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국립암센터

J. Control. Release, Available online 27 July 2026, 115212 | https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2026.115212 Cleavage-activatable antibody-photosensitizer conjugate enables tumor-selective photodynamic activation and immunogenic cell death

Yeo-Jin Yoo ¹, Seon Sook Lee ¹, Hyunjin Kim, Yongdoo Choi^*

Research Institute, National Cancer Center, 323 Ilsan-ro, Goyang, Gyeonggi-Do 10408, Republic of Korea

¹These authors contributed equally to this work.
^*Corresponding author

Abstract

Antibody–photosensitizer conjugates (APCs) have emerged as promising platforms for targeted photodynamic therapy (PDT); however, most conventional APCs employ non-cleavable linkers and remain constitutively photoactive, generating fluorescence and phototoxicity irrespective of their biological location. This “always-on” behavior compromises imaging specificity and increases the risk of off-target phototoxicity. Here, we report an enzyme-responsive, cleavage-activatable cetuximab–photosensitizer conjugate (Q-Cet) that enables tumor-selective photodynamic activation and tumor-restricted immunogenic cell death (ICD) in epidermal growth factor receptor (EGFR)-overexpressing lung cancer. Q-Cet incorporates a cathepsin B–cleavable linker integrating chlorin e4 (Ce4), a tryptophan-mediated photoinduced electron transfer (PET) quencher, a protease-sensitive peptide substrate, and a zwitterionic antifouling moiety, allowing molecular “off–on” control of fluorescence and photodynamic activity. Following EGFR-mediated internalization, lysosomal cathepsin B cleavage disrupts PET quenching, thereby restoring fluorescence and singlet oxygen generation selectively within tumor cells. Importantly, this activation-dependent photodynamic response induces robust ICD exclusively in cancer cells, as evidenced by extracellular ATP release, calreticulin (CRT) exposure, and high mobility group box 1 (HMGB1) translocation, thereby promoting spatially confined antitumor immune activation. In vivo, Q-Cet–mediated PDT achieved significant tumor growth suppression upon light irradiation, with minimal off-target toxicity and favorable biocompatibility. Collectively, this study establishes a cleavage-activatable APC strategy that enables precise molecular control of photodynamic activity and tumor-restricted immune activation, providing a promising approach for enhancing the safety and specificity of antibody-based phototherapy in EGFR-overexpressing malignancies.

논문소개전체 설명

광역학 치료(photodynamic therapy, PDT)는 빛에 반응하는 광감각제를 이용하여 활성산소를 발생시키고 암세포를 죽이는 치료법이다. 특히 암세포를 인식하는 항체에 광감각제를 결합한 항체–광감각제 접합체(antibody–photosensitizer conjugate, APC)는 암을 선택적으로 찾아가는 장점이 있다. 그러나 기존 APC는 대부분 분해되지 않는 링커(non-cleavable linker)를 사용하기 때문에, 광감각제가 암세포에 도달하기 전에도 계속 활성화될 수 있는 이른바 “always-on” 상태에 있다. 이로 인해 정상조직에서 불필요한 형광 신호와 광독성이 발생할 가능성이 있다는 한계가 있다.

이 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 암세포에 도달한 후에만 광감각제가 활성화되는 Q-Cet이라는 새로운 항체–광감각제 접합체를 개발하였다. Q-Cet은 폐암세포에서 많이 발현되는 EGFR을 인식하는 항체인 cetuximab과 광감각제 chlorin e4(Ce4)를 연결하고, 그 사이에 암세포의 lysosome에 존재하는 cathepsin B에 의해 절단되는 링커를 도입하였다. 체내를 이동하는 동안에는 tryptophan에 의한 PET quenching으로 형광과 singlet oxygen 생성이 억제되어 ‘OFF’ 상태를 유지하지만, EGFR을 통해 암세포 내부로 들어간 뒤 cathepsin B가 링커를 절단하면 quenching이 해제되어 형광과 광역학 활성이 ‘ON’ 상태로 전환된다. 또한 zwitterionic 구조를 도입하여 혈청 단백질과의 비특이적 결합을 줄이도록 설계하였다.

실험 결과, Q-Cet은 cathepsin B에 의해 절단된 후 형광과 singlet oxygen 생성 능력이 회복되었으며, EGFR이 많이 발현된 암세포에서 선택적으로 활성화되었다. 특히 cathepsin B 억제제를 처리하면 Q-Cet의 형광 활성과 광독성이 크게 감소하여, 치료 효과가 실제로 효소에 의한 링커 절단에 의존한다는 것을 확인하였다. 또한 Q-Cet을 이용한 PDT는 암세포를 직접 죽이는 것뿐 아니라 ATP 방출, calreticulin 노출, HMGB1 이동과 같은 면역원성 세포사멸(immunogenic cell death, ICD)을 유도하였다. 동물실험에서도 Q-Cet과 빛을 함께 처리했을 때 종양 성장이 효과적으로 억제되었으며, 반복 치료군에서 가장 강한 항암 효과가 나타났다.

따라서 이 연구의 핵심은 “암을 찾아가는 항체”와 “암세포 안에서만 켜지는 효소 반응성 스위치”를 결합하여 광역학 치료의 선택성과 안전성을 높인 것이라고 할 수 있다. 즉, 단순히 약물을 암에 전달하는 것을 넘어, 원하는 장소에 도달한 뒤에만 치료 기능이 작동하도록 분자를 설계한 스마트 항암치료 전략이라는 점에 의미가 있다.

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