유전자 편집 조혈모세포, 마우스에서 지속적인 치료용 항체 생산
반복 투여의 한계, 세포 기반 공급으로 줄일 수 있을까
항체 약물은 치료 효과를 유지하려면 장기간 반복 투여해야 하는 경우가 많다. 연구진은 유전자 편집한 조혈모세포·전구세포(HSPC)를 한 번 이식해, 그 후손인 B세포가 치료용 항체를 지속적으로 생산하도록 설계했다. 마우스에서 16주까지 항체 생산을 확인한 전임상 연구로, Research Square에 프리프린트로 공개됐다. 환자에서 반복 투여를 대체하거나 평생 효과를 유지할 수 있는지는 아직 확인되지 않았다.
CRISPR로 항체 설계를 삽입하고 마우스에서 생산 확인
연구진은 크리스퍼(CRISPR)/Cas9과 상동성 유도 복구(HDR)를 이용해 항체 발현 카세트를 HSPC의 특정 유전체 위치에 삽입했다. 표적은 인간 세포에서 CCR5, 마우스 세포에서 Rosa26이었다. 이른바 안전 삽입 부위(safe-harbor)를 활용한 설계지만, 이 명칭이 치료의 임상 안전성을 보증하지는 않는다. 항체 발현에는 B세포 계열에서 작동하도록 설계한 합성 프로모터를 사용했다.
검증에는 고콜레스테롤혈증 치료용 항-PCSK9 항체와 자가면역질환 치료용 항-종양괴사인자 알파(TNFα) 항체를 사용했다. 편집한 인간 HSPC는 면역결핍 마우스에 생착했으나, 혈중 항체 생산은 미미했다. 연구진은 이 모델에서 인간 B세포가 항체 분비 세포로 충분히 성숙하기 어렵다는 한계를 제시했다. 별도로 직접 편집한 인간 B세포는 배양 조건에서 항체를 분비했고, 항-TNFα 항체를 생산한 세포의 배양액은 기능시험에서 TNFα 활성을 억제했다.
체내 생산은 마우스 HSPC를 면역정상 마우스에 이식해 평가했다. 혈청에서는 이식 4주부터 항체가 검출됐으며, 농도는 12주까지 증가한 뒤 관찰 종료 시점인 16주까지 유지됐다. 16주 평균 농도는 항-PCSK9 항체 206 μg/mL, 항-TNFα 항체 5.5 μg/mL였다. 연구진이 제시한 인간의 치료 관련 농도 범위는 각각 약 10–15 μg/mL와 3–7 μg/mL다. 다만 이는 농도 비교이며, 이식한 마우스의 질환 개선이나 환자 치료 효과를 입증한 결과는 아니다.
분비량 조절 가능성과 이식 부담이 남긴 과제
항체 분비량을 조절하는 실험도 진행됐다. 인간 B세포와 이로부터 분화시킨 형질세포의 배양 실험에서, 항체에 FKBP12 단백질 기반 불안정화 도메인을 붙이고 소분자 Shield-1을 첨가하거나 제거해 분비량을 가역적으로 조절했다. 다만 도메인을 붙이면 Shield-1이 있어도 도메인을 붙이지 않은 항체보다 발현량이 감소했다. 동물 체내에서 같은 조절이 가능한지는 이번 결과로 확인할 수 없다.
이 플랫폼은 한 번의 세포 이식으로 장기적인 항체 공급을 제공할 가능성을 보여준다. 그러나 마우스 실험에는 방사선 전처치가 사용됐고, 편집군의 골수 생착률도 대조군보다 낮았다. 반복 항체 투여를 받는 환자에게 적용하려면 전처치 부담을 줄이고 충분한 생착과 장기 안전성을 확보해야 한다. 저강도 전처치와 결합하자는 구상은 연구진의 향후 전망으로 남아 있다.
연구의 구체적인 실험과 결과는 원문에, 프리프린트 서지 정보는 PubMed 기록에 제시돼 있다.
Monoclonal antibodies represent half of the top ten selling drugs. Their proven efficacy, however, generally requires repeated administration for prolonged periods of time. In contrast, cell-based therapies offer a different set of pharmacokinetics and pharmacodynamics than traditional medicines, including the potential to have lifetime durability after a single infusion. Here, we describe a genome-engineered stem cell-based platform for continuous antibody production from a single dose. Using CRISPR/Cas9 homology-directed repair mediated editing, we precisely integrated therapeutic antibody expression cassettes into a safe-harbor locus of hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs). Upon differentiation, these gene-targeted HSPCs generate B cells that secrete monoclonal antibodies. We validated this platform using two clinically approved antibodies, achieving efficient targeted integration of the gene-targeted antibodies (GT-Ab) in human HSPCs that successfully engraft in immunodeficient mice. Direct engineering of human B cells demonstrated robust secretion of therapeutic antibodies. To evaluate in vivo antibody production, we transplanted engineered GT-Ab murine HSPCs into immunocompetent mice, achieving durable serum antibody concentrations within the therapeutic range over several months. Lastly, by fusing the antibody to a destabilization domain, we enabled tunable antibody secretion via small molecule regulation. This modular platform establishes a potentially curative approach for chronic diseases currently reliant on repeated antibody administration, offering durable antibody production from a single treatment.
반복 항체 투여가 필요한 고콜레스테롤혈증이나 자가면역질환에서, 편집한 조혈모세포의 후손 B세포가 항체를 지속 공급한다면 투여 부담을 줄이는 전략이 될 수 있다. 이번 연구는 두 항체를 이용해 그 가능성을 전임상 수준에서 시험했다. 실제 적용을 판단하려면 기존 항체 주사로 얻는 편익과 세포 채취·편집·이식 및 전처치 부담을 함께 비교해야 한다. 특히 항체마다 생산량이 달랐으므로 필요한 농도를 안정적으로 유지하고 과도한 생산을 조절할 수 있는지 확인해야 한다. 환자 효능, 평생 지속성, 비용 절감은 입증되지 않았으며, 배양에서 확인한 분비 조절 기능도 체내 검증이 남아 있다.