성균나노과학기술원(SAINT) 임용택 교수 연구팀은 감염 후 체내에서 유도되는 항바이러스 면역반응에서 아이디어를 얻어, 병원균의 동력학적 행동을 모방한 차세대 항암 면역치료제를 개발했다. 이 연구는 병원균이 면역세포를 자극할 때 나타나는 톨-유사수용체 자극 신호의 순차적 전달에 의한 시너지 효과(synergistic effect)와 병원균의 자가증식(self-replication)을 통한 지속적 면역반응을 모방함으로써 기존 면역치료제의 효능을 혁신적으로 향상시켰다.

이 연구 성과는 나노바이오 공학 및 소재 분야의 세계적인 학술지 'Advanced Materials (IF=27.4, 2024년 10월 9일)'와 'Advanced Functional Materials (IF=18.5, 2024년 11월 3일)'에 각각 온라인 게재되었다.

바이러스는 체내 감염 후 자가증식을 통해 7-14일 동안 항원과 감염신호를 전달하는데, 이 과정은 감염된 환자에게 병원균에 대한 면역력을 형성시키며, 이후 재감염을 방지한다. 그러나 기존 항암면역치료제는 이러한 바이러스의 동력학적 특성을 모방하지 못해, 투여 후 1-2일 내 체내에서 대부분 소멸하면서 충분한 면역반응을 유도하지 못하고, 그 결과 암의 전이나 재발을 효과적으로 억제하지 못하는 한계를 보였다. 연구팀은 기존의 톨 유사수용체-7/8 아고니스트 (Toll-like receptor 7/8 agonist) 기반 항암 면역치료제의 한계를 극복하기 위해, 생체부착성 타닌산을 활용하여 림프절 부착 및 침투가 가능한 신규 항암 면역치료제 ’생체부착형 면역 도메인 (Bioadhesive Immune Niche Domain; BIND)’을 개발했다. 이 항암 면역치료제는 바이러스의 자가증식의 동력학적 행태를 모방하여 7-14일 동안 림프절 내에서 백신 전달이 점진적으로 증가하도록 설계되었다. 또한, 바이러스의 림프절 침투 메커니즘을 재현해 콜라겐과의 접촉을 통해 림프절 내부로 용이하게 침투함으로써 항원 특이적 T 세포의 효과적 생성을 유도했다. 연구 결과, 흑색종 피부암 모델에서 이 항암 면역치료제는 기존 mRNA 항암 치료제 대비 월등히 높은 항암 효능을 보였다.

임용택 교수 연구팀은 또한 소아결핵 및 방광암 치료에 쓰이는 생병원균 기반의 BCG 백신의 부작용에 주목하였는데, BCG 백신 널리 사용되고 있긴 하지만 염증과 2차 감염 등의 부작용이 자주 일어나며 지속적인 치료효과가 부족하다는 점을 발견했다. 이를 극복하기 위하여 Microbacterium 균으로부터 톨 유사수용체-2를 자극할 수 있는 세포벽 골격(Cell-Wall Skeleton)을 추출하였으며, 이를 시간차를 두고 톨 유사수용체-7/8을 자극하는 t-TLR-7/8a와 제형화하여 '재조합된 합성 나노병원균 (Reconstituted Synthetic Nanopathogen; RSnP)'를 제조했다.

RSnP는 단독으로도 방광암 모델의 치료에 있어서 뛰어난 효과를 보였으며, Treg 고갈 항체인 anti-CCR8과 병용치료 시 기존에 치료가 어려웠던 큰 크기의 종양에서도 대부분 완전관해를 발생시키는 탁월한 효과를 보였다. 뿐만 아니라, 전신 독성 분석 결과 대조군과 유사한 정도로 낮은 독성을 보여 (Virulence-Free) 높은 임상적용 가능성을 가지고 있음을 시사했다.

논문명: Transformable Gel-to-Nanovaccine Enhances Cancer Immunotherapy via Metronomic-Like Immunomodulation and Collagen-Mediated Paracortex Delivery (Advacned Materials; IF=27.4, Oct 09, 2024)

저자: 진승모 (제 1 저자, 박사 후 연구원), 조주희 (공저자, 연구원), 곽예진 (공저자, 석박사통합과정), 박세현 (공저자, 박사과정), 최진호 (공저자, 박사과정), 신홍식 (공저자, 박사과정), 임용택 (교신저자, 성균관대 교수)

논문명: Virulence-Free Reconstituted Synthetic Nanopathogen Empowered by Timely-Activating TLR Agonist Promotes Heterologous Cancer Immunotherapy with Depletion of Tumor-Specific Treg Cells (Advanced Functional Materials; IF=18.5, Nov 03, 2024)

저자: 이상남 (제 1 저자, 박사 후 연구원), 박세현 (공저자, 박사과정), 최진호 (공저자, 박사과정), 허장훈 (공저자, 석박사통합과정), 임용택 (교신저자, 성균관대 교수)