지난 10 년 동안 세포 치료 분야는 상당히 발전했습니다. 조혈 줄기세포 이식 경험을 쌓고 유전공학, 게놈 편집, 면역학, 면역 요법, 줄기세포 생물학, 질병 메커니즘 이해 및 세포 치료제 제조분야의 발전을 바탕으로 수백 건의 임상시험이 진행되면서 상당한 진전이 이루어졌습니다. 현재 특정 백혈병 및 림프종 치료 목적으로 조작된 키메라 항원 수용체(CAR) T cell 요법 (CAR-T)을 상업적으로 이용할 수 있습니다. Investigational 세포치료 역시 광범위한 혈액 악성종양을 해결하고 있습니다. 빠르게 진화하는 세포 engineering 및 editing접근 방식과 함께 다양한 유형의 자가 및 동종 세포를 사용하여 고형종양, 자가면역질환, 이식편대숙주 질환 (GvHD), 유전 질환 및 신경 퇴행성 질환을 연구하고 있습니다.
세포 치료의 공통 주제는 프로세스의 모든 단계에서 세포 표현형과 이질성을 특성화하고 이해해야 한다는 것이며, 다음과 같은 내용이 포함됩니다.
- 환자 질병의 특성화 및 예측 바이오 마커 개발
- 세포치료제 제조 입력값을 위한 환자로부터 분리된 세포의 특성화
- 시험관 내 및 전임상 모델에서 세포치료제 후보군 연구
- 세포 치료제 제조 공정 개발 및 최적화
- 세포 제품 출시 테스트
- 세포치료제 및 주입 후 환자 반응 모니터링 도구 개발
BD Biosciences는 single-cell multiomics, high parameter 분석 및 informatics를 위한 연구 도구로 이렇게 여정의 각 단계를 지원하여 연구 과정에서 세포 샘플을 심층적으로 특성화할 수 있도록 합니다.
세포 치료 연구를 위한 T cell 및 NK cell 이용
T cell 치료
항체 유래 세포외 수용체 및 T cell 세포내 신호 전달 domain을 포함하는 CAR-T cell은 재발성/불응성 large B cell 및 급성 림프모구성 백혈병 치료를 위한 CD19 CAR-T의 상업적 허가 등 특정 유형의 백혈병 및 림프종에서 확신할 수 있는 결과를 보여주었습니다. 또한 이 기법은 CD-19, CD-20, CD-22, CD-30 and B-cell maturation antigen 을 표적으로 하는 임상시험에서 B cell 급성 림프아구성 백혈병 (B-ALL), B cell 비호지킨 림프종(B-NHL), 만성 림프구성 백혈병(CLL), 호지킨 림프종 및 다발성 골수종에서 희망찬 결과를 보여주었으며, 더욱 많은 연구가 진행중입니다.1 T cell은 바이러스 벡터를 통해 CAR을 발현하도록 조작되어 특정 표적 항원을 인식할 수 있습니다. T cell 세포의 결과적인 활성화는 종양 제거를 위해 이용됩니다. PD-1 또는 CTLA4에 대한 monoclonal antibodies 와 같은 T cell 표적 면역 조절제는 임상 시험에서 CAR-T 세포와 함께 사용할 수 있습니다 .2 (CAR) T 세포치료의 일반적인 단계는 아래와 같습니다.
1단계: T cell 수집
환자 PBMC는 백혈구 채집법에 의해 수집된 후 T cell을 분리하기 위한 enrichment 접근법을 이용하며, B cell, 단핵구, 호중구, 수지상 세포 및 오염된 종양 세포와 같은 다른 세포를 제거합니다.
2 단계: (CAR) T cell 생성
T cells은 CAR 또는 다른 관심대상 변형을 포함하는 바이러스 벡터를 사용하여 체외에서 변형됩니다.
3단계 (CAR) T cell 확장 및 QC 시험
(CAR) T cell은 정의된 세포 배양 조건에서 성장 및 확장되고 수확됩니다. CAR-T 세포 제품이 제조 릴리즈 및 환자 주입에 대해 설정된 사양을 충족하는지 확인하기 위해 QC시험은 필수적입니다.
4단계: (CAR) T cell 주입
그 다음 수확된 세포를 환자에게 투여합니다.
(CAR) T cell 치료 접근법의 효과성 증대
(CAR) 설계는 여러 차례 강화되었으며, 각 단계가 진행될 때마다 결과의 효능과 안전성이 증대되었습니다. 4 세대 CAR-T 설계는 숙주 effector T cell을 활성화하거나 숙주 suppressor를 방해하고 memory T cell을 강화함으로써 종양 미세 환경을 조절하기 위해 cytokine 전달을 시도합니다. Universal cytokine killing(TRUCK)을 위해 재지정된 T cell로 불리는 이러한 실험적 cytokine 생산 CAR-T는 IL-12, IL-15, IL-18 또는 IL-21과 같은 다양한 cytokine을 전달할 수 있습니다.3
현재는 정교한 세포공학을 이용하여 새로운 T cell 치료제가 혈액학 및 고형종양을 지시하도록 하면서 동시에 독성(특히 cytokine 방출 증후군 및 신경독성)을 피하고자 노력하고 있습니다. 이로써 이중 CAR 또는 복합 요법으로 종양의 면역 회피 메커니즘에 대응하고 cytokine 분비 CAR-T cell로 종양세포 사멸을 강화하여 종양 환경에서 면역 반응을 개선합니다. 또한 수정된 체크포인트 수용체를 추가하여 차단을 막아 cell exhaustion을 감소시키면서 CAR-T cell 증식과 지속을 유지하고 면역원성 성분을 제거하여 동종치료를 가능하게 합니다.
세포치료 연구에 NK cell 활용
여러 가지 증거를 바탕으로 T cell 외에도 NK cell은 세포치료에 사용할 수 있는 후보군으로 연구되고 있습니다. NK cell은 선천면역시스템의 일부로 적절한 수준의 자가-HLA 대립 유전자와 non-HLA- 특이적 활성화 수용체 간의 균형을 유지하면서 정상적 인자가 세포를 보호하도록 프로그램되어 있습니다. 종양 세포는 HLA-I 수준의 균형을 조작하고 NK cell의 cytotoxic 활성을 차단합니다. HLA-I 수준의 downregulation은 "missing-self"인식 메커니즘을 통해 NK cell-mediated 살해를 유도할 수 있습니다.4 억제 메커니즘에는 주요 조직적합성 복합체 (MHC) class I 분자를 인식할 수 있는 킬러 면역글로불린 유사수용체 (KIR) 및 CD94/NKG2A가 포함됩니다. 이 속성은 이식 후 동종반응을 극복하는데 효과적일 수 있는 기증자와 수혜자 KIR 및 ligand간 불일치를 만들 수 있도록 조작을 가능하게 합니다. 이 전략은 NK cell을 사용하는 동종세포 치료에 사용됩니다.5 CAR (CAR-NK cells)을 발현하는 조작된 NK cell은 여러 유형의 암에 대한 임상시험에서 평가되었습니다.6 또한 활성화된 NK cell line NK-92는 배양에서 쉽게 확장되고 효과적으로 형질 감염될 수 있으며 NK cell의 한계를 일부 극복할 수 있기 때문에 임상 시험에서 세포 치료를 위해 연구되고 있습니다.7
조혈모세포 이식(HSCT)*
HSCT는 화학요법 및 방사선 요법 후 암환자에 대한 rescue 요법 및 자가면역 질환 환자를 위한 적응면역요법으로 잘 확립된 방법입니다. 동종 HSCT에서 전체 면역체계는 인간 조직적합성 (HLA) 대립 유전자를 일치시킴으로써 공여자 세포로 대체됩니다. 현재는 이식편대숙주질환의 위험을 줄이기위한 보조요법(Treg 세포 요법 포함), HLA 불일치 이식의 사용 결과 개선, 혈액 유전 질환을 구제하기 위한 정상 기증자 HSCT 사용에 초점을 맞추고 있습니다. HSCT는 다음 단계로 구성됩니다.
1단계: 줄기세포의 동원 및 수집
줄기세포는 G-CSF 또는 filgrastim과 같은 인자를 사용하여 niche 또는 말초 혈액에서 동원될 수 있습니다. 이러한 요인은 이식을 위한 줄기세포의 수를 늘리는 데 사용됩니다.8 그 다음 줄기세포를 수집하여 저장합니다.
2단계: Conditioning
Conditioning요법은 환자가 이식을 준비하는데 사용됩니다. 화학요법과 방사선을 포함한 치료법의 조합은 환자의 골수에서 악성 세포를 포함하여 빠르게 분열하는 세포를 제거하고 생착 동안 기증자 세포를 위한 공간을 만드는데 사용됩니다. 이 전략에 면역요법을 결합하면 암세포에 의해 유도된 면역 억제를 예방하고 기증자 세포의 거부 위험을 완화하는데 도움이됩니다..9
3단계: 건강한 줄기세포 주입
면역세포가 고갈된 후 건강한 세포를 환자 몸에 주입합니다.
4단계: 생착 및 회복
이식 후 생착 상태 및 거부징후가 없는지 확인하기 위해 환자를 모니터링 합니다.
* 장비, 소프트웨어 및 시약을 포함한 BD Biosciences 임상용 유세포 분석 솔루션은 여러 면역 관련 질병과 관련된 marker 식별에 사용되는 검사실에서 개발한 테스트를 위한 기본 구성요소를 제공합니다. 이러한 솔루션은 이러한 질병 진단을 위해 FDA의 승인 또는 허가를 받지 않았습니다. 분석물 특정 시약으로 분석 및 성능 특성이 확립되지 않았습니다.
참고문헌
- Wang Z, Wu Z, Liu Y, Han W. New development in CAR-T cell therapy. J Hematol Oncol 2017;10(1):53. doi: 10.1186/s13045-017-0423-1
- Fins S, Kong W, Williams EF, Milone MC, Fraietta JA. An introduction to chimeric antigen receptor (CAR) T-cell immunotherapy for human cancer. Am J Hematol. 2019;94(S1):S3-S9. doi: 10.1002/ajh.25418<
- Knochelmann HM, Smith AS, Dwyer CJ, Wyatt MM, Mehrotra S, Paulos CM. CAR T cells in solid tumors: Blueprints for building effective therapies. Front Immunol. 2018;9:1740. doi: 10.3389/fimmu.2018.01740
- Minetto P, Guolo F, Pesce S, et al. Harnessing NK cells for cancer treatment. Front Immunol. 2019;10:2836. doi: 10.3389/fimmu.2019.02836
- Karantalis V, Schulman IH, Balkan W, Hare JM. Allogenic cell therapy: a new paradigm in therapeutics. Circ Res. 2015;116(1):12-15. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.114.305495
- Rezvani K. Adoptive cell therapy using engineered natural killer cells. Bone Marrow Transplant. 2019;54(Suppl):785-788. doi:10.1038/s41409-019-0601-6
- Romanski A, Uherek C, Bug G, et al. CD-19-CAR engineered NK-92 cells are sufficient to overcome NK cell resistance in B-cell malignancies. J Cell Mol Med.2016;20(7):1287-1294. doi: 10.1111/jcmm.12810
- Karpova D, Rettig MP, DiPersio JF. Mobilized peripheral blood: an updated perspective. F1000Res. 2019;8:F1000 Faculty Rev-2125. doi: 10.12688/f1000research.21129.1
- Zulu S, Kenyon M. Principles of conditioning therapy and cell infusion. In Kenyon M, Babic A, eds. The European Blood and Marrow Transplantation Textbook for Nurses: Under the Auspices of EBMT [Internet]. Cham (CH): Springer; 2018.
