CAR-T 치료의 임상 및 CRISPR을 통한 진전

CAR-T 세포 치료는 빠르게 임상적으로 실행 가능한 암 치료 옵션으로 자리 잡고 있으며, 이 분야의 혁신이 증가하고 있습니다. 이 치료법은 환자 자신의 몸에서 유래한 재프로그래밍된 면역 세포를 이용합니다. 이러한 면역 세포를 편집하고 다시 투여하면, 기존의 화학요법과 달리 침습적인 암 세포를 특정적으로 타겟하고 파괴할 수 있습니다. 이 게시물에서는 CAR-T 세포 벡터의 기본 생물학을 탐구하고 임상에서 사용되는 CAR-T 세포 치료법을 강조할 것입니다. 또한 CRISPR/Cas9이 차세대 CAR 치료제를 만드는 데 어떻게 사용되는지 설명할 것입니다.

CAR-T 세포치료제

키메라 항원 수용체(CAR)를 발현하는 T 세포를 이용한 치료법, 흔히 CAR-T 치료법이라고 줄여 부르는 이 방법은 암 치료 분야에서 혁신적인 면역 치료법을 대표합니다. 이 혁신적인 접근법은 면역 체계에 중요한 백혈구의 일종인 환자 자신의 T 세포를 유전적으로 변형하여 표면에 키메라 항원 수용체를 발현하도록 합니다. 이러한 수용체는 암 세포에 존재하는 고유한 표지, 즉 항원을 타겟팅하고 인식하도록 특별히 설계되었습니다. 이러한 CAR-T 세포가 환자의 혈류로 주입되면, 암 세포를 놀라울 정도로 정확하게 찾아내어 강력한 공격을 시작하는 강력한 전사로 변모합니다. CAR-T 치료법은 특정 암 유형 치료에서 놀라운 성공을 보여주었으며, 이전에 제한된 치료 옵션을 가진 환자들에게 새로운 희망을 제공하고, 면역 시스템의 자연적 능력을 활용하여 암과 싸울 수 있는 엄청난 잠재력을 보여주고 있습니다.

CAR-T 치료법은 면역 치료 응용을 위해 설계된 합성 수용체의 사용에 달려 있습니다. 이 수용체는 세 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다: (1) 항체의 단일 사슬 가변 조각(scFv)에서 유래한 세포 외부 항원 인식 도메인으로, 암 세포의 표적 항원에 대한 특정 결합을 가능하게 합니다; (2) CAR를 세포막에 고정시키는 막횡단 도메인; (3) T 세포 수용체 복합체의 CD3ζ 사슬에서 유래한 세포 내부 신호 전달 도메인과 CD28 또는 4-1BB와 같은 하나 이상의 공동 자극 도메인. 이 독특한 구조는 CAR-T 세포가 주요 조직 적합성 복합체(MHC)와 독립적으로 암 세포를 인식하고 타겟팅하게 하여 T 세포의 세포독성 활동을 활성화합니다.

MHC와 독립적으로 표적 세포를 인식하는 것은 CAR 치료의 근본적인 이점입니다. 첫째, 이 기능은 이 치료법을 광범위한 암 유형에 적용할 수 있게 합니다. 전통적인 면역 반응은 MHC 분자에 의해 항원 조각이 제시되는 데 의존하지만, 일부 암 세포는 MHC 발현을 다운레귤레이션하거나 변경하여 이 과정을 회피할 수 있습니다. 반면에 CAR-T 세포는 MHC 제시가 필요 없이 표면 항원을 직접 인식하도록 설계되었습니다. 따라서 CAR-T 세포는 자연 면역 감시에서 숨겨질 수 있는 암 세포를 효과적으로 타겟팅할 수 있습니다. 이 적응력은 종양 내 다른 세포들이 다양한 MHC 발현 수준을 나타낼 수 있기 때문에 종양의 이질성을 극복하는 데 중요합니다.

둘째, CAR-T 세포 치료법은 향상된 특이성과 감소된 비표적 효과를 제공합니다. 암 세포의 특정 표면 항원을 정확하게 인식함으로써, CAR-T 세포는 건강한 세포를 공격할 위험을 최소화합니다. 이 정밀성은 MHC 제한 T 세포 인식에 의존하는 전통적인 면역 치료와 관련된 심각한 부작용을 예방하는 데 특히 중요합니다. 요약하면, MHC 상태와 독립적으로 암 세포를 타겟팅할 수 있는 능력은 CAR-T 세포 치료의 효과를 보장하며, 광범위한 암을 다루고, 면역 회피 전략을 극복하며, 특이성을 유지하고, 다용적이고 표준화된 치료 접근법을 제공할 수 있게 합니다.

Kymriah (tisagenlecleucel)

Kymriah(일반 명칭 Tisagenlecleucel)은 Novartis에서 개발한 CAR-T 세포 치료제입니다. 이 치료제는 재발하거나 난치성 B-세포 급성 림프구성 백혈병(ALL)을 가진 소아 및 청소년 환자를 위해 특별히 설계되었으며, 성인 미만성 거대 B-세포 림프종(Adult Diffuse Large B-cell Lymphoma, DLBCL) 및 성인 여포성 림프종(Adult Follicular Lymphoma, FL)으로 사용이 확대되었습니다. Kymriah의 치료 과정은 환자의 혈액에서 T 세포를 포함한 혈장을 제거하고 다시 투여하는 아페레시스(혈액 성분 분리술)로 시작됩니다. 아페레시스 후, 세포는 냉동 보존되어 제조 시설로 배송됩니다.

환자의 세포는 면역 활성화 마그네틱 비드과 함께 배양된 후, 렌티바이러스 벡터가 도입됩니다. 이 벡터는 유전적으로 설계된 카세트를 세포의 DNA에 영구적으로 통합시키는 메커니즘 역할을 합니다. 이 카세트는 CAR 분자를 암호화하는데, 이는 독립된 구성 요소들로 이루어진 복합 구조입니다. CAR는 암성 B 세포의 표면에 널리 존재하는 특정 항원인 CD19를 인식하도록 설계된 세포외 도메인을 가지고 있습니다. CAR는 또한 T 세포의 막 내에 고정되어 구조적 안정성을 보장하는 막관통 도메인을 가지고 있습니다. 더 나아가, CAR 내의 세포 내 신호 전달 도메인은 항원 결합 시 일련의 이벤트를 시작하여 T 세포를 활성화하고 표적 암 세포를 파괴하는 중요한 역할을 합니다. 이 복잡한 과정은 Kymriah의 암 치료 접근 방식을 뒷받침하며, 신체의 면역 체계를 활용하여 백혈병 및 림프종 치료를 위한 유망한 방법을 나타냅니다.

Figure 1. Kymriah 키메라 항원 수용체의 카툰 이미지

Kymriah의 임상 시험 결과는 특히 재발/난치성 소아 및 청소년 ALL 환자에서 매우 유망한 결과를 보였습니다. 이 시험에서 Kymriah는 82%의 인상적인 전체 반응률(ORR)을 포함하여 완전 관해를 나타냈습니다. 또한, 5년 무재발 생존율은 49%에 도달하여, 장기적인 무병 기간과 지속적인 반응을 의미합니다. 유사하게, 재발/난치성 DLBCL 및 FL 환자에서 Kymriah는 각각 53%와 86%의 상당한 효능을 보여주어, 이러한 혈액암에서 어려운 치료 시나리오에 직면한 환자들에게 새로운 희망을 제공합니다.

CRISPR로 CARs 개선

CAR-T 치료의 발전에도 불구하고, 제조 및 체내 지속성 문제와 같은 도전 과제가 여전히 존재합니다. CAR T 세포의 제한된 확장 및 지속성은 치료 실패로 이어질 수 있습니다. 또한, 자가 T 세포 수집 문제와 암 종양 미세환경의 적대적인 조건은 특히 고형 종양에서 치료 효과를 저해합니다. CRISPR/Cas9을 이용한 유전자 편집 기술은 이러한 장벽을 극복하고 CAR T 세포 치료를 향상시킬 수 있는 잠재적 솔루션을 제공합니다.

CRISPR/Cas9 기술은 특정 부위에서 이중 가닥 DNA 절단을 만들어 정확한 유전자 편집을 가능하게 합니다. 이 시스템은 다양한 유전자 편집 응용에 활용되었으며, CAR T 세포 치료를 개선하기 위해 다양한 도전 과제를 해결하는 데 적용될 수 있습니다. 예를 들어, T 세포 기능 개선, 독성 감소, 가용성 증가 등을 포함합니다.

주요 장애물 중 하나는 T 세포 고갈 현상으로, 종양 항원에 장기간 노출되면 T 세포 기능이 상실되는 현상입니다. CRISPR/Cas9은 PD-1 및 CTLA-4와 같은 억제 수용체를 정확하게 타겟팅하여 이 피로를 극복하고 CAR-T 세포를 재활성화하여 치료 효능을 향상시킬 수 있는 방법을 제공합니다.

Figure 2. CAR-T 세포에서 CRISPR/Cas9 기술 사용의 개요.

더욱이, CRISPR-Cas9은 CAR-T 세포의 기능과 안전성을 최적화할 수 있는 방법을 제공합니다. 사이토카인 신호를 조절함으로써 유전자 편집은 CAR-T 세포의 활성화와 확장을 미세하게 조정하여 항암 활동을 강화하면서도 독성 부작용을 완화할 수 있습니다. 이 기술은 또한 CAR 이식유전자를 특정 게놈 위치에 정확하게 통합시켜 일관되고 제어된 CAR 발현을 보장합니다. 이러한 표적화된 통합은 CAR-T 세포 기능과 내구성을 손상시킬 수 있는 지속적 신호(토닉 신호)의 위험을 줄여줍니다.

또한, CRISPR-Cas9은 '기성품' 범용 CAR-T 세포 제품의 제작을 가능하게 함으로써 CAR-T 세포 치료제의 생산을 혁신합니다. 건강한 기증자 세포에서 유래한 동종 유래 T 세포 치료제는 유전자 편집을 통해 숙주 면역 세포에 의한 거부 반응을 저항하도록 수정될 수 있습니다. 이 접근 방식은 제조 과정을 간소화하여 CAR-T 세포 치료를 보다 접근 가능하고 비용 효율적이며 효율적으로 만들며, 특히 자가 T 세포의 충분한 공급이 부족한 환자들에게 유리합니다.

결론적으로, CAR-T 세포 치료는 암과의 싸움에서 강력한 도구로 떠오르며, 다양한 악성 종양 치료에서 놀라운 효능을 입증하고 있습니다. Kymriah와 같은 치료법의 성공은 환자의 면역 시스템을 활용하여 암 세포를 정밀하게 타겟팅하는 잠재력을 강조합니다. 그러나 CRISPR/Cas9 유전자 편집 기술의 통합은 CAR-T 치료의 효과를 더욱 향상시킬 수 있는 열쇠를 제공합니다. T 세포 피로, 제조 효율성 및 체내 지속성 등의 과제를 해결함으로써, CRISPR/Cas9은 더 큰 치료 잠재력을 열어줄 경로를 제공합니다. 정밀한 유전자 편집을 통해 CAR-T 세포 치료가 더욱 접근 가능하고, 적응 가능하며, 효과적으로 되어 암을 정복하고 전 세계 환자들에게 새로운 희망을 제공하는 미래를 상상할 수 있습니다.

Source

Dimitri, A., Herbst, F. & Fraietta, J.A. Engineering the next-generation of CAR T-cells with CRISPR-Cas9 gene editing. Mol Cancer 21, 78 (2022). https://doi.org/10.1186/s12943-022-01559-z

Awasthi R, Maier HJ, Zhang J, Lim S. Kymriah® (tisagenlecleucel) - An overview of the clinical development journey of the first approved CAR-T therapy. Hum Vaccin Immunother. 2023 Dec 31;19(1):2210046. doi: 10.1080/21645515.2023.2210046. Epub 2023 May 15. PMID: 37185251; PMCID: PMC10294746.