연구 필요성
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.

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
(Theranostics, IF 13.3)

Sera Hong1, Dohyeon Moon1, Seoin Hwang2, Mijeong Lee2, Duck Cho2, 3,* and
Joon Myong Song1,*
[1] College of Pharmacy, Seoul National University, Seoul 08826, Republic of Korea
[2] Department of Health Sciences and Technology, Samsung Advanced Institute for Health Sciences and Technology, Sungkyunkwan University, Seoul 06351, Republic of Korea
[3] Department of Laboratory Medicine and Genetics, Samsung Medical Center, Sungkyunkwan University School of Medicine, Seoul 06351, Republic of Korea
* Corresponding author: jmsong@snu.ac.kr (J. M. Song), duck.cho@skku.edu (D. Cho)

https://www.thno.org/v16p6202.htm (DOI : 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.