카이스트 연구팀, 면역항암 세포 활동 정밀 측정 인공지능 기술 개발

면역항암세포의 활동을 정밀하게 측정·분석할 수 있는 기술을 개발한 카이스트 박용근·김찬혁 교수, 이영호 박사, 이무성 박사과정(사진 위 좌측부터 시계 방향으로) 

카이스트(KAIST) 물리학과 박용근, 생명과학과 김찬혁 교수 공동연구팀이 면역항암 세포의 활동을 정밀하게 측정하고 분석할 수 있는 새로운 3차원 인공지능 분석기술을 개발했다.면역항암제 연구의 효율을 높여 신약 개발 가능성을 크게 향상시킬 수 있는 기술로 평가 받고 있다. 

28일 연구팀에 따르면 체내에서 면역세포를 추출한 후, 외부에서 면역 능력을 강화시키고 다시 환자에게 주입해 암을 치료하는 방식을 ‘입양전달 면역세포 치료(adoptive immune cell therapy)’라고 부른다. 흔히 ‘키메릭 항원 수용체(CAR)'로도 지칭되는 유전자 재조합기술을 이용해 T세포와 같은 면역세포를 변형해 암세포와의 반응을 유도한 뒤 사멸시키는 치료 방법이다.

특히 CAR-T세포 치료는 높은 치료 효과를 보여 2017년 난치성 B세포 급성 림프구성 백혈병 치료제 판매 승인을 시작으로 현재 3종의 치료제가 판매 승인을 받았으며, 전 세계적으로 약 1000건 이상의 임상 시험이 진행 중이다.

아직 우리나라에서는 임상 경험이 없는 이 치료기술은 그러나 세포‧분자 생물학적 메커니즘은 많은 부분이 알려지지 않았다. 특히, CAR-T세포가 표적 암세포를 인지해 결합한 후 ‘면역 시냅스 (immunological synapse, 이하 IS)’를 형성해 물질을 전달하고 암세포의 사멸을 유도하는데, 두 세포 간의 거리와 같은 IS의 형태 정보는 T세포 활성화 유도와 관련이 높다고 알려져 있지만 구체적인 내용을 확인되지 않은 상태다.

박 교수팀은 이를 해결하기 위한 방법으로 3D 홀로그래피 현미경 기술을 이용해 IS를 정밀하고 체계적으로 연구할 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 염색이나 전처리 없이 살아있는 상태의 CAR-T세포와 표적 암세포 간의 상호작용을 고속으로 측정하고 기존에는 관찰하기 어려운 CAR-T와 암세포 간의 IS를 고해상도로 실시간 측정한 것이다. 또한 이렇게 측정한 3D 세포 영상을 인공지능 신경망(CNN)을 이용해 분석하고, 3차원 공간에서 정확하게 IS 정보를 정량적으로 추출할 수 있는 기술을 자체 개발했다.

또 이 기술을 활용해 빠른 CAR-T 면역 관문 형성 메커니즘을 추적할 수 있었을 뿐만 아니라, IS의 형태학적 특성이 CAR-T의 항암 효능과 연관이 있음을 확인했다.

박교수는 “3차원 IS 정보가 새로운 표적 항암 치료제의 초기 연구에 필요한 정량적 지표를 제공할 것이라고 기대하고 있다”고 말했다. 

카이스트 물리학과 이무성 박사과정, 생명과학과 이영호 박사, MIT 물리학과 송진엽 박사과정이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 ‘이라이프(eLife)’ 지난 21일 자에 게재됐다.   

대전=임정재 기자 jjim61@segye.com