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인공 T세포 개발, "인간 면역체계 강화시킬 것"
등록일 : 2018-08-23 16:34 | 최종 승인 : 2018-08-23 16:34
강민경
▲인공 T세포의 개발로 보다 효율적인 약물 전달체 설계와 면역 세포의 움직임을 이해할 수 있게 됐다(출처=셔터스톡)

[메디컬리포트=강민경 기자] 체내의 T세포는 면역 체계에서 중요한 역할을 담당한다. 암으로 발전하거나 세균에 감염된 세포를 찾고 파괴하는 것인데, 이제는 인공 T세포가 개발되면서 면역 질환 및 암 치료에 보다 효과적인 약물 생산이 이루어질 수 있을 것으로 보인다.

인공 T세포 개발

UCLA 치과대학의 조교수인 알리레자 모샤베리니아 박사가 이끄는 연구팀은 대학의 치대를 비롯한 화학 및 생화학 분야의 과학자들로 구성돼있다. 이들은 실제 인간의 혈액 세포로 기능할 수 있는 인공 T세포 생산에 성공했는데, 이 세포는 활성화 및 조절 작용을 위해 다른 세포에 신호를 전달, 숙주의 면역을 증진시켜 외부 침입자에 대한 염증 반응을 일으킨다.

모샤베리니아 박사는 이와 관련해 사이언스데일리와의 인터뷰를 통해 T세포의 복잡한 구조와 다기능의 특성으로 인해, 연구팀이 실험실에서 이를 복제하기가 어려웠다고 말했다. 그러면서 이러한 획기적인 기술을 통해 합성 T세포로 보다 효율적인 약물 전달체를 설계하고, 면역 세포의 움직임을 이해할 수 있다고 덧붙였다.

사실 자연 T세포는 매우 섬세한 것이 특징으로, 연구에서 사용되기가 매우 어려웠었다. 또한 생존력도 인간이나 다른 동물에서 추출된지 불과 며칠밖에 되지 않는다.

UCLA 사무엘리 공학대학의 어시스턴트 과학자인 모하마드 마디 하사니-사드라바디는 이번 연구 결과가 암세포와 다른 발암 물질을 공격할 수 있는 또 다른 도구가 될 수 있다고 평가했다.

최근까지도 생명 공학자들은 T세포의 복잡한 성질을 모방하는데 어려움을 겪었다. 그러나 이번 UCLA 연구팀이 모양과 크기 및 유연성을 복제하는데 성공하면서, 이 세포를 통해 감염에 대한 표적화 및 귀소성과 관련한 기본 기능을 수행할 수 있게됐다.

모샤베리니아 박사는 다른 과학자들 역시 특정 질병에 관한 연구나 치료법을 찾는 것과 관련해, 자연살해세포(NK세포)나 대식세포 같은 다양한 유형의 인공 세포를 생성하기 위해 동일한 과정을 적용할 수 있다고 밝혔다. 향후 이같은 접근법은 과학자들이 인간 세포를 모방한 폭넓은 인공 세포의 데이터베이스를 개발하는데 도움이 될 수 있을 것으로 보인다.

T 림프구

앞서 언급한대로 자연적인 T세포는 면역계에서 중요한 임무를 담당한다. 매우 지능적이고 적응력을 갖춘 세포들이지만 동시에 모방하는데는 어려움이 존재했다. T세포는 목의 흉선에서 성숙하는데, 몸안으로 감염 물질이 들어오면 혈류를 통해 흘러들어가 감염된 영역까지 도달한다. 그 곳에서 T세포는 정상 크기의 약 1/4 정도로 사이즈를 변형시킬 수 있는데, 이는 작은 간격들과 구멍 사이를 압박하기 위해서다. 또한, 원래 크기의 약 3배까지 성장할 수도있어, 면역계를 공격하는 항원을 퇴치하거나 싸울 수 있도록 한다.

▲T세포는 지능적이고 적응력도 강하지만 모방하는데에는 어려움이 존재해왔다.

자연 T세포

모샤베리니아 박사는 인간 T세포의 모양과 기능 모방에 성공하면서, 임상 연구와 약물 시험을 수행하는 실험실 동물의 사용을 줄이는데 도움이 될 수 있을 것이라고 밝혔다.

연구팀은 T세포 형태를 모방하기 위해 일반적으로 1mm 이하의 크기로 유체의 움직임과 제어, 조작에 초점을 맞춘 미세 유체 시스템을 활용했다. 미네랄 오일과 다당류 및 물로 만들어진 껌같은 물질인 알지네이트 바이오폴리머의 혼합물로 자연 T세포의 형태와 구조를 복제할 수 있는 알지네이트 미세 입자를 생성한 것. 이후 칼슘 이온 욕조에서 미립자를 수집, 칼슘 이온 욕조의 농도 변화를 통해 탄력성을 조절했다.

연구팀은 또한 인공 세포에 천연 물질과 동일한 능력도 부여했다. 바로 인조 세포막을 복제하기 위해 인지질로 인공 T세포를 코팅한 것이다. 그 다음엔 생접합(bioconjugation)이라고 불리는 화학 공정을 사용해 T세포를 감염이나 암세포를 공격하도록 자연 T세포를 활성화시키는 입자인 CD4 신호 전달자와 연결시켰다. 적절한 물리적 특성을 가진 T세포가 생성되자, 연구팀은 자연 T세포가 감염과 싸우고 인체 조직에 침투하면서 염증 조절을 위한 세포 전달자를 방출하는 임무를 활성화시키기 위해 세포의 생물학적 속성을 조정했다.

박사는 정기적인 면역 요법에서는, 환자 자체의 면역 세포가 혈액에서 추출되고 실험에서 확대, 그리고 유전적으로 변형된다고 설명했다. 그런 다음 화자에게 다시 주사를 통해 주입된다는 것. 변형의 측면에서 본다면, 이런 T세포들은 몸안에서 순환하면서 암이나 다른 질병을 치료할 수 있는 것이다.

그러나 이번 연구에서는, 더 이상 인간 T세포가 필요하지 않으면서, 여러개의 치료제를 한 번에 전달할 수 있도록 완전히 합성되고 프로그래밍된 입자를 만드는데 성공했다. 박사는 잠재적인 부작용을 없애기 위해 이러한 입자들을 조절할 수 있다며, 인공 T세포는 자연 T세포보다 물리적 행동을 더 잘 이해할 수 있다고 말했다. 연구자 역시 보다 효과적으로 세포를 다룰 수 있어 도움이 된다.

인공으로 가는 인간 신체

박사는 체내의 인공 T세포 행동과 관련해, 임상 적용을 위해 이들 입자를 사용할 수 있는지 알아보기 위한 심층적 평가가 필요하다고 말했다. 이어 다른 면역 세포 유형을 포함해 광범위한 인공 세포를 개발하고 최적화 할 계획이라며, 다른 치료 용화물을 제공하기 위해 어떻게 조작할 수 있는지 파악할 것이라고 덧붙였다.

이러한 인공 세포를 합성하는 능력은 연구팀의 면역 세포 행동에 대한 이해를 향상시킬 뿐만 아니라, 암과 자가 면역 질환 같은 질병 치료의 효과적인 약물 개발을 최적화할 수 있는 생체 모방 모델을 만드는데도 도움이 된다.

연구팀은 정확한 물리적 특성을 가진 세포를 조작한 뒤에, 인간 T세포가 활성화되면서 조직을 관통해 염증 조절을 위해 사이토카인을 방출하는 것과 동일한 특성을 부여하기 위해 세포를 변형시킬 수 있었다. 이러한 실험은 신체의 다른 세포 실험들을 위한 추가 단계로 이어지면서 유전적으로 향상된 조직을 촉진시킬 수 있는 길을 열어 준다는 평가다. 이 모든 과정은 질병과 감염에 대처하기 위해 기능적으로 작동할 수 있는 인공 시스템을 활용하는데 큰 영향을 미칠 수 있다.

[메디컬리포트=강민경 기자]

[메디컬리포트=강민경 기자]

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