A deep insight into CRISPR/Cas9 application in CAR-T cell-based tumor immunotherapies

dijw1412c1 2025. 4. 26.

이번 리뷰에서는 2021년 Stem Cell Research & Therapy에 게재된 Razeghian et al.의 논문인 “A deep insight into CRISPR/Cas9 application in CAR-T cell-based tumor immunotherapies”를 다룹니다. 본 논문은 CRISPR/Cas9 유전자 편집 기술이 키메라 항원 수용체 T세포(CAR-T cell) 기반 종양 면역 치료에서 어떻게 활용되고 있으며, 특히 범용(allogeneic) CAR-T 세포의 제조와 면역 억제성 종양 미세환경(TME)에 대응하는 새로운 전략으로서 어떤 가능성을 보이는지를 심층적으로 분석하고 있습니다. 연구진은 기존 자가 유래 CAR-T 치료의 한계, 즉 제조 비용과 시간, 면역관문 분자의 발현으로 인한 치료 저항성, 사이토카인 방출 증후군(CRS)과 같은 독성 문제 등을 해결하기 위해 CRISPR/Cas9 기반의 유전자 편집을 활용한 차세대 CAR-T 세포 전략을 제시합니다. 이 논문은 특히 PD-1, TRAC, B2M 등의 유전자 동시 편집을 통해 면역 억제 환경에 강인하고 범용적으로 사용할 수 있는 CAR-T 세포를 개발하고자 하는 접근을 중심으로, 다양한 전임상 및 임상 시험 결과를 종합적으로 소개합니다.

연구 배경 및 중요성

CAR-T 세포 치료는 혈액암에서 탁월한 치료 효과를 보이며 주목받고 있지만, 자가 유래 세포를 사용하는 기존 방식은 환자 맞춤형 생산이 필요해 시간과 비용이 많이 들고, 일부 환자에서는 세포 품질이 좋지 않아 치료 자체가 어려운 경우도 있습니다. 또한 종양 미세환경 내 면역억제 인자, 면역관문 분자의 과발현, T세포 탈진, 사이토카인 폭풍 등 여러 한계가 존재합니다. 이러한 문제점을 극복하기 위한 핵심 전략 중 하나로, CRISPR/Cas9 기반 유전자 편집 기술이 주목받고 있습니다.

연구 목적 및 배경

본 논문의 목적은 CRISPR/Cas9 기술을 활용하여 보다 안전하고 효과적인 CAR-T 세포를 제작하는 방법을 소개하고, 이를 통해 다양한 암 유형, 특히 고형암에서의 적용 가능성을 제시하는 것입니다. 연구진은 유전자 편집을 통해 T세포 수용체(TRAC), β2-마이크로글로불린(B2M), PD-1 등의 유전자를 제거하여 면역 억제를 회피하고, GVHD 발생 가능성을 낮추며, 범용적으로 사용할 수 있는 allogeneic CAR-T 세포를 개발하는 전략을 설명합니다.

연구 방법

CRISPR/Cas9를 활용한 유전자 편집으로 T세포의 TRAC, PD-1, B2M 등 표적 유전자 제거
고형암 및 혈액암을 대상으로 한 in vitro 세포 실험 및 in vivo 생쥐 모델 실험 수행
CAR-T 세포의 종양세포 특이적 반응성과 세포독성 평가
면역관문 분자 억제, TGF-β 저항성 강화 등 다양한 유전자 변형 전략 적용
전임상 연구 및 임상시험 정보 분석 (ClinicalTrials.gov 등록 현황 포함)

연구진은 다양한 암세포주(U87MG, MOLT-3, NALM6 등) 및 생쥐 모델을 활용하여 유전자 편집이 CAR-T 세포 기능성에 미치는 영향을 분석했습니다. 특히 TRAC 및 B2M의 제거는 GVHD 발생 억제와 이식된 세포의 체내 지속성 증가에 중요한 역할을 했으며, PD-1 및 CTLA-4 제거는 종양 미세환경에서의 기능 유지에 기여했습니다.

주요 발견 및 결과

CRISPR/Cas9 기술을 이용한 유전자 편집은 CAR-T 세포의 항암 효과를 향상시키는 데 효과적이었습니다. PD-1 제거는 종양 세포에 대한 세포독성을 증가시켰고, TRAC 및 B2M 제거는 면역 거부 반응을 줄이면서도 장기 생존성을 확보할 수 있었습니다. 또한 TGF-β 수용체 제거를 통해 고형암에서 자주 발생하는 면역 억제를 극복할 수 있음을 보였습니다. 다양한 세포주와 동물 모델에서 이러한 전략이 실제로 종양 억제 효과를 보임이 입증되었습니다.

실험 결과 요약

대상 질환	표적 유전자	편집 방식	세포/동물 모델	주요 결과
급성 림프모구성 백혈병 (ALL)	TRAC, PD-1	CRISPR/Cas9	NSG 마우스	GVHD 감소, 항암 효과 향상
전립선암	TGFBR2	CRISPR/Cas9	OVCAR3 세포, NPG 마우스	면역억제 극복, 종양 감소
교모세포종	PD-1	CRISPR/Cas9	U251MG 세포	세포독성 증가, 생존율 향상

결과적으로 CRISPR/Cas9 기반 편집은 CAR-T 세포가 다양한 종양 환경에서 더 오랜 기간 기능을 유지하며, 특정 종양 항원을 보다 효과적으로 표적화할 수 있도록 돕습니다.

한계점 및 향후 연구 방향

CRISPR/Cas9의 off-target 효과 가능성은 여전히 해결해야 할 과제입니다. 또한 인간 대상의 대규모 임상 시험이 부족하며, 다양한 종양 유형에 대한 적용성 평가가 미진합니다. 향후 연구에서는 고정밀 gRNA 설계, Cas9 변이체 활용, 비바이러스 전달 기술 도입 등을 통해 안전성과 효율성을 동시에 확보하는 전략이 필요합니다.

결론

본 논문은 CRISPR/Cas9 기술이 CAR-T 세포 치료의 차세대 혁신 전략으로 활용될 수 있음을 명확히 보여주고 있습니다. 면역관문 분자 억제, 면역거부 반응 회피, 고형암 저항 극복 등 다양한 문제를 해결할 수 있는 유연하고 강력한 도구로서, CRISPR/Cas9은 CAR-T 기반 면역치료의 실현 가능성과 임상적 확장성을 동시에 높이는 핵심 기술로 주목받고 있습니다.

개인적인 생각

이 논문은 CAR-T 세포 치료가 직면한 다양한 난제를 유전자 편집이라는 첨단 기술로 돌파하려는 시도가 매우 인상 깊습니다. 특히 면역관문 분자의 제거, 면역거부 최소화, 고형암에 대한 침투력 강화라는 세 가지 축을 중심으로 정교하게 편집된 CAR-T 세포 전략은 단순한 기술적 개선을 넘어, 실질적인 치료 옵션으로서의 가능성을 시사합니다. 다만 이 모든 접근이 실제 환자에게 적용되기까지는 안전성, 비용, 전달 시스템 등에서의 기술적 보완이 필수적입니다. 그러나 CRISPR/Cas9이 단순한 유전자 편집 도구가 아닌, 암 치료의 패러다임을 바꿀 수 있는 전환점이라는 데에는 이견이 없을 것입니다.

자주 묻는 질문(QnA)

Q1: CRISPR/Cas9으로 편집된 CAR-T 세포는 기존과 어떤 점이 다른가요?
A1: 면역관문 억제, 이식 거부 반응 최소화, 고형암 침투성 향상 등의 기능이 추가되어 치료 효율이 높습니다.
Q2: 편집 대상 유전자는 어떻게 결정하나요?
A2: 종양 유형과 면역억제 경로를 분석해 PD-1, TRAC, B2M, TGFBR2 등 관련 유전자를 선별합니다.
Q3: 범용 CAR-T 세포는 환자 맞춤형보다 효과가 떨어지지 않나요?
A3: 오히려 TRAC/B2M 제거로 체내 지속성과 종양 특이성이 향상된 경우도 보고되고 있습니다.
Q4: off-target 효과는 어떻게 방지하나요?
A4: 고정밀 gRNA 설계와 high-fidelity Cas9 사용으로 비표적 유전자 절단 가능성을 줄입니다.
Q5: 고형암에도 효과가 있나요?
A5: TGF-β 수용체 제거, 화학주성 수용체 삽입 등을 통해 고형암 침투력과 항암성이 개선됩니다.
Q6: 임상 적용은 어느 정도 진행됐나요?
A6: 현재 다수의 CRISPR-CAR-T 관련 임상 시험이 등록되어 있으며, 초기 안전성과 효과를 확인 중입니다.

용어 설명

CAR-T: 키메라 항원 수용체를 삽입한 T세포로, 특정 종양 항원을 인식하고 공격할 수 있는 면역세포입니다.
CRISPR/Cas9: 원하는 DNA 염기서열을 정밀하게 절단할 수 있는 유전자 편집 기술입니다.
PD-1: 면역관문 단백질로, T세포 활성을 억제하여 종양의 면역회피에 기여합니다.
TRAC: T세포 수용체 알파 상수 유전자로, 제거 시 T세포의 이식 거부 반응을 줄일 수 있습니다.
B2M: MHC class I 분자의 구성 단백질로, 제거 시 이식된 세포의 면역 회피가 가능합니다.
TGF-β: 면역억제 기능을 가진 사이토카인으로, 고형암에서 면역세포의 기능을 저하합니다.
TGFBR2: TGF-β 수용체로, 이 유전자를 제거하면 T세포의 TGF-β 저항성이 높아집니다.
GVHD: 이식편 대 숙주 질환으로, 이식된 면역세포가 환자의 조직을 공격하는 현상입니다.
Allogeneic: 타인 유래 세포를 사용하는 치료 방식으로, 범용 CAR-T 개발의 핵심 개념입니다.
Off-target effect: 유전자 편집 시 목표 외의 DNA가 잘못 절단되는 현상입니다.