Engineering the next generation of CAR T-cells with CRISPR-Cas9 gene editing

dijw1412c1 2025. 5. 12.

이번 블로그에서는 암 면역치료의 최전선에서 활발히 연구되고 있는 CAR T 세포 치료법의 차세대 기술에 대해 살펴본다. 이 논문은 기존의 CAR T 세포 치료법의 한계를 극복하고자 CRISPR-Cas9 유전자 편집 기술을 활용하여 CAR T 세포를 정밀하게 설계하는 방법들을 소개한다. CAR T 세포는 환자의 T 세포에 종양 항원을 인식할 수 있는 키메라 항원 수용체를 삽입하여 암세포를 특이적으로 공격하게 만든다. 하지만, T 세포 탈진, 세포 지속성 저하, 사이토카인 방출 증후군 등 여러 제약이 있다. 본 리뷰 논문은 이러한 문제를 해결하기 위해 CRISPR-Cas9을 기반으로 한 다양한 유전자 조작 전략을 소개하며, 궁극적으로는 보편적이고 비용 효율적인 CAR T 세포 제품을 생산할 수 있는 가능성을 제시한다. 특히, 단순한 유전자 절단을 넘어서 베이스 에디팅, 프라임 에디팅, dCas9 기반 조절 등 다양한 접근을 설명하고, iPSC를 이용한 범용 CAR T 세포 생산 전략까지 포괄적으로 다루고 있다.

연구 배경 및 중요성

CAR T 세포 치료는 특히 재발성 B 세포 백혈병 환자에게서 높은 완전관해율을 보이며 개인 맞춤형 치료의 혁신으로 자리잡았다. 그러나, 대부분의 환자에게 이 치료가 접근 가능하지 않으며, 특히 고형암에서는 효능이 제한적이다. 주요 문제는 T 세포 탈진, 낮은 세포 지속성, 제조 시간 및 비용, 자가 면역 반응의 위험 등으로 인해 상용화와 확대 적용에 제약이 따른다. 이에 따라, CRISPR-Cas9 유전자 편집 기술은 이들 문제를 해결할 수 있는 강력한 도구로 주목받고 있으며, 유전자 수준에서 세포 기능을 조절하여 보다 안전하고 효과적인 치료법 개발을 가능하게 한다.

연구 목적 및 배경

본 논문의 목적은 CAR T 세포 기술의 진화를 위해 CRISPR-Cas9 기반 유전자 편집 기술을 활용한 전략을 종합적으로 정리하고, 다양한 유전자 조절 기술의 응용 가능성을 검토하는 것이다. 이를 통해 T 세포 기능을 최적화하고, 세포 지속성과 항암 활성을 강화하며, 오프타겟 독성을 줄이고, 범용 CAR T 세포의 개발 가능성을 타진하고자 한다.

연구 방법

CRISPR-Cas9 시스템을 활용한 유전자 절단 및 삽입
nCas9, dCas9, base editor, prime editor 등의 변형 Cas9 도입
유전자 기능 억제 및 발현 조절을 위한 CRISPRa/i 전략
다중 유전자 편집(multiplex editing) 적용
iPSC 기반 범용 CAR T 세포 생산 전략 수립

연구진은 CRISPR-Cas9의 다양한 활용법을 개요로 정리하였다. 일반적인 Cas9의 DSB 유도를 통한 유전자 파괴부터, nCas9을 이용한 베이스 에디팅, dCas9을 이용한 전사 조절, 그리고 prime editing을 통한 정밀한 서열 교체까지 다양한 방식이 소개된다. 또한, 제조 공정 효율화와 오프타겟 리스크 감소를 위한 RNP 방식 전달도 강조되었다.

주요 발견 및 결과

CRISPR-Cas9 기반 유전자 편집은 CAR T 세포의 효능 및 안전성을 동시에 개선할 수 있는 방법으로 확인되었다. T 세포 탈진 유전자(예: PD-1, CTLA-4, LAG-3) 제거, 사이토카인 조절 유전자 삽입, Fas 수용체 제거, TRAC 유전자에 CAR 유전자 삽입 등은 모두 치료 효율과 안전성을 동시에 개선하는 결과를 낳았다. 특히 TRAC 위치에 CAR를 삽입하면 TCR이 제거되고, 항원 독립적 신호가 감소하며, CAR 발현 균일성이 증가하였다.

실험 결과 요약

편집 기술	목표 유전자	기능	효과
Cas9 DSB	PD-1, CTLA-4	탈진 억제	세포 지속성 증가
Base Editing	CD7, CD3	프래트리사이드 방지	CAR T 제조 안정성 향상
dCas9-KRAB	PDCD1	발현 억제	면역 체크포인트 회피
Prime Editing	정밀 서열 편집	삽입/치환/삭제	고정밀 맞춤형 조절 가능
TRAC CAR 삽입	TRAC	CAR 발현 통제	균일한 발현, TCR 제거

다양한 Cas9 변형체와 편집 전략을 통해 기능성 향상, 오프타겟 독성 감소, 프래트리사이드 방지, 면역 억제 회피 등 다방면에서의 개선이 가능하였다.

한계점 및 향후 연구 방향

현재까지의 연구는 주로 전임상 단계에서 이루어졌으며, 대규모 임상시험을 통한 검증이 필요하다. 또한, 다중 편집 기술의 조합으로 인한 유전적 불균일성과 편집 효율 저하, 제조 비용, 규제 문제 등도 향후 극복해야 할 과제이다. iPSC 유래 CAR T 세포의 안전성과 효능도 장기적으로 평가될 필요가 있다.

결론

CRISPR-Cas9 기술은 CAR T 세포 치료의 한계를 극복할 수 있는 강력한 도구로, 유전자 기능 조절, 면역 회피, 세포 지속성 증가, 범용 세포 생산 등 다양한 가능성을 제시하고 있다. 향후 정밀한 유전자 편집과 세포공학 기술의 결합을 통해 보다 저렴하고 강력한 차세대 면역세포 치료제가 탄생할 것으로 기대된다.

개인적인 생각

이 논문은 CRISPR-Cas9이 CAR T 세포 치료의 미래를 어떻게 바꿀 수 있는지에 대한 청사진을 제시하는 리뷰로, 그 깊이와 범위가 매우 인상적이다. 특히 고형암 치료, 프래트리사이드 방지, 면역 억제 회피 등 현재 CAR T가 직면한 현실적인 문제들을 유전자 편집이라는 정교한 접근으로 해결하려는 시도는 실용성과 혁신성 모두를 갖춘 전략으로 보인다. iPSC 기반 범용 CAR T 세포 생산은 비용과 시간 문제를 해결하는 데 획기적인 솔루션이 될 수 있으며, 이를 통한 대량 생산 가능성은 CAR T의 대중화를 앞당길 것이다. 앞으로 CRISPR 기술이 임상 적용에서 얼마나 정교하고 안전하게 작동할 수 있을지가 관건이지만, 그 가능성은 이미 충분히 입증되었다고 느껴진다.

자주 묻는 질문(QnA)

Q1. CAR T 세포 치료는 어떤 암에 효과적인가요?
현재까지는 B 세포 백혈병, 림프종 등에 높은 완전관해율을 보였으며, 고형암에 대한 적용도 연구 중입니다.
Q2. CRISPR-Cas9의 가장 큰 장점은 무엇인가요?
목표 유전자에 정밀하게 접근할 수 있고, 다중 편집도 가능하여 복합적인 기능 조절이 가능합니다.
Q3. 왜 iPSC가 CAR T 치료에 중요한가요?
무한 증식이 가능하고, 동일한 세포군에서 대량 생산이 가능하여 범용 CAR T 세포 제작에 적합합니다.
Q4. T 세포 탈진은 무엇인가요?
지속적 자극에 의해 T 세포가 기능을 상실하는 상태로, 암 치료에서 큰 장애요소입니다.
Q5. 프라임 에디팅과 베이스 에디팅의 차이는 무엇인가요?
베이스 에디팅은 단일 염기 변환만 가능하지만, 프라임 에디팅은 치환, 삽입, 삭제가 모두 가능합니다.
Q6. 왜 TRAC 유전자에 CAR을 삽입하나요?
TCR을 제거함과 동시에 CAR을 안정적으로 발현시켜 GvHD 방지와 균일성 확보가 가능합니다.

용어 설명

CAR T-cell: 종양 항원을 인식할 수 있도록 유전자 조작된 T 세포
CRISPR-Cas9: 목표 DNA를 절단하는 유전자 편집 도구
Base Editor: 특정 염기를 변환하는 편집 기술
Prime Editor: 염기 치환, 삽입, 삭제를 모두 수행할 수 있는 최신 편집 기술
dCas9: 절단 기능이 없는 Cas9으로, 전사 조절 도구로 사용됨
PD-1: T 세포의 면역 반응을 억제하는 수용체
Fas: 세포자멸사를 유도하는 수용체
TRAC: T 세포 수용체 α체인을 암호화하는 유전자
Multiplex Editing: 여러 유전자를 동시에 편집하는 기술
Fratricide: CAR T 세포가 서로를 공격하는 현상