)의 이중구조의 나노입자를 제작-생체외에서는 종양 항원의 DC내 탑재 효율성 증가와 탑재 효능 모니터링 기술을 제공하고 생체내에서는 체내 주사된 DC의 이동 효율성을 monitoring 할수 있는 기술을 제공하고 있다.
이 기술은 향후 항암 면역 세포치료분야에서 ex vivo antigen loading과 monitoring 및 in vivo 세포 추적 기술을 동시에 필요로 하는 수지상세포 항암 면역 치료 기술의 platform technology가 될 것으로 기대되고 있다.
