좌) 연구 개요 모식도 우) 이석묵, 신하경 사진 및 설명

국민대학교 바이오의약전공 이석묵 교수 연구팀이 자체 확보한 항체공학 원천기술과 바이러스 기반 유전자 전달 기술을 융합하여 암세포에서 치료용 단백질의 발현을 높이고 항암 면역반응을 유도할 수 있는 차세대 유전자 전달 플랫폼을 개발했다. 이번 연구는 국민대학교 바이오의약학과 신하경 박사후연구원이 제1저자로 연구를 주도했으며, 연구 성과는 국제학술지 International Journal of Biological Macromolecules에 2026년 11월 게재됐다.

삼중음성유방암(Triple-Negative Breast Cancer, TNBC)은 기존 호르몬 치료나 HER2 표적 치료의 적용이 어려운 난치성 유방암으로, 새로운 치료 표적과 효과적인 약물 전달 기술 개발이 중요한 과제로 꼽힌다. 특히 유전자 치료 기술을 항암 분야에 적용하기 위해서는 치료 유전자를 암세포에 효과적으로 전달하면서 정상 조직에 대한 비표적 전달을 최소화하는 기술이 요구된다.

연구팀은 이러한 기술적 과제를 해결하기 위해 독자적으로 구축한 약 716억 개 규모의 대용량 나노바디 라이브러리를 활용하여 삼중음성유방암에서 높은 발현을 보이는 TROP2 단백질을 정밀하게 인식하는 나노바디(K118.1)를 발굴했다. K118.1은 사람과 생쥐의 TROP2에 모두 높은 결합력을 나타냈으며, 표적 단백질에 결합한 후 세포 내로 유입되는 특성을 보였다.

이어 연구팀은 K118.1을 재조합 아데노부속바이러스(rAAV)의 캡시드 단백질인 VP1에 유전적으로 삽입하는 캡시드 공학(capsid engineering) 기술을 적용하여 새로운 유전자 전달체(rAAV-Nb)를 개발했다. 이는 기존 바이러스 전달체에 나노바디의 표적 인식 기능을 접목함으로써 암세포 표면의 TROP2와의 상호작용을 활용해 유전자 전달 성능을 향상시키도록 설계한 기술이다.

실험 결과, 개발된 rAAV-Nb는 기존 rAAV 전달체 대비 삼중음성유방암 세포에서 항암용 이중특이적 T세포 연결항체(BiTE) 단백질의 발현량을 최대 6배 향상시켰다. 또한 TROP2 발현 세포와 수용성 TROP2 단백질을 이용한 경쟁 실험을 통해 나노바디와 TROP2의 상호작용이 유전자 전달 효율 향상에 기여한다는 사실을 확인했다.

특히 연구팀은 유전자 전달 효율 향상이 항암 면역기능의 증가로 이어지는지를 검증하기 위해 암세포의 CD155와 T세포의 CD3를 동시에 인식하는 이중특이적 항체(BiTE) 유전자를 탑재했다. 그 결과, 인간 말초혈액 면역세포를 이용한 실험에서 T세포 활성화와 암세포 사멸 효과가 증가했으며, 일차 인간 CD8 양성 T세포를 이용한 추가 실험에서도 T세포 활성화 및 항암 관련 효과기 분자의 증가와 암세포 사멸 효과를 확인했다. 이는 개발된 플랫폼이 단순한 유전자 발현 증가를 넘어 기능성 항암 단백질의 발현을 통해 T세포 매개 항암 면역반응을 강화할 수 있음을 보여준 결과다.

이번 연구의 가장 큰 의의는 국민대학교가 독자적으로 축적해 온 대규모 나노바디 라이브러리와 항체 발굴 원천기술을 AAV 유전자 전달 기술과 융합하고, 이를 기능성 항암 단백질의 발현과 면역세포 기반 항암 효과로 연결했다는 점이다. 특히 신하경 박사후연구원을 중심으로 항체공학과 유전자 전달 기술을 접목한 연구를 수행함으로써, 독자적인 항체 발굴 기술의 활용 범위를 차세대 유전자·면역치료 플랫폼 개발로 확장할 수 있는 가능성을 제시했다.

이석묵 교수는 “이번 연구는 국민대학교 연구팀이 자체 확보한 항체공학 원천기술을 바탕으로 암세포 표적 인식, 치료 유전자 전달, 항암 면역반응을 하나의 기술 플랫폼으로 연결했다는 점에서 의미가 크다”며, “향후 다양한 암세포 표면 단백질을 인식하는 나노바디와 치료 유전자를 조합하여 암종별 맞춤형 정밀 유전자 치료 플랫폼으로 발전시키고, 후속 전임상 연구를 통해 항암 효능과 안전성을 체계적으로 검증해 나갈 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구는 독자적인 항체공학 원천기술을 활용해 유전자 전달체의 기능을 개선하고 항암 면역치료에 적용한 성과로, 향후 다양한 고형암을 대상으로 하는 표적 유전자 전달 기술과 차세대 항암 면역치료제 개발의 기반이 될 것으로 기대된다.