한빛사 인터뷰
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
면역관문 억제제 (Checkpoint inhibitor)로 대표되는 암 면역치료 (Cancer immunotherapy)는 지난 십수 년간의 기초의학 및 임상 연구를 통해 현재는 암 치료의 주요한 용법 중 하나가 되었습니다. 하지만, 종양 미세환경이 갖고있는 ‘면역회피기작’으로 인해 25~30 % 정도의 낮은 치료 효과와 반응성을 보이고 있으며, 특히, 종양 미세환경에 존재하는 대식세포 (Tumor-associated macrophages)는 암이 면역회피기작을 갖도록 하는 대표적인 원인으로 꼽히고 있습니다. 그렇기에 이런 종양 미세환경에 존재하는 대식세포의 활성을 조절하여 암 면역치료의 효과를 높이는 것은 낮은 치료 효율과 반응성을 보이는 현재 암 면역치료연구에서 해결해야 할 주요 과제 중 하나입니다.
제가 합성한 CBD-GM-CSF (collagen-binding domain fused granulocyte-macrophage colony-stimulating factor)은 종양 미세환경의 대식세포가 갖는 친종양적 특성 (pro-tumorigenic)을 반종양적 특성 (anti-tumorigenic)으로 바꿔줄 수 있으며, 종양 미세환경에 대해서 선택적으로 작용할 수 있도록 설계하였습니다. 이런 CBD-GM-CSF는 종양 미세환경을 암 면역치료에 용이하도록 변화시켜, 전체적인 암 면역치료의 효과를 높일 수 있습니다. 또한, 기존의 다른 면역항암제인 Interleukin-12, 면역관문 억제제 등과 함께 사용하였을 때 상승효과를 유발하여, 종양의 성장을 효과적으로 억제할 수 있음을 피부 흑색종, 유방암, 대장암 동물 모델에서 증명하였습니다.
본 연구에서는 종양 미세환경에 존재하는 대식세포 (Macrophages)나 수지상세포 (Dendritic cells)의 분포 및 상태에 대해 집중하여 분석을 시도했습니다. 이런 대식세포나 수지상세포 분석의 경우 항체를 이용하여 세포를 염색하고, 고속 유세포 분석기 (Flow cytometry)를 통해 분석을 시도할 때, 세포의 특성들로 인해 세포들의 분포가 명확하게 나뉘지 않은 경우들이 많았습니다. 하지만 이런 세포들의 분석이 본 연구에서는 중요한 요소였기에, 대식세포 연구에 경험이 많았던 동료 연구자나 유세포 분석 센터의 담당자에게 많은 조언을 얻고, 분석기기의 셋팅이나 세포의 염색 방법을 최적화하여, 대식세포들에 대해 좀 더 명확한 분석 결과를 얻을 수 있었고, 관련 결과들을 이용하여 CBD-GM-CSF의 작용 기전을 논문에서 설명할 수 있었습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
제가 연구를 수행하고 있는 Jeffrey A. Hubbell 교수님의 연구실은 시카고대학교 (The University of Chicago), 프리츠커 분자공학 대학교 (Pritzker School of Molecular Engineering)에 위치하고 있습니다. 50여명의 연구교수, 박사후 연구원, 박사과정생, 연구원들이 함께 연구하고 있으며, 제가 참여하고 있는 암 면역치료팀 뿐 아니라, 자가면역질환 연구팀, 바이러스 백신팀, 생체적합성 고분자 합성팀 등 다양한 난치성 질환과 이에 응용할 수 있는 생체친화물질을 연구하는 팀들이 모여, 폭 넓은 연구들을 수행하고 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
암 면역치료가 암 치료용법의 한 축으로 성장한 이후로, 종양 미세환경에 존재하는 면역세포들과 그 세포들이 암 치료과정에 미치는 영향에 대한 연구는 암 면역치료에서 가장 주목받는 연구주제 중 하나가 되었습니다. 그렇기에 본 연구를 진행할 때도 시카고대학을 포함한 여러곳에서 연구내용을 발표해 달라는 요청을 받아, 발표를 하고 다양한 연구자들의 피드백을 받을 수 있었습니다. 이렇게 연구를 진행하면서 제가 하는 연구에 대해서 다른 연구자들과 소통하고, 의견을 들어보면서, 이후 제 연구에 반영해 가는 과정이 연구를 하면서 느끼는 큰 보람이자 자부심이라 생각합니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
단백질 공학을 기반으로 하는 면역항암제의 설계와 응용연구는 현재 면역항암제 연구에서 가장 주목을 받고 있는 분야 중 하나이며, 미국과 유럽의 선도 그룹에서 다양한 수준 높은 연구들을 계속해서 발표하고 있습니다. 특히, 최근에는 AI 기반의 단백질 구조 예측을 통해 좀 더 안정적이며 수준 높은 단백질 디자인들이 만들어지고, 관련 연구들이 학계의 뜨거운 주목을 받고 있습니다. 그리고, 연구를 선도하는 팀들에서는 계속해서 새로운 형태의 단백질 치료제와 다양한 분야와의 협업을 시도하고 있습니다. 그렇기에 만약 암, 자가면역질환 등의 면역치료 연구에 흥미와 관심이 있다면, 단백질 공학을 이용한 약물 설계 연구는 학위과정 동안 비단 단백질 공학 뿐 아니라 AI, 화학, 생물학 등 다양한 분야에 대해서 접하고 배울 수 있는 기회가 될 것입니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
이번 연구에서는 종양의 미세환경에 존재하는 대식세포 (Tumor-associated macrophages)가 암 면역치료에 미치는 영향과 이를 조절하여 암을 효과적으로 치료할 수 있는 방법에 대한 연구를 수행하였습니다. 이 후속 연구로 면역치료제를 종양이나 염증부위에 좀 더 선택적으로 전달할 수 있는 방법을 고안한 연구를 수행하여, 논문 원고 작성 중에 있습니다. 저는 이런 연구들을 통해, 이후 저의 연구실에서 암, 감염병, 자가면역질환 등 다양한 난치성 질환들에 대해서 치료, 예방, 및 관리 등에 대해서 복합적으로 접근할 수 있는 연구의 기반을 다지고 싶습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
이번에 소개한 연구는 작년 12월 한빛사 인터뷰에서 소개했던 제 논문 (Sci. Adv., Dec 2023, 9 (48))의 후속 연구입니다. 본 연구를 수행하고 성공적으로 마무리할 수 있도록 많은 도움을 준 Aslan Mansurov, Trevin Kurtanich에게 감사를 표하고, 연구를 지도해 주신 지도교수님, Jeffrey A. Hubbell 교수님께도 이번 기회를 빌려 감사의 마음을 전합니다. 또한 이 연구의 공동 연구자이며, 제가 시카고에 와서 적응하고, 연구를 시작하는데 큰 도움을 준 심하나, 전혜린 학생에게도 고마운 마음을 전합니다. 마지막으로 졸업한지 3년이 지났지만, 항상 한국에서 제자를 걱정해 주시는 서울대학교 화학부 민달희 교수님께도 이번 기회를 빌려 항상 감사한다 말씀드리고 싶습니다.
#Protein engineering
#Cancer immunotherapy
#Cytokines
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