UBC 연구진이 줄기세포로부터 중요한 면역 세포의 일종을 안정적으로 배양하는 방법을 알아냈습니다. 이번 연구 성과는 강력한 세포 치료법을 더 저렴하고, 더 빠르게, 더 널리 보급하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다.
과학자들이 처음으로 실험실에서 줄기세포를 이용해 핵심적인 인간 면역 세포 유형을 안정적으로 배양하는 방법을 알아냈습니다. 이는 최첨단 "생체 약물"을 더 저렴하고, 더 빠르고, 더 쉽게 접근할 수 있는 치료법으로 전환하는 데 도움이 될 수 있는 획기적인 발견입니다.
브리티시컬럼비아 대학교 연구진은 인간 줄기세포를 보조 T세포와 살해 T세포라는 두 가지 강력한 면역 세포 유형으로 제어 가능하고 확장 가능한 방식으로 유도할 수 있다고 보고했습니다. 그들의 연구 결과는 다음과 같습니다. 출판 세포줄기세포(Cell Stem Cell) 저널에 발표된 이 논문은 유전자 조작 세포 치료법을 더 많은 환자에게 제공하는 데 있어 주요 병목 현상 중 하나를 다룹니다.
암 치료를 위한 CAR-T 치료를 포함한 유전자 조작 세포 치료법은 환자 자신의 면역 세포를 재프로그래밍하여 질병을 인식하고 파괴할 수 있도록 하는 방식으로 작용합니다. 이러한 치료법은 기존 치료법으로는 치료가 불가능했던 일부 암 환자들에게 극적인 효과를 보여주어 "살아있는 약"이라는 별명을 얻었습니다.
하지만 오늘날의 세포 치료법은 환자 자신의 면역 세포를 이용하여 각 환자에게 맞춤 제작됩니다. 이는 복잡하고 개별화된 제조 과정에 몇 주가 소요되며, 비용이 많이 들고 공급이 제한적이라는 것을 의미합니다.
"유전자 조작 세포 치료법은 현대 의학을 혁신하고 있습니다."라고 공동 선임 저자인 피터 잔드스트라 UBC 생의학 공학과 교수 겸 학장은 보도 자료에서 밝혔습니다. "이번 연구는 이러한 생명을 구하는 치료법을 더 많은 사람들이 이용할 수 있도록 하는 데 있어 가장 큰 과제 중 하나를 해결하고, 여러 유형의 면역 세포를 배양하는 신뢰할 수 있고 확장 가능한 방법을 최초로 제시했습니다."
이 분야의 장기적인 비전은 환자 한 명씩 맞춤형으로 제조하는 방식에서 벗어나 줄기세포와 같은 재생 가능한 자원에서 미리 만들어 놓은 기성품으로 전환하는 것입니다. 줄기세포는 원칙적으로 대량으로 배양한 후 필요에 따라 특정 세포 유형으로 분화시킬 수 있습니다.
그것이 바로 연구자들이 목표로 하는 방향이라고 UBC 외과 및 생의학 공학 교수이자 공동 선임 저자인 메건 레빙스는 언급했습니다.
"장기적인 목표는 줄기세포와 같은 재생 가능한 자원에서 미리 대량 생산된 기성품 세포 치료제를 확보하는 것입니다."라고 그녀는 보도자료에서 밝혔습니다. "이렇게 하면 치료 비용이 훨씬 저렴해지고 환자들이 필요로 할 때 바로 치료를 받을 수 있게 될 것입니다."
이를 위해서는 과학자들이 적절한 면역 세포 조합을 만들어낼 수 있어야 합니다. 암세포를 공격하는 세포 치료법은 킬러 T 세포와 헬퍼 T 세포가 모두 존재할 때 가장 효과적입니다. 킬러 T 세포는 감염된 세포나 암세포를 직접 공격합니다. 헬퍼 T 세포는 마치 지휘자처럼 위협을 감지하고 다른 면역 세포를 활성화하며 면역 반응이 지속되도록 돕습니다.
연구자들이 줄기세포를 킬러 T세포로 전환하는 데는 진전을 이루었지만, 도우미 T세포를 안정적으로 생산하는 것은 여전히 어려운 과제로 남아 있습니다.
레빙스는 "도움 T 세포는 강력하고 지속적인 면역 반응에 필수적입니다."라고 덧붙이며, "기성 치료제의 효능과 유연성을 극대화하려면 이 두 가지 모두를 확보하는 것이 중요합니다."라고 강조했습니다.
이번 새로운 연구에서 UBC 연구팀은 줄기세포가 면역세포로 성숙하는 과정을 안내하는 생물학적 신호를 세심하게 조절함으로써 오랫동안 해결되지 않았던 이 문제를 해결하는 방법을 밝혀냈습니다.
연구팀은 면역 세포 형성 초기 단계에 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 노치(Notch)라는 발달 신호에 주목했습니다. 그 결과, 노치는 초기에는 필요하지만, 이 신호를 너무 오랫동안 활성화 상태로 유지하면 오히려 보조 T 세포 형성을 차단한다는 사실을 발견했습니다.
과학자들은 이 신호의 강도를 언제, 어떻게 조절해야 하는지 알아냄으로써 발달 중인 세포의 운명을 제어할 수 있을 것이다.
"이 신호를 언제, 얼마나 감소시킬지 정밀하게 조절함으로써 줄기세포를 보조 T세포 또는 살해 T세포로 분화시킬 수 있었습니다."라고 공동 제1 저자인 로스 존스(잔드스트라 연구실 연구원)는 덧붙였습니다. "우리는 이를 실제 생물 제조에 직접 적용할 수 있는 통제된 실험실 환경에서 수행할 수 있었으며, 이는 이번 발견을 실용적인 치료법으로 전환하는 데 필수적인 단계입니다."
현미경으로 봤을 때 보조 T세포처럼 보이는 세포를 만드는 것만으로는 충분하지 않습니다. 그 세포들은 실제 보조 T세포처럼 기능해야 합니다.
연구팀은 실험실에서 배양한 보조 T 세포가 건강하고 성숙한 세포의 표지자를 가지고 있으며, 다양한 면역 수용체(T 세포가 다양한 위협을 인식할 수 있도록 하는 분자적 "안테나")를 나타낸다는 것을 보여주었습니다. 또한 이 세포들은 면역 체계에서 각기 다른 역할을 수행하는 다양한 보조 T 세포 하위 유형으로 분화할 수 있었습니다.
"이 세포들은 진짜 인간 보조 T 세포처럼 보이고 행동합니다."라고 공동 제1 저자인 케빈 살림(UBC 레빙스 연구실 박사 과정 학생)이 덧붙였습니다. "이는 향후 치료 가능성에 매우 중요합니다."
줄기세포로부터 보조 T세포와 살해 T세포를 모두 생성하고 그 비율을 조절할 수 있다면 미래의 줄기세포 기반 치료법은 더욱 강력하고 유연해질 수 있을 것이다. 예를 들어, 연구자들은 다양한 질병에 맞춘 세포 치료제를 설계하거나, 보조 T세포와 살해 T세포의 비율을 조절하여 면역 반응의 강도와 지속 시간을 미세하게 조정할 수 있을 것이다.
잔드스트라 박사는 “이번 성과는 확장 가능하고 경제적인 면역 세포 치료법 개발에 있어 중요한 진전입니다.”라고 덧붙였습니다. “이 기술은 이제 암세포 제거를 돕는 보조 T세포의 역할을 검증하고, 임상 적용을 위해 조절 T세포와 같은 새로운 유형의 보조 T세포 유래 세포를 개발하는 토대가 될 것입니다.”
조절 T 세포는 면역 체계의 균형을 유지하고 신체의 자가 조직을 공격하는 것을 방지하는 데 도움을 주는 또 다른 특수 면역 세포 유형입니다. 미래에는 줄기세포에서 유래한 조절 T 세포가 자가면역 질환 치료나 이식 장기의 수용을 돕는 데 사용될 수 있을 것입니다.
현재로서는 UBC 연구팀의 연구는 그러한 더 큰 비전을 향한 중요한 발걸음입니다. 줄기세포를 대규모 생산에 적합한 조건에서 두 가지 주요 T세포 유형으로 안정적으로 전환할 수 있음을 보여줌으로써, 그들은 기성품 형태의 살아있는 치료제라는 아이디어를 현실에 한 걸음 더 가까이 다가가게 했습니다.
향후 연구를 통해 동물에서, 그리고 궁극적으로 사람에게서도 이러한 실험실 배양 세포의 안전성과 효과가 확인된다면, 암, 감염성 질환 및 자가면역 질환 환자들은 오늘날 맞춤형 치료에 따르는 긴 대기 시간이나 높은 비용 부담 없이 강력하고 미리 만들어진 면역 세포 치료를 받을 수 있게 될 것입니다.