IL-15-분비 MSLN-CAR-NK-92 세포의 혈관외유출 정량 분석
종양 투명화 3차원 이미징으로 CAR-NK 세포의 혈관 탈출과 침투의 최초 정량화
[연구필요성]
CAR-NK 세포는 혈액암에서는 강한 항암 효과를 보이지만 췌장암 같은 고형암에서는 치밀한 세포외기질, 비정상적인 혈관, 면역억제성 미세환경의 특성 때문에 종양 내부로 잘 들어가지 못해 치료 효율이 제한된다.
특히 항암 면역세포가 종양 혈관을 빠져나와 종양조직으로 이동하는 혈관외유출 (extravasation) 과정은 치료 효과를 좌우하는 핵심 단계지만 이를 종양의 3차원 구조를 보존한 채 미세 수준에서 정량적으로 분석한 연구는 없었다. 연구팀은 이 한계를 해결하기 위해 CLARITY 기반 종양 투명화 이미징을 이용해 CAR-NK 세포의 혈관외유출과 침투를 정량화하여 분석했다.
[연구성과/기대효과]
서울대 약대 송준명 연구팀과 성균관대 의대 조덕 연구팀은 메소텔린을 표적으로 하는 2세대 CAR-NK-92 세포와 IL-15를 함께 분비하는 CAR-IL-15-NK-92 세포를 제작하고 췌장암 PANC-1 종양 이식 마우스 모델에 정맥주사한 뒤 종양을 투명화하여 3차원 이미징으로 분석했다. 이 방법은 혈관 구조를 유지한 상태에서 세포의 위치를 그대로 관찰할 수 있어 기존 얇은 조직 절편 분석보다 훨씬 정확하게 면역세포의 분포와 혈관외유출 정도를 측정할 수 있다.
기존에는 CAR-NK 세포의 항암 세포독성 효능은 잘 알려져 있었지만, 실제 종양 안으로 얼마나 잘 들어가는지 미세 수준에서 측정한 정량 연구는 없었다. 연구진은 이번 연구를 통해 혈관외유출 효율이 고형암에서 CAR-NK 세포의 성능을 평가하는 중요한 지표가 될 수 있음을 제시했다.
[본문]
실험 결과, CAR-NK-92 세포는 일반 NK-92 세포보다 췌장암 조직 내에서 훨씬 넓고 깊게 분포했다. 일반 NK-92-GFP 세포는 주로 혈관 내부와 혈관 바로 주변에 머문 반면, MSLN-CAR-NK-92-GFP 세포는 혈관 밖으로 빠져나와 종양 조직 깊숙이 분포했다. 최대 이동 거리는 일반 NK-92-GFP 세포가 약 73 µm였던 데 비해 MSLN-CAR-NK-92-GFP 세포는 약 174 µm까지 도달했다. 또한 CAR-IL-15-NK-92 세포는 일반 NK-92 세포보다 더 넓은 범위의 종양세포 사멸을 유도했으며 사멸 신호는 혈관으로부터 최대 167 µm까지 확장됐다.
정량 분석에서도 차이는 뚜렷했다. 일반 NK-92 세포의 혈관외유출 비율은 57.4%였지만 MSLN-CAR-NK-92 세포는 85.3%로 크게 높았다. 혈관 밖으로 나온 세포 수도 2,311개에서 7,717개로 3.3배 증가했다. 또 세포 침투량과 침투 깊이를 동시에 반영하는 CPA50/CPD50 값은 일반 NK-92 세포가 평균 45 µm-3,509 cells였던 반면, MSLN-CAR-NK-92 세포는 평균 88 µm-6,887 cells로 약 2배 향상됐다. 종양세포 사멸의 양과 깊이를 반영하는 CDA50/CDD50도 일반 NK-92 세포의 평균 48 µm-2,023 cells에서 MSLN-CAR-NK-92 세포의 평균 102 µm-6,350 cells로 증가했다. 이는 CAR 설계가 단순히 표적 결합력만 높인 것이 아니라, 실제 고형암 조직 안으로 들어가는 능력과 항암 효과까지 향상시킨다는 점을 보여준다.
또한 같은 종양 이식 마우스에 NK-92 세포와 MSLN-CAR-NK-92 세포를 동시에 주입해 직접 비교했다. 그 결과 CAR-NK 세포는 같은 조건에서도 일반 NK 세포보다 더 멀리 침투하고, 더 많은 수가 혈관 밖으로 빠져나왔다. 반면 IL-15 분비는 세포의 장기 생존성과 반복 살상능을 높였지만, 단기 관찰 조건에서는 혈관외유출 자체에는 큰 차이를 만들지 않았다. 이는 고형암 면역세포치료에서 CAR의 표적 설계와 체내 이동성 평가가 중요하며, 혈관외유출 효율을 새로운 평가 지표로 활용할 수 있음을 뜻한다. 더 나아가 이 정량 플랫폼은 췌장암뿐 아니라 담관암 모델에서도 적용 가능함을 보여주었다.
[연구결과]
Quantitative assessment of extravasation of IL-15-secreting MSLN-CAR-NK-92 cells using tumor transparency imaging
Sera Hong, Dohyeon Moon, Seoin Hwang, Mijeong Lee, Duck Cho, and Joon Myong Song
(Theranostics, IF 13.3, https://doi.org/10.7150/thno.125194)
본 연구 결과는 저명 국제학술지인 'Theranostics' (Impact factor, 13.3, 2024 JCR)에 2026년 4월 23일 게재되었다.
본 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 (유형2)중견연구, 개인기초연구, 선도연구센터(ERC) 과제의 지원을 받아 수행되었다.
[그림설명]
▲ 그림 설명 (선택) 고형 종양에서의 CAR-NK 세포의 이동과 혈관 밖으로의 유출의 도식도. 전신 순환을 통해 CAR-NK 세포는 종양 내 혈관 구조를 벗어나 고형 종양 내로 침투하여 췌장암 세포에 대한 향상된 세포 독성 효과를 발휘한다. 종양 미세 환경은 종양 세포, 암 관련 섬유아세포, 과발현된 세포외 기질, 그리고 높은 간질액 압력으로 구성되며, 이는 CAR-NK 세포의 종양 내 침투와 기능을 억제하는 물리적 및 면역 억제 장벽으로 작용한다.