Super-adjuvant nanoparticles for platform cancer vaccination (2025)

https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2025.102415

 

암 백신은 종양 특이 항원을 체내에 주입해 면역계를 훈련시키는 방식이지만, 실제 임상에서는 기대만큼의 효과를 내지 못했다. 이유는 항원의 면역원성이 낮고, 보조제(adjuvant)가 충분히 강한 염증 반응을 유도하지 못하며, 림프절까지 도달하는 효율이 낮기 때문이다. 연구진은 이런 문제를 극복하기 위해 STING 경로 작용제(cdGMP)와 TLR4 경로 작용제(MPLA)를 하나의 나노입자에 담은 '슈퍼 어쥬번트 나노입자'를 설계했다. 이 시스템은 두 경로를 동시에 자극해 강력한 type I interferon 반응을 유도함으로써 백신의 약점을 근본적으로 보완하는 것을 목표로 했다.

 

나노입자 구조 및 물리적 특성

• 구성: 중성 지질 기반 나노입자에 cdGMP(STING 작용제)와 MPLA(TLR4 작용제)를 동시 봉입

• 크기: 약 30~60 nm, 림프절 배액에 최적화

• 표면: PEG(폴리에틸렌글리콜) 코팅으로 수용성과 안정성 확보

• 특징

  • 수용성·지용성 물질을 모두 봉입 가능

  • 단일 수지상세포(DC)에 STING과 TLR4 신호를 동시에 전달

  • 결과적으로 IRF3·NF-κB 신호축이 함께 활성화돼 type I IFN(특히 IFN-β) 분비 폭발적 증가

 

림프절 이동성과 국소 면역 활성

• 피하 주사 후 24시간 내 인접 림프절로 빠르게 이동

• 림프절 내 CD11c⁺ 수지상세포에서 IFN-β·CD80 동시 발현 확인

• 간·신장·폐 등 주요 장기에 축적되지 않아 전신 독성 위험 낮음

• STING/TLR4 이중 자극으로 수지상세포가 림프절 내에서 항원을 더 효율적으로 운반(ferrying)

 

세포 수준 면역 반응

• STING 또는 TLR4 단독 자극보다 병합 시 IFN-α·IFN-β·TNF-α·IL-6·CCL2·RANTES 등 대폭 상승

• 항원 제시 관련 유전자(B2m, Tap1, Tap2, Erap1 등) 발현 증가

• IRF3, IRF5, IRF7 결손 세포에서는 면역 반응이 소실 → 세 전사因자가 핵심 조절자

• 결과: 수지상세포의 항원 가공·제시 능력 강화 → CD8⁺ T세포 활성 극대화

 

용량별 면역 반응 및 안전성

• 풀 도스(중간 용량)에서 다기능 CD8⁺ T세포 반응 최대

• 저용량·고용량에서는 반응 저하 → 과자극 시 선천면역 피드백 억제 가능성

• 고용량군에서 ALT 상승 및 체중 감소 소폭 발생

• 최적 용량군에서는 간 기능·체중 안정 → 안전성 양호

 

통계 및 실험 관리

• 통계 분석: GraphPad Prism 9.0 사용, p<0.05 기준

• 다군 비교 시 ANOVA + Tukey/Sidak 보정

• 무작위 배정 및 맹검 분석 원칙 적용

• 실험 단위: 생물학적 반복(n=5~13), 결과 평균±SEM 표기

 

 

슈퍼 어쥬번트 나노입자가 '다기능 T세포'를 만들어 종양 성장을 억제했다

A) 백신 일정

• 0일차: 1차 접종(프라임)

• 14일차: 1차 부스터

• 35일차: 2차 부스터

• 이후 일정 간격으로 종양 부피를 측정하며 생존을 관찰했다.

B) T세포 활성 결과

• Trp2 펩타이드 + 슈퍼 어쥬번트 NP를 맞은 그룹에서 IFN-γ와 TNF-α를 동시에 분비하는 CD8⁺ T세포 비율이 폭발적으로 증가했다.

• 이런 세포는 단일 사이토카인만 내는 T세포보다 훨씬 강력하고 지속적인 항암 효과를 낸다.

• Trp1, Trp2, gp100 세 펩타이드 중 Trp2 반응이 가장 강력했고 Trp1+Trp2 병합 시 면역 반응의 폭과 지속성 모두 상승했다.

C) 종양 성장 억제

• 그래프에서는 종양 부피가 시간에 따라 변화하는 모습을 보여준다.

• 슈퍼 어쥬번트 NP 백신군은 투여 후 종양이 거의 성장하지 않음을 나타냈다.

• 반면 STING 단독, TLR4 단독, 또는 무보조제군은 종양이 빠르게 커졌다.

• 결과적으로 이 시스템이 종양 성장을 차단했다는 사실이 확인된다.

D) 생존 곡선

• Kaplan–Meier 생존 그래프에서는 슈퍼 어쥬번트 NP군의 생존율이 100% 유지되는 반면, 다른 군은 대부분 30일 내 사망했다.

• 이는 단순히 일시적인 면역 반응이 아니라 장기 면역 기억이 형성됐다는 의미다.

 

연구 결론

슈퍼 어쥬번트 나노입자는 흑색종, 췌관선암, 삼중음성 유방암 모델에서 모두 높은 종양 거부율을 보였고 재도전 후에도 암이 재발하지 않았다. 이는 STING–TLR4의 이중 자극을 통해 장기적인 기억 면역이 형성됐다는 의미다. 기존의 백신이 가진 면역 반응 한계를 극복하고, 여러 암에 적용할 수 있는 범용 플랫폼으로 작동한 것이다. 앞으로 이 기술은 개인 맞춤형 항암 백신 개발의 중심 축이 될 가능성이 크다.