암을 치료하는 인공 림프절

새로 개발된 림프절(면역 체계 구성 요소로 가득 찬 주머니)이 피부 아래에 이식된다. 이는 면역 체계 T 세포가 암세포를 인식하고 죽이도록 가르치는 학습 허브 및 자극기 역할을 하도록 설계되었다.

림프절(주로 목, 겨드랑이, 사타구니 등 몸 전체에 있는 작은 샘)은 쥐와 사람을 포함한 포유류의 면역 체계의 일부이다. 신체의 한 부위에 있는 면역 세포가 임박한 위험에 대해 면역 체계에 경고하기 위해 멀리 이동할 필요가 없도록 그 수가 수백 개에 이른다.

이번 연구의 제1저자이자 현재 매사추세츠 종합병원의 박사후 연구원인 나탈리 리빙스턴(Natalie Livingston)은 “이들은 면역 체계의 싸우는 세포인 T 세포가 감염이나 다른 비정상 세포와 싸우기 위해 활성화되기를 기다리면서 휴면 상태로 누워 있는 착륙 지점이다.”고 말한다.

"암은 T 세포를 휴면 상태로 유지하도록 속일 수 있기 때문에 인공 림프절은 림프절 옆에 주입되는 T 세포에 정보를 제공하고 활성화하도록 설계되었다."

인공 림프절을 만들기 위해 과학자들은 화장품과 로션에 일반적으로 사용되며 신체의 피부와 관절에서 자연적으로 발견되는 보습 물질인 히알루론산을 사용했다.

그 특성으로 인해 히알루론산은 신체에 이식되거나 적용되는 상처 치유 패치와 같은 생분해성 재료에 자주 사용된다. 이러한 특성 중 히알루론산은 세포 표면 수용체를 통해 T 세포와 연결될 수 있다.

현재 연구에서 팀은 히알루론산을 새로운 림프절의 지지대 또는 베이스로 사용하고 T 세포 및 기타 면역 체계 구성 요소를 활성화하는 MHC(주요 조직 적합성 복합체) 또는 HLA(인간 조직 적합성 항원) 분자를 추가했다. 그런 다음 그들은 또한 T 세포가 무엇을 찾아야 하는지를 “가르치기” 위해 암세포에 공통적인 분자와 항원을 추가했다.

"인공 림프절에 다른 항체를 추가함으로써 우리는 T 세포가 활성화되어 검색하는 것을 제어할 수 있습니다"라고 리빙스턴은 말한다.

결과적으로 만들어진 인공 림프절의 크기는 약 150 마이크론으로 사람 머리카락 너비의 약 두 배이다. 피부 아래에 남아있을 만큼 작고 혈류에 휩쓸리지 않을 만큼 크다.

존스 홉킨스 의과대학 병리학, 의학, 종양학 교수이자 존스 홉킨스 의과대학 소장인 조나단 슈넥(Jonathan Schneck)은 “CAR-T와 같은 다른 세포 기반 치료법에 비해 이 접근 방식의 장점은 제조 단계가 적다는 것이다. 중개 면역공학 센터, 세포 공학 연구소, 킴멜 암 센터, 나노생명공학 연구소 회원이다.

현재의 세포 기반 치료법은 환자로부터 T 세포를 추출하고, 이를 신체 외부에서 조작하여 특정 유형의 암을 인식한 후 다시 환자에게 주입해야 한다.

“우리의 접근 방식에서는 인공 림프절과 함께 T 세포를 주입하고, T 세포는 체내 인공 림프절에 의해 준비되고 교육된다. 그런 다음 T 세포는 어디든 이동하여 암세포를 파괴할 수 있다.”라고 존스 홉킨스 나노생명공학연구소 소장 마오 하이콴과 함께 연구팀을 이끈 슈네크는 말했다.

리빙스턴, 슈네크 및 동료들은 흑색종이나 결장암을 이식한 생쥐에서 인공 림프절을 테스트했다. 종양을 이식한 지 6일 후, 쥐에게 인공 림프절과 T 세포를 주사했다.

연구진은 이들 쥐를 인공 림프절만 투여받은 쥐, T 세포만 투여받은 쥐(인공 림프절에 의해 활성화되지 않은), 항PD-1이라는 면역치료제 계열과 함께 T 세포를 투여받은 쥐와 비교했다.

9일 후, 흑색종과 대장암에 걸린 쥐에게 인공 림프절, T 세포, 항PD-1 약물을 병용 투여한 쥐의 생존율이 가장 높았다(7마리의 쥐 중 3마리는 33일까지 생존했다). 약 26일밖에 살지 못한 다른 그룹과 비교했을 때 이 그룹의 쥐는 또한 가장 느린 암 성장률을 보였다. 이들 그룹의 암 크기가 다른 그룹보다 두 배로 커지는 데는 5~10일이 더 걸렸다.

과학자들은 또한 인공 림프절이 다른 면역 세포의 유입을 유인하고 면역 체계를 더욱 자극하는 데 도움이 되는 "면역학적 활성 틈새" 역할을 한다는 사실도 발견했다. 인공 림프절과 함께 T 세포를 생쥐에 주입하면 T 세포 수가 9배나 많아졌다.

리빙스턴은 인공 림프절 접근 방식이 일반적으로 T 세포가 무엇을 찾아야 하는지 가르치는 면역 체계 구성 요소인 수지상 세포를 활성화하는 암 백신과 다르다고 말했다. 암에 걸린 사람들은 종종 제대로 작동하지 않는 수지상 세포가 발생하는데, 인공 림프절은 수지상 세포를 건너뛰고 T 세포를 직접 활성화시킨다.

연구팀은 림프절에 더 많은 면역 신호 분자를 추가하고 인공 림프절 환경에 더 많은 숙주의 면역 세포를 모집하기 위한 추가 실험실 연구를 수행할 계획이다.

슈네크는 “우리는 재료과학과 면역학 분야를 결합하여 자체 면역학 커뮤니티를 형성하는 잠재적인 치료법, 즉 일종의 살아있는 약물을 만들었다.”라고 말했다.

연구원들은 연구에서 설명된 기술과 관련된 특허를 신청했다.

Advanced Materials 저널에 게재되었다.

출처: 존스홉킨스대학교