차세대 암 면역치료는 치료 정밀도를 높이기 위해 종양 표적 항체 또는 항체-약물 접합체(ADCs)와 면역 작동 세포를 결합하는 경우가 점점 늘고 있다. 그러나 많은 기존 접근법은 유전자 변형이나 복잡한 제조 공정에 의존하고 있어 임상적 규모화와 신속한 배치가 제한된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 우리는 항체 포획 단백질(ACP) 기반 표면 공학 플랫폼을 개발하여 항체 또는 ADC로 NK 세포를 빠르고 가역적이며 비유전적으로 기능화할 수 있게 하였다. 이 접근법은 DMPE-PEG-지질 접합체를 사용하여 소량화된(protein A; ACP) ACP를 소수성 삽입을 통해 NK 세포막에 고정함으로써, IgG 분자의 Fc 영역에 안정적이고 선택적으로 결합하도록 한다. 이러한 전략을 바탕으로, 항체-엔탄신(AC-NKs)을 개발하였고, AC-NKs는 종양 세포의 각 표적 항원에 미리 결합된 치료 항체(트라스투주맙(trastuzumab, TZ), 트라스투주맙-엠탄신(trastuzumab-emtansine, T-DM1), 사시투주맙(sacituzumab, SZ))를 선택적으로 포획한 뒤 항원 특이적 세포독성 반응을 유도할 수 있다. 그 결과 생성된 AC-NKs는 시험관 내에서 HER2 양성 및 Trop-2 양성 암세포에 대한 종양 인지와 세포독성이 향상되었다. 기존의 병용 요법과 비교하여, AC-NKs는 세포독성 제의 효과적 전달, 암세포의 결합(engagement) 증대, CD107a 발현 상향 조절을 통해 면역 활성화를 강화하였다. 특히, 이 시스템은 다중 항원 표적화와 조절 가능한 항체 로딩을 지원하여 종양의 이질성과 내성 표현형에 적응할 수 있게 한다. 또한, 이 플랫폼은 유전자 변형 없이도 프로그래밍 가능한 면역세포 치료를 신속하게 개발하기 위한 단순하고 규모화 가능하며 안전한 방법을 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 그 다재다능함은 NK 및 T 세포 치료 전반에서 다중 항원 표적화와 폭넓은 적용성을 뒷받침하며, 개인맞춤형 비(非)제조형(off-the-shelf) 화학면역치료를 향한 유망한 경로를 제시한다.

기존의 CAR 기반 면역치료는 혈액종양에서 유망한 효능을 보였다. 그러나 선천면역 세포, 특히 자연살해(NK) 세포에서 바이러스 벡터의 고유한 낮은 전달(전달 효율)은 CAR 기반 면역치료의 광범위한 적용을 가로막는 중대한 장벽을 이룬다. 이러한 제한을 극복하기 위해, 본 연구에서는 유전자 편집 없이 면역세포를 신속하게 CAR 발현 세포로 전환하는 비바이러스 플랫폼인 재조합 키메라 항원 수용체 융합 단백질(recombinant chimeric antigen receptor fusion protein, CliCAR)을 개발하였다. CliCAR 단백질은 NK 세포에서 빠르게 내부로 유입되어 세포막에 국소화되었으며, 유전적 변형 없이도 CAR 유사 기능을 발현할 수 있게 하였다. 그 결과 CliCAR-NK 세포는 HER2 양성 암세포에 대해 선택적 세포독성을 보였고, IFN-γ, 퍼포린(perforin), 그랜자임 B(granzyme B) 수준의 증가를 포함한 면역 활성화가 향상되었다. 생체 내 실험에서 CliCAR-NK 세포는 이종이식(xenograft) 모델에서 관찰 가능한 독성 없이 HER2 양성 종양의 성장을 유의하게 억제하여 치료적 잠재력을 뒷받침하였다. 본 연구를 통해 우리는 유전자 공학 및 바이러스 벡터 매개 전달의 필요성을 제거하는 새로운 단백질 기반 CAR 발현 전략으로 CliCAR 시스템을 제시한다. 유전자 편집 없이 CAR 기능을 부여할 수 있다는 점은 다양한 종양 유형, 특히 고형암을 포함하여 광범위하게 적용 가능한 강력한 ‘오프더셸프(off-the-shelf)’ 면역세포 치료제를 안전하고 신속하며 맞춤형으로 생산할 수 있는 전략을 제공한다.