박테리아 백신, 암 면역 요법으로서의 가능성을 보여줍니다.

컬럼비아 연구자들은 면역 체계가 암 세포를 파괴하도록 교육하는 프로바이오틱 박테리아를 조작하여 박테리아의 자연적인 종양 표적 특성을 활용하는 새로운 종류의 암 백신에 대한 문을 열었습니다. 이러한 미생물 암 백신은 각 개인의 원발성 종양과 전이를 공격하도록 개인화할 수 있으며, 심지어 미래의 재발을 예방할 수도 있습니다.

진행성 대장암과 흑색종의 마우스 모델을 사용한 연구에서 박테리아 백신은 면역 체계에 엄청난 힘을 실어 원발성 및 전이성 암의 성장을 억제하거나 많은 경우 제거했습니다. 신체의 건강한 부분은 그대로 두었습니다.

이 연구 결과는 10월 16일 Nature 에 게재되었습니다.

박테리아 백신은 이전의 수많은 암 임상 시험에서 사용되었던 펩타이드 기반의 치료용 암 백신보다 특히 더 효과적인 것으로 입증되었습니다.

"저희 시스템의 중요한 장점은 면역 체계의 모든 부분을 조정하여 재구성하고 활성화하여 생산적인 항종양 면역 반응을 유도하는 독특한 능력입니다. 이것이 이 시스템이 다른 면역 요법으로 치료하기 특히 어려웠던 고급 고형 종양 모델에서 매우 잘 작동하는 이유라고 생각합니다." 연구를 주도한 컬럼비아 대학교 Vagelos College of Physicians and Surgeons의 MD/PhD 학생인 Andrew Redenti의 말입니다.

"순 효과는 박테리아 백신이 진행성 원발성 또는 전이성 종양의 성장을 제어하거나 제거하고 마우스 모델에서 생존을 연장할 수 있다는 것입니다." 연구에서 박테리아 공학 측면을 주도한 컬럼비아 대학교의 박사 과정 학생인 임종원 박사의 말입니다.

박테리아 백신은 각 종양에 맞게 개인화됩니다. "모든 암은 고유합니다. 종양 세포는 정상적인 건강한 세포와 ​​구별되는 고유한 유전적 돌연변이를 가지고 있습니다. 면역 체계가 이러한 암 특이적 돌연변이를 표적으로 삼도록 지시하는 박테리아를 프로그래밍함으로써, 우리는 환자의 면역 체계가 암 세포를 감지하고 죽이도록 자극하는 더 효과적인 치료법을 설계할 수 있습니다." 연구를 지휘한 컬럼비아 대학교 Vagelos 의대 및 외과의과대학의 미생물학 및 면역학 부교수인 Nicholas Arpaia 박사가 말했습니다. 그는 컬럼비아 공과대학의 생체공학 부교수인 Tal Danino 박사와 함께 연구를 지휘했습니다.

"추가적인 유전적 프로그래밍을 통해 추가적인 안전 최적화를 계속 통합함에 따라, 우리는 이 치료법을 환자에게 테스트하는 지점에 점점 더 가까워지고 있습니다."라고 그는 덧붙였습니다.

암 치료제로서의 박테리아

박테리아는 19세기 후반부터 암 치료에 활용되어 왔습니다. 당시 뉴욕 병원의 외과의사였던 윌리엄 콜리 박사는 박테리아를 주입한 수술 불가능한 종양이 있는 일부 환자에서 종양 퇴행을 관찰했습니다. 박테리아는 오늘날에도 초기 단계의 방광암 환자에게 치료제로 사용되고 있습니다. 연구자들은 이제 일부 박테리아가 자연적으로 종양으로 이동하여 식민지화할 수 있으며, 종종 산소가 결핍된 환경에서 번성하여 국소적으로 면역 반응을 유발할 수 있다는 것을 알고 있습니다.

하지만 이런 방식으로 사용하면 박테리아는 일반적으로 암을 공격하는 면역 반응을 정확하게 제어하거나 지시하지 않습니다. "이러한 특성만으로는 일반적으로 박테리아가 종양을 파괴할 수 있는 면역 반응을 자극할 만큼 충분한 힘을 얻지 못하지만, 암 치료법의 새로운 영역을 구축하기 위한 좋은 시작점입니다."라고 Nicholas Arpaia, PhD가 말합니다.

면역체계의 여러 부분을 안전하게 자극합니다.

새로운 시스템은 E. coli 박테리아의 프로바이오틱 균주로 시작합니다. 그런 다음 연구자들은 박테리아가 면역 체계와 상호 작용하고 종양을 죽이는 것을 유도하도록 교육하는 방식을 정확하게 제어하기 위해 여러 가지 유전적 변형을 가했습니다.

조작된 박테리아는 치료되는 암에 특정한 단백질 표적(신항원이라고 함)을 인코딩합니다. 박테리아가 전달하는 이러한 신항원은 면역 체계가 동일한 단백질을 발현하는 암 세포를 표적으로 삼아 공격하도록 훈련시킵니다. 신항원은 종양 표적으로 사용되므로 이러한 암 표지 단백질이 없는 정상 세포는 그대로 둡니다. 박테리아 시스템의 특성과 과학자들이 조작한 추가적인 유전적 변형으로 인해 이러한 박테리아 암 치료법은 종양이 면역 체계를 차단하는 데 사용하는 면역 억제 메커니즘을 동시에 극복합니다.

이러한 유전자 변형은 또한 박테리아가 스스로에 대한 면역 공격을 회피하는 선천적 능력을 차단하도록 설계되었습니다. 안전 조치로서, 이는 조작된 박테리아가 면역 체계에 의해 쉽게 인식되고 제거될 수 있으며 종양을 찾지 못하면 신체에서 빠르게 제거된다는 것을 의미합니다.

연구진은 쥐를 대상으로 실험한 결과, 복잡하게 프로그램된 박테리아 암 백신이 종양 세포를 공격하는 다양한 면역 세포를 모집하는 동시에 일반적으로 종양에 대한 면역 공격을 억제하는 반응을 예방한다는 사실을 발견했습니다.

또한 박테리아 백신은 종양이 생기기 전에 쥐에게 투여했을 때 암 성장을 줄이는 효과가 있었고, 완치된 쥐에서는 동일한 종양이 다시 자라는 것을 막는 효과가 있었습니다. 이는 이 백신이 완치된 환자에게 암이 재발하는 것을 막을 수 있는 능력이 있을 수 있음을 시사합니다.

개인화

사람의 경우, 이러한 미생물 백신을 만드는 첫 번째 단계는 생물정보학을 사용하여 환자의 암을 시퀀싱하고 고유한 신항원을 식별하는 것입니다. 다음으로, 박테리아는 식별된 신항원과 다른 면역 조절 인자를 대량으로 생성하도록 조작됩니다. 종양을 치료할 환자에게 주입하면 박테리아는 종양으로 이동하여 집을 짓고, 조작된 "의약품"의 탑재물을 꾸준히 생산하여 전달합니다.

박테리아 백신에 의해 면역 체계가 활성화되면, 신체 전체로 퍼진 암 세포를 제거하고 추가 전이 발생을 막습니다.

각 종양에는 고유한 신항원 세트가 있으므로 면역 요법은 각 환자에 맞게 맞춤 제작됩니다. "치료 시간은 먼저 종양을 시퀀싱하는 데 걸리는 시간에 따라 달라집니다. 그런 다음 박테리아 균주를 만들기만 하면 되는데, 이는 매우 빠를 수 있습니다. 박테리아는 다른 백신 플랫폼보다 제조하기가 더 간단할 수 있습니다."라고 다니노는 말합니다.

박테리아는 또한 암이 빠르게 돌연변이를 일으키고 치료를 회피하는 능력을 상쇄하도록 설계되었습니다. "저희 플랫폼은 매우 다양한 신항원을 전달할 수 있기 때문에 이론적으로 종양 세포가 모든 표적을 한꺼번에 잃고 면역 반응을 피하는 것이 어려워집니다."라고 Arpaia는 말합니다.

연구자들은 그들의 접근 방식이 이전의 암 백신이 성공하지 못했던 곳에서 성공할 수 있다고 생각합니다. 후자의 경우, 종양 신항원에 대한 면역 반응이 유도될 수 있지만, 면역 억제 종양 환경의 직접적인 조절은 그 정도로 이루어지지 않습니다.

아르파이아는 "박테리아는 이러한 화합물이 전신에 체계적으로 전달될 때 견딜 수 있는 것보다 더 높은 농도의 약물을 전달하도록 허용합니다. 여기서 우리는 전달을 종양에 직접 한정하고 면역 체계를 자극하는 방식을 국소적으로 조절할 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.

추가 정보

연구의 제목은 "정밀 암 면역 치료를 위한 프로바이오틱 신항원 전달 벡터"입니다.

모든 저자: Andrew Redenti, 임종원, Benjamin Redenti, Fangda Li, Mathieu Rouanne, Zeren Sheng, William Sun, Candice R. Gurbatri, Shunyu Huang, Meghna Komaranchath, 장영욱, 한재승, Edward R. Ballister, Rosa L. Vincent , Ana Vardoshivilli, Tal Danino 및 Nicholas Arpaia (모두 Columbia 소속).

이 연구는 미국 국립보건원(R01CA249160, R01CA259634, U01CA247573, T32GM145766)과 Searle Scholars Program의 보조금, 그리고 Roy와 Diana Vagelos의 정밀 의학 시범 연구비로 자금이 지원되었습니다.

앤드류 레덴티, 임종원, 탈 다니노, 니콜라스 아르파이아는 이 작업과 관련하여 미국 특허 및 상표청에 임시 특허 출원을 제출했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241016115915.htm