Beyond Cancer, the evolution of living cell medicine 원래 AIDS를 위해 개발되었지만 CAR-T 요법은 혈액암에서의 성공으로 인해 광범위한 관심을 받았습니다. CAR-T 치료법은 더 넓은 범위의 질병에 대한 가능성을 가지고 있습니다.

지난 10여년 동안 CAR-T 세포 요법은 종양학 분야를 변화시켜 이전에는 치료할 수 없었던 혈액암을 치료했습니다. CAR-T 요법은 암에서의 성공으로 명성을 얻었지만 치료 원리는 거의 30년 전 AIDS를 치료하기 위해 T 세포를 사용한 것으로 거슬러 올라갑니다. AIDS 치료에 대한 이러한 초기 시도는 성공하지 못했지만, 면역 저하 환자에서 조작된 T 세포 의 장기 지속성을 입증했습니다.

2010년 펜실베니아 대학의 Perelman School of Medicine의 Carl June 교수는 CAR-T 세포 요법을 인간 임상 시험으로 발전시키는 데 앞장섰고 많은 백혈병 환자를 성공적으로 치료 했습니다 . 2017년 FDA는 처음으로 CAR-T 치료제의 시판을 승인했으며, 현재 백혈병 및 림프종 과 같은 혈액암 치료를 위해 6개의 CAR-T 치료제가 FDA의 승인을 받았다. CAR-T 치료제의 성공적인 적용은 골수 이식을 기다리는 많은 환자들에게 희망을 다시 불러일으켰고, 세포 치료제 시대의 도래를 알리기도 했습니다.

CAR-T 요법, 키메라 항원 수용체 T 세포 면역 요법은 간단히 말해서 환자의 면역 T 세포를 생체 공학적으로 조작하여 종양 세포 표면의 항원을 인식하게 한 다음 이 세포를 다시 환자에게 주입하는 것입니다. 암세포를 식별하고 죽이는 효과를 달성하기 위해. 과학자들은 또한 혈액암 이외의 암 유형에 CAR-T 요법을 적용하기 위해 노력해 왔습니다.

또한, 임상 및 전임상 연구에서 CAR-T 요법은 암 치료에 사용되는 것 외에도 자가 면역 질환, 만성 감염, 심장 질환 및 노화 관련 질환과 같은 분야에서도 잠재력이 충분하다는 것을 보여주었습니다.



최근 몇 년 동안 다양한 고형 종양과 같은 혈액암 이외의 암 유형에 CAR-T 요법을 적용하기 위해 노력해 왔습니다. 그러나 일부 초기 연구 결과는 CAR-T 요법의 다음 발전이 암 이외의 영역에 있을 수 있으며 CAR-T 요법이 자가면역 질환(전신성 홍반성 루푸스, 심상성 천포창, 다발성 경화증, 제1형 당뇨병 , 천식), 섬유성 질환(심장, 간, 폐, 신장 섬유증), 노화 관련 질환(간 섬유증, 고형 종양, 동맥경화, 자연노화), 감염성 질환(AIDS, B형 간염, C형 간염, 결핵 ) 등 광범위한 응용 가능성과 연구가 진행되고 있습니다.

CAR-T 치료제의 잠재적 치료영역

CAR-T 요법의 기본 원리는 T 세포의 살상 효과와 항체의 특이성을 결합하여 암 세포를 정확하게 죽이는 것입니다. 단일 사슬 가변 조각(ScFv)은 특이성을 부여하는 반면 세포내 신호 전달 도메인은 T 세포 매개 세포 독성을 활성화합니다. CD3ζ 신호 도메인과 결합된 CD4 세포외 도메인으로 구성된 1세대 CAR 구조의 효능 부족은 CD28 또는 4-1BB와 같은 공동자극 도메인을 포함하는 2세대 CAR의 개발을 촉진했습니다. 이펙터 기능 및 지속성, 이러한 CAR-T 세포는 현재 백혈병 및 림프종과 같은 혈액암 치료를 위해 미국 FDA의 승인을 받았습니다. 이러한 수용체의 미세 조정은 억제 도메인을 제거하고, 우세한 음성 수용체를 도입하거나, 효능을 향상시키기 위해 공동 자극 도메인을 돌연변이시키는 차세대 CAR로 이어졌습니다.

CAR-T 세포의 공학적 설계



기존 암 치료 약물이나 실패한 상황에서 CAR-T 세포의 성공은 세포 및 유전자 요법이 암 치료의 새로운 치료임을 보여줍니다. 기존 약물/치료법과 비교하여 CAR-T 세포는 많은 고유한 특성을 가지고 있습니다. CAR의 고유한 특이성은 현재의 소분자 약물과 비교할 수 없습니다. CAR-T 세포는 이 매우 효율적인 내인성 경로를 활용하는 T 세포 세포독성에 의존합니다. 살아있는 세포 약물의 한 종류로서 단일 CAR-T 세포도 기하급수적으로 성장하여 수백 또는 수천 개의 표적 세포를 죽일 수 있다는 추가적인 이점이 있습니다. 표적 세포가 제거되면(항원이 더 이상 존재하지 않음) CAR-T 세포는 여전히 존재할 수 있으며 10년 이상을 계속하여 질병 재발을 방지합니다. 또한 많은 양의 임상 데이터를 통해 CAR-T 세포의 가능성이 확인되었으며, 현재 전 세계적으로 15,000명 이상이 CAR-T 치료를 받았으며 자가 CAR-T 세포가 악성 세포로 전환된 사례는 단 한 건도 없습니다.

따라서 다른 질병을 치료하기 위해 CAR-T 세포의 특이성, 효능 및 임상적 안전성을 활용할 수 있는 강력한 가능성이 있습니다.

혈액암에서 CAR-T 요법의 놀라운 임상적 효능에도 불구하고 심각한 임상적 합병증이 발생할 수도 있습니다. 단기간에 높은 수준의 CAR-T 세포 확장 및 표적 세포 사멸은 사이토카인 폭풍으로도 알려진 사이토카인 방출 증후군(CRS)을 유발할 수 있습니다. CRS가 심한 경우 환자는 고열, 저혈압, 심지어 다장기 부전이 발생할 수 있습니다. 또 다른 주요 걸림돌은 on-target, off tumor 독성, 즉 CAR-T 세포가 종양 세포가 아닌 건강한 조직/세포의 표적 항원을 표적으로 삼는 것으로, 표적 항원이 중요한 조직에 존재하는 경우 심각한 독성 또는 과반응으로 발현됩니다. 또한 조작된 CAR-T 세포의 생착 및 증식을 용이하게 하기 위해 환자에게 주입하기 전에 방사선 요법 및 화학요법을 통해 골수절제술을 시행하였으며, 이는 그 자체로 유전독성이 있어 암 및 기타 질병의 위험을 증가시킬 수 있습니다.

위의 잠재적 부작용 및 안전 위험 외에도 자가 CAR-T 세포의 제조는 새로운 기술이며 치료용 CAR-T T 세포의 설계 및 생산 비용이 높습니다. 현재 FDA 승인을 받은 CAR-T 치료제는 수십만 달러의 비용이 들기 때문에 CAR-T 치료제 역시 막대한 경제적 난관에 직면해 있습니다. 높은 비용과 관련하여 CAR-T 요법은 상대적으로 고도로 맞춤화된 살아있는 세포를 전문 장비와 전문 지식을 필요로 하기 때문에 소수의 고급 의료 센터에서만 CAR-T 요법을 수행할 수 있기 때문입니다.

고형암은 가장 널리 퍼진 암으로 전체 암의 90% 이상을 차지하며 미충족 의료 수요가 가장 큽니다. 따라서 고형 종양을 표적으로 하는 CAR-T 세포는 많은 과학적 및 임상적 관심을 받았습니다.

고형 종양은 CAR-T 요법에 고유한 문제를 제시합니다. B 세포 악성종양에서 종양 특이적 항원이 어디에나 존재하는 것과는 대조적으로, 고형 종양은 매우 이질적이며 종양 특이적 항원이 거의 존재하지 않습니다. 따라서 종양에서 과발현된 항원은 일반적으로 고형 종양의 CAR-T 요법에서 표적이 되지만, 이러한 항원은 일반적으로 건강한 조직에서 무시할 수 없을 정도로 낮은 수준으로 발현되어 치료 관련 독성 효과를 유발합니다.

또한, 고형 종양의 종양 미세 환경(TME)도 주요 과제이며, 여기에는 CAR-T 세포 밀매 및 침윤에 대한 물리적 장벽과 CAR-T 세포 활동을 억제하는 면역 억제 환경이 포함됩니다. 수송 및 침투에 대한 장벽을 극복하기 위해 연구자들은 CAR-T 세포의 종양 내 주입, 펩타이드 및 나노입자 백신을 사용하여 CAR-T 세포 수를 향상시키고 CAR-T 세포의 사이토카인 구동 확장을 엔지니어링하고 있습니다. TME를 표적으로 하는 접근법에는 종양 용해 바이러스를 사용하여 TME의 면역억제 특성을 조절하고 CRISPR-Cas9 및 기타 게놈 편집 접근법을 사용하여 CAR-T 세포의 향상을 포함합니다.

최근의 새로운 임상 및 전임상 연구는 CAR-T 세포가 자가면역 질환, 만성 감염, 심부전 및 기타 만성 질환을 치료하는 데 사용될 수 있음을 보여주었습니다.

CAR-T 세포가 고형 종양에서 직면하는 많은 문제는 비암성 환경에서는 분명하지 않습니다. 예를 들어, 종양 세포 부담은 종종 크며 높은 수준의 세포 독성, 사이토카인 폭풍의 위험 증가, CAR-T 가능성 증가로 인한 표적, 비표적과 관련된 대규모 CAR-T 세포 주입이 필요합니다. 이에 반해 비암성 질환에서는 표적 세포의 수가 현저히 적고, 더욱이 암에서는 재발 방지를 위해 종양 세포를 100% 제거해야 하는 반면, 다른 질환에서는 병적 세포를 부분적으로 제거하는 것이 치료적으로 효과적입니다. 대부분의 만성 질환의 상대적으로 낮은 돌연변이 부담 및 유전적 이질성과는 대조적으로 암세포는 종종 높은 돌연변이 부담을 수반하여 항원 탈출로 이어지는 게놈 이질성을 유발합니다. 종양 미세환경(TME)은 CAR-T 세포에 대한 실질적인 물리적 장벽이며 대부분의 비암성 병변에 쉽게 접근할 수 있으며 CAR-T 세포에 의해 입력됩니다.



암에 비해 CAR-T 치료제는 다른 질환에 더 유리할수도 있습니다.



자가면역질환에 대한 CAR-T 치료제가 임상적 효능을 보였습니다.

2021년 8월 "New England Journal of Medicine"(NEJM)에 발표된 연구에서 [2]가 나타났습니다. 불응성 전신성 홍반성 루푸스를 앓고 있는 20세 여성 환자는 CAR-T 세포 치료 후 심각한 부작용 없이 빠른 관해를 경험했습니다.

2022년 9월에 팀은 Nature Medicine[3] 저널에 논문을 발표할 예정입니다. 불응성 전신성 홍반성 루푸스 환자 5명(여성 4명, 남성 1명, 평균 연령 22세)이 CAR-T 세포로 치료를 받았고, 모든 환자가 호전되었으며, 최대 17개월의 추적 기간 동안 증상이 없었다고 보고했습니다. 재발이 발생했고 모두 약물 없이 관해를 달성했습니다.

연구팀은 2023년 2월 The Lancet [4] 에 논문을 발표했는데 , 연구팀은 CAR-T 세포 요법을 사용해 중증 자가면역질환인 항합성효소항체증후군 환자를 성공적으로 치료했습니다. 면역억제제 없이 자가면역질환에서 완전히 회복된 항합성효소증후군 남성 환자. 이는 세계 최초로 항합성효소항체증후군 환자가 CAR-T 세포 요법으로 성공적으로 치료됐으며, 전신성 홍반성 루푸스에 이어 CAR-T로 성공적으로 치료된 두 번째 자가면역질환 환자이기도 합니다.

2023년 6월 The Lancet Neurology에 발표된 1b/2a상 임상 시험 결과에 따르면 [5] mRNA 기반 CAR-T 세포 요법은 면역 질환 중증 근무력증 증상에 대해 더 오래 지속되는 잠재력을 제공하고 환자에게 심각한 부작용은 없습니다.

또한 천식 및 제1형 당뇨병과 같은 자가면역 질환의 치료에서 CAR-T 요법의 잠재적 효능을 보여주는 일부 전임상 연구도 있습니다. 또한 염증 세포는 조절 T 세포(Treg)를 관심 대상 조직으로 재배치하여 제거할 수 있습니다. Treg 세포는 세포 독성이 없지만 대신 염증 및 자가 면역 반응을 억제하기 위해 측분비 신호를 제공합니다. Treg 세포의 입양 전달은 전신성 홍반성 루푸스, 이식편대숙주병(GvHD), 동종이식 이식, 제1형 당뇨병 및 다발성 경화증의 실험 모델에서 가능성을 보여주었습니다. CAR-Treg 세포의 구성은 특이성을 개선하고 전신 면역 억제의 위험을 줄일 수 있습니다.

심장 질환

심장 손상 또는 염증은 심근 섬유증으로 알려진 심장 근육을 단단하게 하고 심장 기능을 손상시키는 섬유아세포가 섬유질 물질을 과잉 생산하게 할 수 있습니다. 심장 근육의 섬유화는 특히 심부전, 간 질환 및 신부전을 비롯한 여러 가지 심각한 질병을 유발할 수 있습니다.

2022년 1월, 펜실베니아 대학의 Perelman School of Medicine의 연구원들은 Science[6] 저널에 논문을 발표했습니다. 이 논문은 지질 나노입자(LNP) 전달 mRNA 재프로그래밍을 주입하여 생체 내에서 생성된 일시적으로 조작된 CAR-T 세포 요법을 개발했습니다. T 세포는 심장 섬유화 세포를 인식하여 심부전 실험 모델에서 섬유증을 줄이고 심장 기능을 회복합니다.

이 방법은 mRNA 백신과 유사하며, 1회 주사만으로 생체 내에서 CAR-T 세포 치료제를 생성할 수 있어 현재 CAR-T 치료제의 복잡한 과정, 긴 주기, 고가 문제를 해결할 것으로 기대하고 있습니다.





노화 관련 질병

여러 스트레스 요인은 세포 노화로 알려진 비가역적인 증식 정지를 겪도록 세포를 유발할 수 있습니다. 이 상태에서 세포는 대사 활성을 유지하고 노화 관련 분비 표현형(SASP)이라고 하는 전 염증 및 단백질 분해 분자의 배열을 분비합니다. 유전학 및 약리학적 연구는 이러한 노화 세포의 특정 제거가 다양한 만성 질환 모델에 유익한 것으로 나타났습니다. 일부 소분자 약물은 노화 세포를 우선적으로 표적으로 삼아 제거할 수 있는 가능성을 보여주었지만 여전히 효능, 특이성 및 부작용 측면에서 이상적이지 않습니다. 고유한 특이성과 효능으로 인해 CAR-T 세포는 특히 명확한 노화 세포에 대한 매력적인 대안으로 간주됩니다.

그러나 노화 세포는 매우 이질적인 것으로 악명 높기 때문에 노화 항원을 식별하는 것은 쉽지 않습니다. 최근 연구에 따르면 GPNMB는 내피세포의 노화 항원이며 GPNMB를 표적으로 하는 항체를 개발하고 이를 백신으로 사용하면 노화 관련 증상을 개선하고 특히 수컷의 수명을 연장할 수 있습니다. 따라서 GPNMB는 노화 및 노화 관련 질병 치료를 위한 CAR-T 요법의 적합한 잠재적 표적이 될 수 있습니다.

다른 질병

AIDS에 대한 CAR-T 세포의 첫 번째 임상 시험(2000)은 성공하지 못했으며 최근 암에 대한 CAR-T 요법의 성공으로 AIDS에 대한 CAR-T 세포에 대한 관심이 되살아났습니다. 또한, 전임상 연구에서는 CAR-T가 침습성 폐 아스페르길루스증, B형 간염, C형 간염 및 결핵과 같은 감염성 질환에 치료 가능성이 있음을 보여주었습니다.

급성 이식편대숙주병(GvHD)은 조혈 줄기 세포 이식 의 잠재적으로 치명적인 부작용 입니다. 그리고 급성 GvHD에서 병원성 T 세포에서 상향 조절되는 단백질인 OX40을 표적으로 하는 조작된 CAR-T 세포는 백혈병 재발을 방지하는 동시에 급성 GvHD로부터 보호했습니다.

다양한 분야에서 이러한 CAR-T 치료법의 수많은 초기 사례는 CAR-T 치료법이 종양학을 넘어설 것이라는 낙관론으로 이어집니다.

CAR-T 치료법은 빠르게 진화하고 있으며 새로운 기술을 통합하고 있습니다. CRISPR 유전자 편집 기술은 암에 대한 CAR-T 요법의 첫 번째 임상 시험 직후에 탄생했으며 강력한 게놈 편집 능력은 유전자 조작 T 세포의 효능과 지속성을 향상시켰습니다. CRISPR 기반 CAR-T 세포 치료제는 임상 시험에 진입했으며 현재 안전성과 유효성을 평가하고 있습니다. 최근 개발된 새로운 유전자 편집 기술인 염기 편집 및 리드 편집과 같은 기술은 DNA 이중 가닥 절단 없이 CAR-T 세포를 편집할 수 있어 임상 안전성이 더 높습니다.

합성생물학의 발달로 만들어진 합성 세포 회로는 CAR-T 치료에 대한 새로운 치료방법을 제공합니다 이러한 공학적 전략은 CAR-T 세포의 효능을 개선하고 독성을 줄이거나 CAR 발현의 제어 가능한 조절을 달성할 수 있습니다. 이러한 전략은 여전히 ​​미세 조정 중이지만 CAR-T 치료에 큰 잠재력이 있습니다.

T 세포 외에도 자연 살해 세포, 대식 세포, 수지상 세포, B 세포 및 γδ T 세포와 같은 다른 면역 세포가 많은 주목을 받았으며 이들의 엔지니어링 CAR 변환은 전임상 치료 가능성을 보여 잠재적 이점을 가질 수 있습니다.

표적 mRNA 전달

mRNA 백신은 COVID-19와의 싸움에서 인상적인 결과를 보여주었습니다. 현재 FDA에서 승인한 mRNA 백신은 비표적 백신이지만 특정 세포에 mRNA를 특이적으로 전달하기 위해 표적 지질 나노입자(tLNP)를 사용하는 몇 가지 임상 시험이 있으며, 이는 LNP 표면에 결합된 표적 항체의 전달을 통해 달성됩니다.

몇몇 연구 그룹은 수정된 CAR mRNA를 T 세포로 전달하는 데 성공했습니다. 이전 기사에서는 Science[6]에서 발표한 연구를 소개했는데, tLNP를 사용하여 FAP-CAR-mRNA를 캡슐화하고 이를 정맥 주사를 통해 마우스 T 세포에 전달하여 T 세포가 심근 섬유증 세포를 인식하도록 재프로그래밍하여 섬유화를 줄이고 회복 심부전 실험 모델에서 심장 기능의 따라서, LNP-캡슐화된 mRNA의 단일 주사는 생체 내에서 CAR-T 세포의 기능적 및 치료적 수준을 생성할 수 있습니다.

현재 임상적으로 사용되는 시험관 내 CAR-T 세포 수정 방법과 비교할 때, tLNP 매개 CAR-mRNA 전달은 분명한 이점이 있습니다 생체 내에서 CAR-T 세포를 직접 생성하는 이 방법은 생산 비용을 크게 줄이고 신속한 생산 및 배포를 달성할 것입니다. 또한, 생체 내에서 CAR-T 세포의 생성은 사전 골수 절제가 필요하지 않아 안전성이 더 좋습니다. mRNA 기반 접근법의 또 다른 잠재적 이점은 T 세포에 의한 CAR 발현이 일시적이며 전달된 mRNA가 분해됨에 따라 사라진다는 것입니다.



in vitro CAR-T 요법과 in vivo CAR-T 요법의 비교



많은 연구 그룹이 현재 보편적인 CAR-T 치료법(동종이계 CAR-T 치료법) 개발을 시도하고 있으며, 이는 여전히 체외 공학에 의존하지만 환자 자신의 T 세포를 사용하는 대신 T 세포를 사용합니다. 건강한 기증자 또는 iPSC 유래 세포. 암 치료에 동종이계 CAR-T 세포를 사용하는 것은 큰 매력이 있고 비용을 크게 절감할 수 있으며 생산 공정을 단순화하고 환자 치료 범위를 확장할 수 있으며 현재 임상 시험 단계에 진입했습니다.

동종 CAR-T 세포의 잠재적 이점에도 불구하고 GvHD 및 동종이계 CAR-T 세포의 거부를 방지하기 위해 T 세포의 유전자 편집이 필요합니다. 동종 CAR-T 세포의 임상 적용은 초기 단계이지만 자가 CAR-T 세포에 비해 지속 기간이 짧습니다. 이것은 숙주 세포 저항 때문일 수도 있고, 유전자 편집으로 인해 이러한 T 세포가 본질적으로 결함이 있기 때문일 수도 있습니다. 이러한 T 세포의 약화된 지속성은 지속적인 표적화를 필요로 하지 않는 질병에 매력적일 수 있습니다. 또한, 이 조작된 유전자 편집 CAR-T 세포의 안전성에 추가적인 관심이 필요합니다.

CAR-T 요법에 대한 관심의 주된 이유는 백혈병, 림프종 및 골수종에서의 임상적 성공입니다. 암 이외의 작업의 대부분은 개발 초기 단계에 있습니다. 기초 작업이 시작되면 임상적 고려 사항을 선행 작업에 통합하는 것이 중요합니다.

사이토카인 방출 증후군(CRS). CRS는 CAR-T 요법에서 가장 주목할만한 임상 독성 중 하나입니다. 새로운 질병 적용에서 CRS 유사 증상이 나타나는지 여부는 임상 적용 전에 신중하게 확인해야 합니다. 전신성 홍반성 루푸스에 대한 CAR-T 요법의 초기 임상 시험은 비암성 질환에서 표적 세포 부하가 상대적으로 낮고 CRS가 경미할 수 있음을 보여주었지만 더 큰 규모의 임상 시험에서 추가 평가가 필요합니다. 심부전에 대한 전임상 CAR-T 요법에서 마우스는 혈청 사이토카인 증가, 체중 변화, 상처 치유 지연을 나타내지 않았습니다. 그러나 인간의 경우 더 높은 수준의 섬유증이 제거되면 CRS와 유사한 증상이 나타날 수 있습니다.

전신성 홍반성 루푸스 환자의 B 세포와 같은 건강한 세포 소집단을 제거하면 질병 치료 효과가 있습니다. 그러나 이러한 세포 제거의 장기적인 효과는 알려져 있지 않습니다. 전신성 홍반성 루푸스의 예비 임상 결과는 이러한 제거가 일시적일 수 있음을 시사합니다. 이러한 시험이 확대됨에 따라 우리는 장기적인 합병증이 있는지 여부를 알게 될 것입니다. 만성 섬유증은 병리학적이지만 활성화된 섬유아세포를 제거하는 부정적인 효과가 있는지 여부는 여전히 남아 있습니다. 노화 세포는 발달, 상처 치유 및 재생에 중요한 생리학적 역할을 하며, 생리적 과정에 대한 세놀리틱 CAR-T 세포의 영향을 평가하고 병리학적으로 노화 세포를 표적으로 하는 항원을 우선적으로 선택해야 합니다. 이러한 관점에서 일시적인 CAR-T 세포는 이러한 잠재적인 장기 안전 위험을 제기하지 않기 때문에 특히 매력적입니다.