Development of effective cancer immunotherapy based on gold nanoparticle vaccines

Abstract

기존의 암 치료방법은 약물치료, 외과적치료, 방사선치료 등에 의존도가 높았습니다. 그러나 이러한 치료법은 정상세포까지 죽이는 부작용이 있어 대체의학으로써 암 백신에 대한 관심이 전세계적으로 높아가고 있는 추세입니다. 환자 개개인의 암에 대한 면역기능을 높여 암을 선택적으로 죽이면서 부작용을 최소화하는 것이 암 백신의 장점이지만 현재까지 개발된 암 백신은 암 환자 개개인으로부터 말초 혈액을 채취해, 체외에서 면역세포를 활성화한 후 다시 해당 암 환자의 체내로 투여하여 암세포를 제거하는 방법이 유일하며 제조 공정이 복잡하고 비용이 비싸다는 단점을 가지고 있습니다. 이러한 단점을 극복하고 실용화가 가능한 암 백신 전달체로써 금 나노입자를 도입하였습니다. 금 나노입자는 직경 10-20 나노미터 크기로써 국소림프절로 항원 전달이 용이하고, 제조공정도 매우 단순하며, 다양한 의약품을 손쉽게 금나노입자 표면에 코팅할 수 있을 뿐만 아니라 CT 이미징을 통해 백신 도달 과정의 추적이 용이하다는 장점을 가지고 있습니다. 이미 선행연구를 통해 외부 모델 항원으로 RFP(red fluorescence protein)가 컨쥬게이션된 금나노입자가 특별한 면역보조제를 함께 병용투여하지 않아도 매우 효과적으로 T 림프구의 암에 대한 공격능을 활성화시킴을 동물모델에서 확인한 바 있습니다.

먼저 2 장에서는 금 나노입자가 특별한 면역보조제와의 병용투여와 무관하게 세포 독성 T 림프구의 활성을 증가시키며 이에 따른 탁월한 항원 특이적 항암 효능을 보이는 것과 관련하여 외부 모델 항원이 아닌 실제 암 관련 항원을 도입하였을 때에도 이와 동일한 효과를 보이는가를 규명하기 위한 연구를 진행하였습니다. 대부분의 나노입자를 이용한 암 백신 연구의 경우 모델 항원으로써 외인성 항원을 도입하는 경우가 많기 때문에 실제 암 모델에서 적용 시 과대평가 되는 경우가 많습니다. 왜냐하면 실제 암 관련 항원 (Tumor associ-ated antigen, TAA)의 경우 면역 체계를 회피하는 면역 관용을 가지는 경우가 많기 때문에 암 관련 항원을 도입한 연구에서의 체내 항암 효능 평가의 성공 가능성은 매우 높지 않기 때문입니다. 본 연구에서는 실제 암 관련 항원인 Extra domin B(EDB)를 금 나노입자와 함께 섞어주어 금 나노 입자 표면과 EDB 단백질 사이에 dative thiol-gold 결합 형성을 통한 EDB/AuNP를 제조하였으며 TEM, DLS, UV-vis absorption을 통해 합성이 성공적으로 수행됨을 확인하였습니다. 암세포는 자체적으로 면역회피기능을 가지고 있기 때문에 이에 대한 치료백신으로 기능하기 위해서는 암특이적 세포독성 T 림프구의 활성화가 매우 중요합니다. 따라서 본 연구에서는 T 림프구의 활성화에 직접적으로 관여하는 항원제시세포(APC)의 교차-항원제시능(Cross-presentation activity)을 확인하기 위해 EDB/AuNP 를 수지상세포에 처리하여 ELISA를 통해 분석하였습니다. 그 결과 금나노입자가 일반적으로 백신에 많이 사용되는 면역보조제인 CFA, Alum에 비해서 현저하게 높은 교차-항원제시능을 보임을 확인하였고 이러한 결과는 실제 EDB를 발현하는 흑색종 암모델에서 암성장을 효과적으로 억제함을 증명하였습니다. 이러한 연구는 금나노 입자 표면의 항원만 바꿀 경우, 현재 임상적으로 치료가 어려운 바이러스성 질환인 C형 간염과 HIV(에이즈 바이러스)에도 응용해 사용할 수 있을 것으로 기대됩니다.

다음으로 제 3장에서는 또한, 금 나노입자 크기에 따른 세포 독성 T 림프구의 다기능성 (Poly-functionality)을 밝히기 위한 연구를 수행하였습니다. 최근 나노입자의 크기, 모양, 표면 전하 등의 특성들이 면역 체계에 미치는 영향에 대해서 많은 연구자들이 관심을 가지고 있습니다. 이미 몇몇의 연구에서 나노입자 크기에 따른 면역증강효과를 밝히는 연구를 수행한 바 있으나, 대부분의 연구가 나노에서 마이크로 수준의 넓은 범위에서의 입자 크기에 따른 면역효과를 밝히는 연구에 국한되어 있었습니다. 본 연구에서는 실제 림프관에 직접적으로 전달 될 수 있는 크기인 30-나노미터 이하의 좁은 범위 내에서 크기에 따른 면역세포의 활성화, 무엇보다 세포독성 T 림프구가 분비할 수 있는 최대 사이토카인의 개수와 종류를 비교 분석하는 poly-functionality에 대한 연구에 초점을 맞추었습니다...