목 차

1.서론
1.1. 유도 근접성 기술의 개념과 중요성
2. 본론
  2.1. 면역치료제의 종류
    2.1.1. CAR-T세포 치료제
    2.1.2. 면역관문억제제(Immune Checkpoint Inhibitors: ICI)
    2.1.3. 항체약물접합체(Antibody Drug Conjugate: ADC)
    2.1.4. BiTE (Bispecific T cell Engagers)
  2.2. CRS의 병태생리
  2.3. CRS의 시험관 내 평가
  2.4. 일반 실험동물을 이용한 CRS 평가
  2.5. 인간화마우스모델을 이용한 CRS 평가
    2.5.1. 인간화마우스 모델
    2.5.2. 인간화마우스를 이용한 CRS 평가
3. 결론
4. 참고문헌


1. 서론

1.1. 유도 근접성 기술의 개념과 중요성

세계보건기구(WHO)에 의하면, 암은 전 세계적인 주요 사망원인으로, 2020년 약 천만 명이 암으로 인해 사망한 것으로 알려져 있고, 이는 전체 사망자 6명 중 1명이 암으로 사망한 셈이다 [1]. 우리나라도 사망 1위가 암으로, 2023년 8만 5천 명이 암으로 사망하였으며, 전체 사망자의 24%에 해당한다 [2]. 암 치료로는 방사선치료, 화학요법 그리고 암 신호전달경로를 방해하는 저분자화합물 같은 기존의 암 표적 접근법 외에도, 암과 싸우는 환자의 면역시스템을 활용하는 면역 치료가 지난 10년간 널리 사용되어 왔다. 일반적으로 선천면역시스템(innate immune system)과 적응면역시스템(adaptive immune system)은 암세포를 제거하기 위해 상호 협력하여 작용한다. 암은 종양세포가 숙주의 면역시스템을 회피할 때 발생한다. 암세포를 제거하는 면역시스템을 증강시키는 새로운 치료법은 혈액암과 고형암을 포함하는 수많은 적응증에 대한 환자의 생존을 의미 있게 향상시키고 있다.

면역 치료는 암, 자가 면역질환 그리고 이식에 적용되는 강력한 치료전략으로 널리 활용되고 있다. 치료용 단일클론항체는 의미 있는 임상 효능을 보이고 있지만, 사이토카인 폭풍 증후군[Cytokine Release Syndrome (CRS)] 같은 심각한 부작용이 나타날 가능성도 내포하고 있다. CRS는 면역치료제를 투여한 후에 염증성 사이토카인들이 급격하게 생산됨에 따라 가벼운 열이 나거나 생명을 위협하는 병리 현상과 다양한 장기의 손상을 초래하는 증상을 지니는 특징이 있다. CRS라는 용어는 90년대 초 T세포 항체인 Muromonab-CD3 (OKT3)를 장기이식에 대한 면역억제제로 임상적으로 사용하였을 때 처음 보고되었고 [3], 그 후, 인플루엔자 감염 [4], COVID-19 감염 [5], 이식편대숙주병 [6], 조혈모세포이식 [7], 그리고 면역관문억제제 [8], 이중특이적 T세포결합체 [9], CAR-T세포 [10], 및 ADC (Antibody drug conjugate) [11]와 같은 면역항암치료제의 사용과 관련 있는 것으로 보고되었다. 암세포에 면역치료제를 투여했을 때 일어나는 CRS 과정은 그림 1과 같다. 즉, 면역치료제를 암환자에게 투여했을 때, 암세포는 IFNγ 또는 TNFα와 같은 사이토카인을 방출하여 단핵구/대식세포(Monocyte/Macrophage), T 세포, 수지상세포(Dendritic Cell: DC), NK (Natural Killer) 세포, 그리고 내피세포(endothelial cell)와 같은 방관자(bystander) 면역세포나 비면역세포를 활성화시킨다. 이들 세포는 이어 단계적 연쇄반응을 일으키는 염증성 사이트카인을 방출시킨다 [12].

면역 치료에 의해 일어나는 CRS를 정확하게 예측할 수 있는 모델은 최근 선진국을 중심으로 개발/활용되고 있는 데, 본 총설에서는 오늘날 각광을 받고 있는 각종 면역치료제에 대해 소개하고, 면역치료제를 투여받은 환자가 겪는 CRS의 병태 생리가 무엇인지 살펴보며, 그리고 CRS의 예측에 활용되고 있는 생체 내 모델인 CD34 또는 PBMC 인간화마우스를 설명하고, 끝으로 이들 인간화마우스를 활용한 CRS의 예측에 대한 연구동향을 소개하고자 한다.

그림 1. 면역치료제 처리에 따른 CRS를 일으키는 일련의 사이토카인 활성화 과정:
 CAR T 세포 등 면역치료제는 암환자의 암세포를 타깃으로 IFNγ 또는 TNFα와 같은 사이토카인을 유도하며 단핵구/대식세포, 수지상세포, NK세포, T세포 및 내피세포와 같은 방관자면역세포 및 비면역세포의 활성을 일으킨다. 이들 세포는 이어 단계적 연쇄반응을 일으키는 염증성 사이트카인을 방출한다. BiTE: bispecific T-cell engager, CAR; chimeric antigen receptor, IFNγ: interferon-gamma, TNFα: tumor necrosis factor-alpha, IL: interleukin, GM-CSF: granulocyte macrophage colony-stimulating factor, MCP-1: monocyte chemoattractant protein, NK cell: natural killer cell, DC: dendritic cell, ICI: immune checkpoint inhibitor, ADC: antibody drug conjugate

2. 본론

2.1. 면역치료제의 종류

2.1.1. CAR-T세포 치료제

CAR-T세포 치료는, 혈액 내 백혈구를 다른 혈액 성분으로부터 채취하는 시술인 백혈구 성분채집술(leukapheresis)을 통하여 환자의 혈액으로부터 채집한 T세포에, 카이메릭 항원 수용체 (chimeric antigen receptor)를 발현시켜 확대 생산시킨 다음, 다시 환자에게 주입하는 시술이다. CAR를 발현하는 T세포들은 MHC (Major Histocompatibility Complex)와 무관하게 암세포들의 특이 항원에 부착되어 특이적으로 종양을 표적으로 삼도록 잘 장착되어 있다. CAR-T세포들은 외부 도메인(ectodomain), 막 통로 도메인(transmembrane domain), 그리고 내부 도메인(endodomain)으로 구성되어 있다. 외부 도메인은 세포 외부의 공간에 노출되는데, 신호펩타이드, 항원 인식 부위, 그리고 공간으로 이루어져 있다. 막 통로 도메인은 막에 걸쳐있는 소수성 알파 헬릭스(hydrophobic alpha helix)로 이루어져 T세포 막의 앵커로서 작용한다. 세포 내 도메인은 수용체의 기능 부분으로 T세포를 활성화시키는 신호연쇄반응을 개시한다 [13].

지난 30여 년간 CAR-T세포들의 발전에도 불구하고 CD19 항원을 암세포 표적으로 하는 첫 번째 CAR-T세포 치료제인 킴리아(Kymriah)가 2017년 B세포 급성림프모구 백혈병(Acute Lymphoblastic Leukemia : ALL)으로 고생하는 어린이 또는 청소년들의 치료를 위해 미국 FDA에 의해 승인되었다. 2025년 일곱 종류의 CAR-T세포치료제를 미국 FDA가 백혈병, 림프종, 다발성골수종을 포함하는 각종 혈액암 치료를 위해 승인하였다 [14]. 국내에서는 큐로셀이 재발성 또는 불응성 미만성거대 B세포 림프종(LBCL) 환자를 대상으로 안발셀의 임상2상 결과를 공개하였고, 유틸렉스도 간세포암 치료제로 CAR-T세포를 개발, 임상시험 중에 있다 [15].

고형암 치료를 위한 CAR-T세포치료제는 종양의 이질성 때문에 계속 연구 중으로, 혈액암과 비교하여 고형암은 다양한 항원을 발현하고 있고, 그 항원들은 정상세포들에도 존재하여 높은 빈도의 독성이 동반된다.

CAR-T와 연관 있는 CRS는 T세포의 투여에 따라 방출되는 사이토카인에 의해 나타나거나, CAR-T활성에 반응한 다른 면역세포에 의해 사이토카인이 활성화되고 방출되어 일어난다.

2.1.2. 면역관문억제제(Immune Checkpoint Inhibitors: ICI)

면역관문은 정상적인 면역시스템의 일부로, 그들의 역할은 체내에서 면역세포가 외부 침입자를 공격하고, 자기세포, 즉 정상세포는 공격하지 않도록 조절하는 브레이크 단백질이다. 면역관문현상은 T세포라고 부르는 면역세포 상에 존재하는 단백질들이 일부 종양세포들과 같은 다른 세포 표면에 존재하는 상대 단백질들(수용체 단백질들)을 인식하고 결합할 때 일어난다. 이들 단백질들은 면역관문단백질이라고 불린다. 면역관문단백질들과 수용체 단백질들이 함께 결합하면, T세포에 차단 신호가 전달되어 면역시스템이 암을 파괴하는 것을 막을 수 있게 된다. 면역관문억제제라고 하는 면역치료제는 면역관문단백질들이 그들의 수용체단백질들과 결합하는 것을 봉쇄함으로써 작용한다. 이로써 T세포들이 종양세포들을 죽이도록 차단 신호가 봉쇄되는 것이다. CTLA-4라고 불리는 면역관문단백질에 대항하여 항암작용하는 약물이 있고, 또한 PD1 또는 PD-L1이라고 하는 면역관문단백질에 대항하는 다른 면역관문억제제가 있는데, 일부 종양들은 PD-L1을 많이 만들어 T세포 반응을 약화시킨다 [16].

현재 미국 FDA가 승인한 면역관문억제제는 9종이 있는데, 그중에는 PD1억제제 3종, PDL1억제제 3종, CTLA-4 억제제 2종 그리고 LAG-3 억제제 1종이 있다 [17]. 국내에서는 와이바이로직스가 PD-1인간항체의 임상시험 중에 있고, 이뮨온시아는 PDL-1면역억제제의 임상2상 시험을 통과하였다 [18].

2.1.3. 항체약물접합체(Antibody Drug Conjugate: ADC)

항체-약물 접합체(Antibody-Drug Conjugate, ADC)의 원리는 항체가 특정 암세포를 표적 삼아 결합하고, 세포 안으로 들어간 후 강력한 약물을 방출하여 암세포만 사멸시키고 정상 세포에 대한 부작용을 최소화하는 것이다. ADC는 암세포 표적 항체, 세포 사멸을 유발하는 약물(페이로드), 그리고 이 둘을 연결하는 링커로 구성되며, 항체의 표적 특이성과 약물의 강력한 효과를 결합한 차세대 표적 치료제이다.

미국 FDA는 2000년에 성인급성골수성백혈병에 첫 번째 ADC인 gemtuzumab ozogamicin을 승인하였고, 그 후 2024년까지 세계적으로 15종의 ADC가 승인되어 종양학 분야에 있어서 전망이 밝은 면역치료제로 부상하고 있다. 이들 ADC들은 골수성 백혈병, 림프종, 다발성 골수종, 유방암과 같은 다양한 악성암 치료에 주로 이용되고 있다. 전 세계적으로 400종 이상의 ADC가 개발 중이고, 그중 200종 이상이 임상 시험 중에 있다 [19]. ADC개발 국내 기업으로는 리가켐바이오을 선두로 인투셀 등의 바이오 벤처기업들이 있다 [20].

2.1.4. BiTE (Bispecific T cell Engagers; 이중 특이적 T세포 인게이저))

BiTE는 항암제로의 사용을 전제로 연구 개발된 이중 특이적 단일클론항체의 한 종류로, 암세포에 대한 숙주의 면역시스템, 즉 T세포의 세포독성 활성을 더 특이적으로 유도하는 효능이 있다. BiTE는 암젠의 자회사인 Micromet의 등록상표로, 약 55킬로 달톤의 단일 펩타이드 사슬에 서로 다른 항체의 두 개의 단일 사슬 가변 단편(scFvs) 또는 네 개의 다른 유전자의 아미노산 서열로 구성된 융합 단백질이다. scFvs 중 하나는 CD3 수용체를 통해 T 세포에 결합하고, 다른 하나는 종양 특이 분자를 통해 종양 세포에 결합한다 [21].

다른 이중 특이적 항체처럼, 그리고 보통의 단일클론항체와 달리, BiTEs는 T세포와 종양세포 사이 연결을 포함한다. 이는 MHC I 또는 공유자극분자의 존재와 상관없이 종양세포 상에서 T세포로 하여금 퍼포린(Perforin)과 그랜자임(Granzyme)과 같은 단백질들을 생산함으로 세포독성활성을 발휘하도록 한다. 이러한 단백질들은 종양세포에 침투하여 세포사멸을 일으킨다. 이 작용은 T세포가 종양세포를 공격하는 동안에 관찰되는 생리적인 과정을 모방한 것이다 [21].

현재까지 미국 FDA가 승인한 BiTE는 단지 1종만 있다. 그 치료제는 blinatumomab로, B세포 상의 CD19와 T세포 상의 CD3를 특이적으로 타깃 하는 최고의 BiTE이므로, T세포로 하여금 악성 B세포들을 공격하여 사멸시키도록 한다 [22]. 'BiTE를 개발하는 국내기업인 ABL바이오는 암젠으로부터 항체 신약 기술인 'BiTE (B-cell Receptor-Targeted T-cell Engager)' 기술을 도입하여 활용하고 있고, 그 외 항체신약개발 기업인 와이바이오로직스와 CAR-T개발 전문기업인 큐로셀, 그리고 제약사들도 BiTE 기술을 활용하여 다양한 암 치료제를 단독 또는 공동으로 개발하고 있다 [23].

2.2. CRS의 병태생리

CRS는 임상적으로 다수의 활성화된 림프구(B세포, T세포, 그리고 NK세포) 그리고/또는 골수세포(마크로파지, 수지상 세포, 및 단구 세포), 또는 내피세포 같은 비면역세포에 의해 염증성 사이토카인이 방출될 때 나타나는 현상이다. CRS는 면역시스템의 과잉 활성화와 관련 있는 비항원 독성이다. CRS는 고전적으로 치료용 단일클론항체의 주입, 즉, 거의 대부분 CD3 항체(OKT3), CD52 항체(Alemtuzumab) [24], CD20항체(Rituximab) [25], 그리고 CD28 초작용제 TGN1412 (super agonist) [26]와 관련이 있다. 이러한 항체치료제의 투여에 따른 증상은 주입이 시작된 후 수분에서 수시간 안에 일어난다. TGN1412를 투여받은 6명의 건강한 피험자에서 나타난 중증 CRS는 악성 질환의 병력이 없는 환자의 증상에 대한 중요한 통찰력을 제공해주고 있다 [26]. 즉, 모든 피험자는 같은 날 거의 동시에 단일 용량의 TGN1412를 투여받았는데, 주입 후 약 1시간 후에 증상이 나타났고, 사이토카인이 최고 수준으로 모든 피험자 간에 서로 일치하였다. TNFα가 제일 먼저 증가하였고, 이어서 IFNγ, IL-1β, IL-2, IL-6, IL-8, 그리고 IL-10 수준이 올라갔으며, 24시간 안에 모든 피험자는 호흡곤란과 투석을 요구하는 신장기능이상으로 집중적인 관리가 필요하였다. 증상이 나타난 첫날에, 모든 피험자들은 corticosteroids를 투여받았고, 2-3일 안에 사이토카인은 정상 수준으로 돌아왔으나, 피험자 중 2명은 사이토카인 수준이 기준치로 돌아오지 않고 장기간 장기기능장애를 겪었다.

증상개시시점과 CRS중증도는 처리하는 시험 약물과 면역세포 활성화의 정도에 의존한다. 최근의 보고에 의하면, 암에 대한 입양T세포치료(Adoptive T cell Therapy)를 받은 환자에서 나타난 CRS 증상은 종양이 큰 경우 더 심한데, 이는 높은 수준의 T세포 활성화가 유도되기 때문이다 [27]. 단일클론항체 치료와 관련이 있는 CRS는 증가된 IFNγ, IL-6 및 TNFα수준과 연관되어 있고, 또한 IL-2, GM-CSF, IL-10, IL-8, IL-5 및 프랙탈카인(fractalkine; CX3CL1)도 꾸준히 증가된 것으로 보고되어 있다 [27-30]. 입양T세포치료와 관련된 명확한 세포 용량과 반응 관계를 정의하기 어렵지만, 매우 높은 용량의 T세포인 경우, 보다 이른 시기에 CRS를 초래하는 데, 이는 10¹⁰개의 변형된 CAR T세포를 주입한 후 치명적 사고가 1건 있었기 때문에 CRS의 특징으로 보고 있고, 주입 수분 안에 급격히 CRS증상이 일어난다 [31].

IL-6는 항염증과 염증을 유발하는 다면 발현성 사이토카인으로, CRS에 있어서 독성의 중심적인 매개체인 것으로 새롭게 알려지고 있다. IL-6 신호 전달은 널리 발현되고 있는 CD130과의 결합 및 IL-6 수용체(IL-6R) (CD126)와의 결합을 필요로 한다 [32]. IL-6R는 마크로파지, 호중구, 간세포 그리고 일부 T세포와 연관이 있고, 고전적인 신호전달을 매개하는데, IL-6 수준이 낮을 때 우세하다. 그러나 IL-6 수준이 올라가면 용해성 IL-6R 또한 trans-신호전달을 야기하는데 그것은 훨씬 더 다양한 세포에서 일어난다. 현재의 모델에 의하면, IL-6의 항염 특성은 고전적인 신호전달을 통해 매개되고, 염증유발 반응은 trans-신호전달의 결과 일어나는 것으로 얘기되고 있다. CRS의 맥락에서 보면, 높은 수준의 IL-6가 염증성 IL-6 매개된 신호전달 연쇄반응을 야기하는 것 같다.

2.3. CRS의 시험관 내 평가

사이토카인 방출의 시험관 내 평가 법은 시험 약물을 PBMCs와 공 배양하는 것인데, 이 방법은 사이토카인이 CRS와 관련이 약하거나 희박한 항체로도 검출되기 때문에 거짓-양성 결과를 제공하기 쉽다 [33]. 개선된 다른 접근법으로는 Fcg 수용체를 통해 CRS를 유도하는 단일 클론 항체를 더 잘 평가하기 위한 고밀도 PBMC 배양 [34]과 단일 클론 항체와 내피 세포의 상호 작용 효과를 모방하고 조직 불일치를 방지하며 환자의 질병 표현형을 유지하기 위한 자가 혈액 성장 내피 세포(BOEC)-PBMC 분석법 [35]이 있다.

CRS 평가를 위한 시험관 내 모델은 빠르고 비용이 상대적으로 저렴하여 효율적임에도 불구하고 전신 면역 반응(혈관 내피, 조직 상주 면역 세포), 표적 외 효과(교차 반응성, 의도하지 않은 표적 활성화), 신경 독성, 조직 손상 및 장기 부전에 대한 세부 정보를 제공하지 않는 단점이 있다 [36]. 이러한 단점은 생체 내 평가를 통해 해결될 수 있다.

2.4. 일반 실험동물을 이용한 CRS 평가

신약개발에 있어서 안전성과 약효 검정을 위해 마우스, 랫트, 비인간 영장류를 주로 사용하는데, 비인간 영장류 임상시험은 인간의 생리와 질병 진행을 잘 모방하기 때문에 전임상 효능 및 약물 안전성 평가의 기준으로 간주되고 있다. 그러나 비인간 영장류 연구는 시간 집약적이고 비용이 많이 들며 심각한 윤리적 문제를 수반한다. TGN1412는 인간 T 세포가 발현하는 공동 자극 분자 CD28의 초작용제(super agonist)인 단일클론항체인데, TGN1412의 전임상 연구결과, 즉, 배양된 인간 PBMC 분석 실험, 일반 설치류와 사이노몰구스 원숭이 실험으로 임상시험에서 인간 지원자들이 경험한 CRS를 예측하지 못했다. 뿐만 아니라 TGN1412는 인간 지원자보다 최대 500배 더 높은 용량으로 단일 클론항체를 투여받은 사이노몰구스 원숭이 시험에서도 부작용을 일으키지 않았다. 이후 연구에 따르면 TGN1412는 TGN1412를 플라스틱 표면에 고정시키거나, 고정된 Fc 특이적 항체를 통해 TGN1412를 결합시키거나, 내피 유사 세포 단분자 층이 있는 상태에서 TGN1412를 공동 배양하는 등 PBMC에 적절하게 제시될 때만 시험관 내에서 사이토카인 반응을 유도하는 것으로 나타났고, TGN1412를 물 층에서 테스트했을 때 검출 가능한 CRS 반응은 관찰되지 않았다 [37]. 이러한 발견은 물 층에서 TGN1412의 시험관 내 테스트가 인간에서 관찰된 CRS를 유발하지 못한 이유로 설명된다. 추가 조사 결과, TGN1412에 의한 CD4+ effector 기억 T 세포의 활성화가 CRS의 원인으로 밝혀졌다. TGN1412의 전임상 테스트에 사용된 실험동물에서는 CD4+ effector 기억 T cells에서 CD28 발현이 부족했기 때문에 인간에서 관찰된 CRS를 예측하는 데 실패한 것이다 [38]. 이는 약물 개발을 위해 보다 신뢰할 수 있는 전임상 모델을 필요로 한다는 의미다 [39].

2.5. 인간화마우스모델을 이용한 CRS 평가

2.5.1. 인간화마우스 모델

인간화마우스 모델은 크게 두 종류가 있는데, 하나는 마우스 유전자를 인간 유전자로 치환한 유전자 인간화마우스가 있고, 또 하나는 마우스 세포를 인간 세포로 대체한 세포 인간화 마우스가 있다. 유전자 인간화마우스는 마우스와 인간, 즉, 타깃 유전자의 DNA 염기서열이 종간에 상동성이 적어 아미노산 서열이 서로 달라, 인간 항체같이 인체 유래의 의약품의 생체 내 효능을 평가할 때 주로 이용되고 있다. 예를 들면, PD1인간항체의 항암 효능을 평가할 때, 마우스에서는 반응하지 않기 때문에, 마우스 PD1유전자가 인간 PD1유전자로 치환된 PD1인간화마우스에서는 잘 반응하므로, PD1인간 항체의 효능 평가에 널리 활용되고 있다. 세포인간화마우스는 인체 세포를 마우스에 이식함에 따라 생기는 면역거부현상을 없애기 위해, NSG/NOG/NIG 같은 면역결핍마우스에 인체면역세포를 이식하여 만들어지고 있다. 즉, 면역인간화마우스로는 인체 CD34+ hematopoietic Stem Cells (HSCs; 조혈모세포)를 이식하여 제작한 마우스와 Peripheral Blood Mononuclear Cells (PBMCs; 말초혈액단핵세포)를 이식하여 제작한 마우스, 2종류가 있다. CD34+ 인간화마우스는 T 세포, B세포, 수지상세포 그리고 골수세포가 발달하여 [40], 이식편대숙주병(Graft-versus-host disease: GVHD) 증상이 적게 일어나 안정적으로 장기간 면역세포가 인간화된다는 장점이 있어, 장기간 분석이 필요한 인체 암 모델의 생물학적 평가에 널리 활용되고 있다 [41]. 한편 PBMCs 인간화마우스는 주입된 인체 PBMCs에 의해 GVHD증상이 유도되지만, 치료 관찰 기간이 4-5주로 CD34+ 인간화마우스보다 아주 짧아 개발하는 항암제의 효능을 검사하는 데 아주 유용한 모델이다. 반면, 인체 T세포집단의 기능적 평가를 교란시킬 수 있어 항암 평가에 어려움을 초래할 수 있지만, PBMCs 접종은 성숙한 인체 T세포의 기능 검사를 가능하게 하므로, 성숙한 면역 시스템의 기능을 검사하는데 적합하고, 또한 PBMCs 공여자와 종양 조직의 HLA가 일치되면 항원 특이적 반응을 검사하는데도 적합한 모델이다.

2.5.2. 인간화마우스를 이용한 CRS 평가

인간화 마우스 모델은 생체 내 항암 효능 및 CRS 평가/예측을 위한 귀중한 도구로 사용될 수 있다. 여러 연구에 의하면 인간 면역 체계가 이식된 면역 결핍 마우스 모델을 사용하여 CRS 또는 기타 면역 매개 부작용을 연구하는 방법이 설명되고 있다 [42, 43, 44–50].

이 모델에는 PBMC 인간화 NRG 마우스, 골수-간-흉선(BLT) 면역 인간화 마우스, 또는 PBMC 인간화 중증 결합 면역결핍(SCID) 마우스가 포함되는데 단일클론항체에 의해 야기된 CRS를 평가한다 [45]. Giavridis 등 [42]은 복강 내 질환을 지닌 SCID-베이지 마우스를 인간 CD19-CAR-T 세포로 처리했을 때 심각한 CRS가 발생했음을 보여주었다. 또 다른 보고서에서는 CD34+ 인간화 SGM3 백혈병 마우스가 CAR-T 치료 시 CRS를 유발한다는 결과를 보여 주었다 [43]. 그러나 이러한 모델 어느 것도 면역치료의 표준 전임상 스크리닝 도구로 제안되지 않았다. 잭슨 연구소의 제임스 켁스 그룹의 최근 연구에 의하면, 면역치료제의 CRS 독성을 예측하기 위한 빠르고 민감하며 신뢰할 수 있는 생체 내 사전 스크리닝 도구가 제안되었다 [44]. 이 접근법에서는 NOD‐scid IL2rg null (NSG) 마우스 플랫폼, 더 나은 골수성 이식을 지원하는 그 변형인 NSG-SGM3 마우스, 그리고 지연된 GvHD를 나타내는 NSG-MHC I/II DKO 마우스를 사용하였다. 그들은 NSG, NSG-SGM3, NSG-MHC I/II DKO 마우스를 방사선으로 조사(100 cGy)한 후, 2 X 10⁷ 개의 PBMC를 주입하고, PBS, OKT3 또는 CD28 항체를 투여한 다음, 6시간 후 혈청을 채취하여, 다양한 인간 사이토카인 – IFN-g, IL-2, IL-4, IL-6 그리고 TNF alpha를 평가하였다. 이 마우스 모델들은 OKT3 및 CD28 항체와 반응하여 사이토카인 수준들이 증가되었고, 인간 CRS와 동일한 표현형이 관찰되었다. 이 모델은 이종 간의 급성 이식편대숙주병과 달리, 여러 공여자들의 PBMC 실험 간에도 CRS에 있어서 변이가 감지되었고 동일한 공여자의 PBMC를 사용한 경우에도 재현성이 있었으며, CRS의 크기는 약물과 약물의 농도 의존적이었다. 동일한 공여자의 PBMC를 사용한 시험관 내 분석과 직접 비교한 결과, 생체 내 분석이 특정 PBMC 공여체로부터 CRS를 감지하는 데 더 민감하다는 것으로 밝혀졌으며, 이는 위험 평가를 위한 생체 내 분석의 중요성을 강조한 것이다 [44].

PBMC 인간화 마우스는 루시퍼레이즈(Luciferase)가 태깅된 종양과 함께 이식될 수 있어 동일한 분석 기간 동안 치료제의 효능과 안전성 프로파일을 동시에 평가할 수 있다 (그림 2). 중요한 것은 체중, 임상 평가, 장기 건강을 결합하여 사이토카인 방출의 전체 크기와 지속 시간 [45-47]과 관련된 독성을 평가할 수 있다는 점이다. 이 모델은 CAR-T 세포, 이중 특이적/삼중 특이적 T 세포 인게이저, 면역관문억제제(단독 또는 조합)를 포함하는 새로운 항암 면역치료제의 용량 및 공여체 특이적 안전성 프로파일을 예측하는 데 사용될 수 있다 [48].

그림 2. 인간화마우스를 이용한 항암효능 및 CRS 평가:
종양세포를 이식한 CD34 또는 PBMC 인간화마우스는 CAR-T 세포치료제, 이중 특이적 T세포 인게이저 또는 면역관문저해제로 처리하고, 사이토카인 분석을 위해 약물 처리 6시간 후 혈청을 채취한 후, 체중과 병리 증상은 점수 처리 후 기록하고, 효능 평가를 위해 영상 또는 캘리퍼 측정을 실시하며, 유세포분석에 의해 면역 성분을 검사한다. 독성 평가를 위해 혈청 화학 분석을 실시하고, 조직은 면역 염색을 위해 수집해 놓는다 [1].

이 모델은 선도물질 선택 중 위험을 제거함으로써 신약개발에 매우 유용할 수 있으며, 이 치료가 특정 환자에게 안전하고 효과적인지 여부에 대한 맞춤 예측 결과를 환자에게 제공하는 데 사용될 수 있기 때문에 임상 설정에도 매우 유용할 수 있다 [49, 50].

3. 결론

면역항암제 등 항체 기반 면역 치료법의 등장은 다양한 인간 질병의 치료에 혁명을 일으켰다 [1]. 지난 10년 동안, 이러한 면역 치료법의 주요 응용 분야는 면역관문 분자를 표적으로 하여 악성 종양을 치료하는 것이었다 [51]. 항체 기반 치료법은 임상에서 전례 없는 수준의 성공을 거두고 있지만, 이미 설명한 바와 같이 CRS를 포함한 여러 임상 시험에서 부작용이 보고되었다. 현재 CRS 유도를 위한 생물학적 제제를 스크리닝 하는 플랫폼에는 인간 PBMC를 이용한 시험관 내 연구와 비인간 영장류와 같은 전통적인 생체 내 연구가 포함되어 있다 [34]. 그러나 정확하고 번역 가능하며 쉽게 확장할 수 있고 이상적으로 환자 맞춤형 반응을 연구할 수 있는 인간 기반 생체 내 CRS 스크리닝 플랫폼에 대한 긴급한 필요성이 여전히 존재한다. 본 총설에서는 염증 유도에 대한 인간 맞춤형 치료법의 신속하고 민감하며 재현 가능한 스크리닝을 가능하게 하는 인간화 마우스 모델을 중심으로 설명하였는데 이상의 설명이 면역항암제를 비롯한 각종 항체 신약을 개발하는 기업 연구자들에게 도움이 되길 바란다.

4. 참고문헌

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