나노 입자로 '면역항암·유전자 치료' 통합 구현…"동물실험 효과 확인"

대전=정일웅 기자

입력 2026.07.28 08:26

면역항암과 유전자 치료를 하나의 나노 입자로 구현한 새로운 항암 플랫폼이 개발됐다. 이를 적용한 동물실험에선 종양 성장이 효과적으로 억제되는 효과가 관찰돼 새로운 치료 전략으로 활용될 가능성을 엿볼 수 있게 한다.

KAIST는 생명화학공학과 김유천 교수 연구팀이 암세포 내부에 강한 스트레스를 줘 면역원성 세포사멸을 유도하는 동시에 유전자 치료제를 세포 안으로 전달하는 기능의 '나선형 폴리펩타이드 나노입자' 플랫폼을 개발했다고 28일 밝혔다.

AI 생성 이미지. KAIST

면역원성 세포사멸은 암세포가 사멸하면서 주변 면역세포에 위험 신호를 보내 공격을 유도하는 현상을 말한다. 폴리펩타이드는 아미노산이 길게 연결된 고분자 물질이다.

인체 내 면역세포는 바이러스, 세균 등 외부 침입자를 효과적으로 제거하는 역할을 한다. 하지만 암세포는 면역 회피 전략으로 면역세포의 감시를 피한다. 바꿔 말해 면역세포가 암세포를 공격 대상으로 인식하지 못하면서, 항암 치료 효과를 기대하기 어렵게 될 수 있다.

같은 이유로 최근에는 나노입자로 암세포에 약물과 유전자를 전달해 면역반응을 활성화하는 연구가 활발하게 진행된다. 단 나노 소재의 어떤 특성이 세포의 스트레스를 유도하고, 항암 면역반응을 활성화하는가에 답은 명확하게 밝혀지지 않았다.

연구팀은 답을 찾기 위해 나노 입자를 비교·분석하는 과정을 거쳤고, 이 결과 나노 소재 성분과 나선형으로 감긴 모양이 치료 효과를 결정하는 핵심 요소가 되는 것을 확인했다.

특히 양전하를 띠는 4차 아민(세포막과 잘 결합하는 화학구조)과 나선형 구조가 결합했을 때는 마치 나선형 나사가 회전해 물체를 뚫는 것처럼 세포막을 파고들어 암세포 내밀한 곳까지 침투가 가능했다.

반대로 같은 성분도 나선형으로 감기지 않은 입자는 세포 내부로 침투하지 못했고, 면역반응 유도도 확인할 수 없었다.

이 같은 원리를 토대로 개발한 나선형 나노 입자는 일반 세포보다 막의 전기적 특성이 다른 암세포를 먼저 찾아내 침투한다. 또 세포의 발전소 역할을 하는 '미토콘드리아'와 여러 세포 소기관의 막을 교란해 암세포에 극심한 스트레스를 유발하는 것으로 관찰됐다.

무엇보다 극심한 스트레스를 받은 암세포가 사멸하는 과정에선 일종의 구조 신호인 '손상 연관 분자 패턴(Damage-Associated Molecular Patterns·DAMPs)'을 주변으로 방출되고, 이를 감지한 면역세포가 암세포를 다시 '적'으로 인식해 공격하는 선순환이 이뤄진다는 점이 유의미하다. 사멸 과정에 놓인 암세포가 스스로 숨은 위치를 외부에 알려 면역세포가 공격할 수 있는 단초를 제공하는 셈이다.

(왼쪽부터) 김유천 KAIST 교수, 이용규 한국교통대 교수, 윤아름 한양대 박사, 이수삼 KAIST 박사. KAIST

연구팀이 개발한 나선형 나노 입자는 면역반응을 일으키는 데 그치지 않고, 유전자 치료제를 옮기는 운반체 역할도 수행한다.

메신저 리보핵산(mRNA, 단백질을 만드는 유전 정보)과 작은 간섭 리보핵산(siRNA, 특정 유전자의 발현을 억제하는 유전 물질)은 일반적으로 세포 내부까지 전달하기 어렵다. 하지만 나선형 나노 입자는 이를 세포질까지 효과적으로 전달하는 게 가능하다는 게 연구팀의 설명이다.

나선형 나노 입자는 동물모델에서도 효과가 입증됐다. 연구팀이 흑색종과 대장암 동물모델에 면역 회피 단백질 'PD-L1(Programmed Death-Ligand1)'을 억제할 siRNA를 나선형 나노 입자에 탑재·투여했을 때 동물모델의 종양 성장은 70~80% 억제되고, 암세포를 직접 공격하는 세포 독성 T세포는 종양 내부로 다량 침투해 항암 면역반응이 높아진 결과를 보인 것이다.

김 교수는 "연구팀은 합성 나노 소재의 형태학적 2차 구조가 세포 내부 장기를 자극해 생체 면역반응을 지배할 수 있다는 새로운 물리화학적 설계 기준을 정립, 동물모델 실험에서 안전성과 효능을 확인했다"며 "앞으로는 임상 진입을 위한 대량 생산 스케일업과 전임상 안전성 검증 후속 연구를 이어갈 계획"이라고 말했다.