CRISPR 유전자 편집에 '품질검사원'…세포치료 안전성 높일 SMArT 플랫폼

이탈리아 연구진이 크리스퍼(CRISPR) 유전자 편집 과정에서 성공적으로 편집된 조혈모세포만 선별해 세포 치료제의 안전성을 획기적으로 높이는 '품질 검사' 플랫폼을 개발했다.

3일(현지시간) 이탈리아 산 라파엘레 텔레톤 유전자 치료 연구소(San Raffaele Telethon Institute for Gene Therapy) 연구팀은 'SMArT(Selection by MAn-made transactivatoR-based aNd-gate)'라는 새로운 플랫폼을 개발했다고 국제 학술지 '네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)'를 통해 밝혔다.

크리스퍼 유전자 편집 기술은 '유전자 가위'로 불리며 특정 유전자를 교정하는 획기적인 기술이다. 최초의 크리스퍼 치료제 '카스게비(Casgevy)'가 승인되기도 했지만, DNA를 절단한 후 세포 자체의 복구 과정에서 의도치 않은 유전자 재배열이나 결손이 발생하는 안전성 문제가 한계로 지적돼왔다.

특히 기능이 망가진 유전자를 잘라내는 '유전자 녹아웃' 방식보다, 정상 유전자를 정확한 위치에 삽입하는 '유전자 삽입' 전략은 효율이 낮고 부작용 위험이 커 임상 적용에 어려움이 있었다.

SMArT 플랫폼은 이러한 문제를 해결하기 위한 품질 관리 시스템이다. 연구팀은 표적 위치에 정상 유전자가 정확히 통합되고, 동시에 해당 부위의 유전체 안정성이 유지된 세포에서만 일시적으로 특정 표지자가 발현되는 'AND-게이트' 논리회로를 설계했다. 이 표지자를 이용해 성공적으로 편집된 세포만 골라내는 원리다.

연구팀은 이 플랫폼을 통해 정밀하게 유전자가 삽입된 조혈모세포의 순도를 80%에서 최대 100%까지 농축하는 데 성공했다. 동시에 의도치 않은 돌연변이를 가진 잠재적 위험 세포들은 효과적으로 제거됐다.

연구팀은 X-연관 중증복합면역결핍증과 1형 고IgM증후군 등 두 가지 중증 유전성 면역결핍질환의 전임상 모델에서 SMArT의 효과를 검증했다. 플랫폼을 통해 선별된 조혈모세포는 면역결핍 쥐에 이식된 후 성공적으로 생착해 장기간 인간 혈액 시스템을 재건했다.

중요한 점은 세포 선별에 사용된 표지자 단백질이 이식 후에는 완전히 사라져, 최종적으로는 어떠한 추가적 조작도 없는 '깨끗한' 세포만 체내에 남는다는 것이다. 이는 치료의 장기적 안전성을 담보하는 핵심 요소다.

연구에 참여한 사무엘레 페라리(Samuele Ferrari) 연구원은 "우리의 목표는 단순히 편집 효율을 높이는 것을 넘어, 편집된 세포의 품질을 제어하는 방식을 근본적으로 재고하는 것"이라며 "SMArT는 정밀도는 높이고 유전독성 부담은 줄이며 줄기세포의 잠재력을 보존하는 프로그래밍 가능한 프레임워크를 제공한다"고 설명했다.

이번 연구는 아직 전임상 단계에 있지만, 유전자 삽입 전략의 고질적인 안전성 문제를 해결할 실마리를 제공했다는 점에서 의미가 크다. '한 번의 치료로 평생의 완치'를 목표로 하는 유전자 치료 분야에 중요한 진전을 이뤘다는 평가다.