실험실에서 배양한 인간 면역 체계, 암 환자의 면역 반응 약화 발견

일부 암 환자가 감염과 싸우는 데 어려움을 겪는 이유를 더 잘 이해하기 위해 조지아 공대 연구진은 실험실에서 작은 규모의 인간 면역 체계 모델을 만들었습니다.

이러한 소형 모델(인간 면역 오르가노이드라고 함)은 면역 세포가 해로운 침입자를 인식하고 공격하고 백신에 반응하는 법을 배우는 실제 환경을 모방합니다. 이러한 오르가노이드는 암에서 면역 기능을 연구하고 관찰하는 강력한 새로운 도구일 뿐만 아니라, 이를 사용하면 백신 개발을 가속화하고 환자의 질병 치료 반응을 더 잘 예측하며 심지어 임상 시험을 가속화할 가능성이 높습니다.

"저희의 합성 하이드로젤은 인간 면역 기관체를 위한 획기적인 환경을 만들어내어 처음부터 항체 생산을 보다 정확하게, 그리고 더 오랜 기간 동안 모델링할 수 있게 해줍니다."라고 George W. Woodruff 기계공학과의 Carl Ring Family 교수이자 Georgia Tech와 Emory의 Wallace H. Coulter 생체공학과 교수인 Ankur Singh이 말했습니다.

"처음으로, 우리는 혈액을 사용하여 합성 젤에서 복잡한 면역학적 과정을 재현하고 유지할 수 있으며, B 세포 반응을 효과적으로 추적할 수 있습니다."라고 그는 덧붙였습니다. "이것은 암 치료를 받은 림프종 환자의 면역 취약성을 이해하고 치료하는 데 있어 게임 체인저입니다. 그리고 바라건대 다른 질환도 마찬가지입니다."

싱이 이끄는 이 팀은 인간의 편도선과 림프절 조직을 모방한 실험실에서 만든 면역 체계를 만들어 면역 반응을 더 정확하게 연구했습니다. Nature Materials 저널에 게재된 연구 결과는 인간 면역학을 더 정확하게 표현하는 시험관 내 모델로의 전환을 보여줍니다. 이 팀에는 에모리 대학교, 애틀랜타 소아 병원, 반더빌트 대학교의 연구원도 포함되었습니다.

작은 면역 체계 모델 설계

연구자들은 생물의학 분야의 중요한 문제, 즉 동물 모델에서 얻은 전임상 결과를 효과적인 임상 결과로 전환하는 데 있어서 성공률이 낮다는 문제를 해결하고 싶어했습니다. 특히 면역, 감염, 백신 반응의 맥락에서 그렇습니다.

"동물 모델은 많은 유형의 연구에 가치가 있지만, 종종 현실적인 인간 면역 생물학, 질병 메커니즘 및 치료 반응을 정확하게 반영하지 못합니다." 생체공학 박사 과정 학생이자 논문의 첫 번째 저자인 Monica (Zhe) Zhong이 말했습니다. "이 문제를 해결하기 위해 우리는 분자, 세포, 조직 및 시스템 수준에서 인간 면역 생물학의 고유한 복잡성을 충실히 복제하는 새로운 모델을 설계했습니다."

연구팀은 합성 하이드로젤을 사용하여 인간의 혈액과 편도선에서 추출한 B세포가 성숙하여 항체를 생성할 수 있는 미세 환경을 재현했습니다. 건강한 기증자나 림프종 환자의 면역 세포를 이러한 젤과 같은 환경에서 배양하면, 오르가노이드는 더 긴 세포 기능을 지원하여 항체 형성 및 적응과 같은 과정이 발생할 수 있습니다. 인체와 유사합니다. 개별 환자에게 오르가노이드를 활용하면 해당 개인이 감염에 어떻게 반응할지 예측하는 데 도움이 됩니다.

이 모델은 또한 연구자들이 다양한 조건에서 면역 반응을 제어하고 테스트할 수 있도록 합니다. 연구팀은 모든 조직 공급원이 동일하지 않으며 편도선 세포가 수명 문제로 어려움을 겪는다는 것을 발견했습니다. 그들은 특수한 설정을 사용하여 건강한 면역 세포가 감염과 싸우는 데 도움이 되는 신호에 어떻게 반응하는지 연구했는데, 면역 요법에서 회복된 것으로 보이는 림프종 생존자의 세포에서 동일한 반응을 유발하지 못했습니다.

새로운 면역 장기 칩 기술에 내장된 오르가노이드를 사용하여, 연구팀은 특정 면역 요법으로 치료받은 림프종 생존자의 면역 세포가 일반적으로 강력한 면역 반응에서 그러하듯이 특정 "구역"으로 조직되지 않는다는 것을 관찰했습니다. 이러한 조직화 부족은 최근 임상적 발견에서 입증된 바와 같이 암 생존자가 직면한 일부 면역적 어려움을 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.

게임의 판도를 바꾸는 기술

이 연구는 주로 감염성 질환 연구자, 암 연구자, 면역학자 및 환자 결과 개선에 전념하는 의료 전문가에게 관심이 있습니다. 이러한 소형 면역 체계를 연구함으로써 현재 치료법이 효과적이지 않을 수 있는 이유를 파악하고 면역 방어력을 강화하기 위한 새로운 전략을 모색할 수 있습니다.

"CD20 표적 요법으로 치료받는 림프종 환자는 종종 치료를 마친 후 몇 년 동안 지속될 수 있는 감염에 대한 감수성이 증가합니다. 항체 반응에 대한 이러한 장기적 영향을 이해하는 것은 림프종 생존자의 안전과 삶의 질을 모두 개선하는 데 중요할 수 있습니다." 에모리 대학교 윈십 암 연구소의 혈액학 및 종양학과 조교수이자 논문의 공동 저자인 진 코프 박사가 말했습니다.

"이 기술은 더 깊은 생물학적 통찰력과 시간이 지남에 따라 면역학적 결함의 회복을 모니터링하는 혁신적인 방법을 제공합니다. 임상의가 감염 위험을 줄이는 특정 개입의 혜택을 볼 수 있는 환자를 더 잘 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다." 코프가 덧붙였습니다.

연구의 또 다른 중요하고 유망한 측면은 확장성입니다. 개별 연구자는 한 번에 수백 개의 오르가노이드를 만들 수 있습니다. 건강한 환자와 면역 억제 환자 모두인 다양한 집단을 타겟팅하는 모델의 기능은 백신 및 치료 테스트에 대한 사용성을 크게 증가시킵니다.

조지아 공대 면역공학 센터를 이끄는 싱에 따르면, 해당 팀은 이미 노화 관련 문제를 해결하기 위해 세포 치료법과 노화된 면역 체계 모델을 개발하는 등 새로운 차원으로 연구를 추진하고 있다고 합니다.

"결국 이 연구는 면역 반응이 약화되어 백신과 같은 표준 치료에 잘 반응하지 않는 암 환자와 생존자에게 가장 직접적인 영향을 미칩니다." 싱은 설명했습니다. "이 획기적인 발견은 면역 방어력을 강화하는 새로운 방법으로 이어질 수 있으며, 궁극적으로 취약한 환자가 건강을 유지하고 더 완벽하게 회복하는 데 도움이 될 수 있습니다."

이 작업은 원래 Wellcome Leap HOPE 프로그램에서 자금을 지원받았습니다. 이 지원으로 최근 자금 지원이 늘어났으며, 여기에는 National Institute of Allergy and Infectious Diseases에서 지원한 최근 750만 달러의 보조금도 포함됩니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241112190955.htm