항암 항체, 종양 속 '방어벽'에 막혔다…길 찾아주는 신기술 등장

미국 연구진이 항암 항체 약물이 고형암에서 효과가 떨어지는 원인이 종양미세환경(TME)의 물리적 장벽 때문임을 시각적으로 규명하는 새로운 분석 플랫폼을 개발했다.

4일(현지시간) 미국 밴더빌트 대학 메디컬 센터 연구팀은 국제 학술지 '네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)'에 '단일세포 공간 약물생물학(SSP)' 분석 프레임워크 개발 연구 결과를 발표했다. 항체 약물은 종양 세포 표적을 정밀 타격하도록 설계됐지만, 두경부암이나 췌장암 같은 고형암에서는 기대 이하의 효과를 보이는 경우가 많았다.

SSP 기술은 형광 표지된 치료용 항체의 원위치 영상과 고차원 공간 단백질체학을 결합한 것이 특징이다. 이를 통해 연구진은 단일세포 해상도에서 ▲항체의 종양 조직 내 분포 위치 ▲항체와 표적의 결합 정도 ▲종양미세환경의 공간 구조 등 세 가지를 동시에 측정할 수 있다.

연구팀은 파니투무맙-IRDye800(panitumumab-IRDye800)을 투여받은 두경부 편평세포암 및 췌장관 선암 환자의 1상 임상시험 조직 샘플에 SSP를 적용했다. 그 결과, 동일한 종양 내에서도 약물 전달과 표적 결합이 공간적으로 매우 불균일하다는 사실을 발견했다.

특히 약물 전달을 방해하는 두 가지 주요 물리적 장벽을 확인했다. 하나는 골막단백(periostin)이 풍부한 세포외기질 응집체로, 종양 기질에 빽빽하게 쌓여 '벽'을 형성했다. 다른 하나는 섬유아세포 활성화 단백질(FAP)을 발현하는 암 관련 섬유아세포(CAF) 군집이었다. 이들 구조는 약물 침투를 적극적으로 막는 장애물로 작용했다.

연구를 이끈 로젠탈 교수는 "SSP를 통해 약물이 생물학적으로 반응하지 않는 것인지, 아니면 약물에 충분히 노출되지 않은 것인지 구별할 수 있다"며 "이는 향후 치료 전략 조정에 직접적인 지침을 제공한다"고 설명했다.

이번 연구는 인체 고형암 조직에서 치료용 항체와 종양미세환경 간의 '공간적 대립' 관계를 단일세포 수준에서 처음으로 시각화했다는 데 의의가 있다. 연구팀은 SSP가 향후 내성 기전 연구, 투약 전략 최적화, 공간 바이오마커 발견 등에 기여할 것으로 기대했다.