인터뷰: 헬리오스 K.K. – 면역 치료 연구를 가속화하는 생세포 분석

HEALIOS K.K. KOL 인터뷰

생세포의 행동을 견고하게 포착하는 생세포 분석 - NK 세포를 이용한 새로운 암 치료법 개발 목표

iPS 세포 기술을 사용하여 재생 의학 제품을 개발하는 HEALIOS K.K.는 유전자 전달 및 편집을 통해 기능이 향상된 iPS 세포 유래 NK 세포를 사용하여 다양한 암 질병에 대한 면역 치료 연구 및 개발을 진행하고 있습니다. 회사 연구부 탐색 연구 그룹의 전문가인 토리사와 유스케 박사는 NK 세포를 이용한 암 치료 연구를 수행하는 동안 현미경 하에서 NK 세포의 이동과 같은 기능을 포착하는 데 어려움을 겪었습니다. 그러던 중 싸토리우스 재팬 K.K.의 Incucyte^® SX5 생세포 분석 시스템을 발견하여 다양한 문제를 해결하고 연구를 가속화했습니다. 우리는 토리사와 박사에게 이 시스템의 사용법과 이점에 대해 인터뷰했습니다.

Q: 토리사와 박사님, 연구에 대해 말씀해 주세요.

이전 직장에서 T 세포의 이동 및 기타 기능을 평가하는 시스템 구축에 참여했고, 현재 회사에서 NK 세포의 기능 평가 및 생산에 관여하고 있습니다. 우리의 목표는 iPS 세포로부터 기능이 향상된 NK 세포를 생산하여 고형 종양을 포함한 많은 유형의 암을 치료하는 데 사용할 수 있는 새로운 세포 치료법을 개발하는 것입니다. 현재 CAR-T 세포 치료를 포함한 유전자 변형 T 세포를 사용하는 세포 치료가 임상 실무에서 수행되고 있습니다. 그러나 T 세포는 자기와 비자기를 인식하기 때문에 이러한 치료법은 일반적으로 환자 자신의 세포를 사용하여 맞춤화해야 합니다. 또한 심각한 부작용에 대한 우려가 있습니다. NK 세포의 경우 다른 사람의 세포를 사용할 때도 이러한 부작용이 거의 완전히 없으며, 즉시 사용 가능한 제품 개발이 가능합니다. NK 세포 기반 치료법에 대한 임상 연구도 시작되고 있습니다.

Q: 어떤 종류의 NK 세포를 설계하고 계신가요?

암세포를 공격하고 인체 내에서 오랜 기간 생존하는 능력과 같은 세포 기능을 향상시키는 유전자를 도입한 iPS 세포를 생산한 후 NK 세포로 분화시켜 NK 세포를 개발하고 있습니다. 목표는 다양한 유형의 고형 암을 표적으로 삼을 수 있는 NK 세포를 개발하는 것입니다. 이미 암을 인식하고 공격할 수 있는 NK 세포를 개발했으며, Incucyte^® SX5 Live-Cell Analysis System을 사용하여 이러한 세포를 평가하고 있습니다.

Incucyte^® SX5 라이브 셀 분석 시스템은 높은 처리량과 비용 효율성으로 NK 세포의 행동을 캡처할 수 있습니다

Q: 시스템의 어떤 측면이 NK 세포 평가에 적합합니까?

우선, 세포 이동 기능을 평가하는 데 매우 적합합니다. 이전 직장에서 현미경 아래에서 배양하면서 암을 향해 이동하는 CAR-T 세포의 이동 기능을 평가했습니다. 2020년 HEALIOS에 입사한 후, 같은 방식으로 NK 세포를 현미경으로 평가하려 했습니다. 그러나 관찰 스테이지의 움직임으로 인해 세포가 이동하거나 위치를 변경하여 세포를 관찰하는 데 어려움을 겪었습니다. 예를 들어, 암세포는 부착성이 있어 스테이지 움직임의 영향을 덜 받지만, 면역 세포와 혈액 세포와 같은 부유 세포의 움직임을 현미경으로 추적하기는 어렵습니다.

Incucyte 시스템의 경우, 스테이지가 아니라 광학 장치가 움직이므로 부유 세포를 방해 없이 관찰하고 평가할 수 있습니다. 또한 현미경 아래에서의 배양은 세포에 가혹하고 장기간 관찰이 불가능하지만, 이 시스템을 사용하면 배양기 내에서 측정할 수 있어 이 문제도 극복할 수 있습니다. 6개의 마이크로웰 플레이트를 동시에 관찰할 수 있는 능력도 매우 높이 평가됩니다. 현미경으로는 한 번에 한 이미지만 볼 수 있습니다. 타임랩스 현미경을 사용해도 한 플레이트만 자동으로 처리할 수 있습니다. 하루에 여러 플레이트를 보는 것을 고려하면 이는 분명히 비효율적입니다. 또한 초점 맞추기부터 모든 설정이 수동으로 수행되므로 얻을 수 있는 데이터의 양에 자연스러운 한계가 있습니다. 더욱이 이동 기능을 평가할 때 비디오 생성과 정량적 평가는 보통 한 사람에 의해 수동으로 수행됩니다. 그러나 Incucyte에서는 초점 맞추기와 촬영을 포함한 모든 작업이 자동으로 수행되며, 6개의 마이크로플레이트에서 동시에 실험을 수행할 수 있습니다. 현미경으로 같은 작업을 시도한다면 얼마나 많은 시간, 노력, 인력이 필요할지 궁금합니다. Incucyte는 낮과 밤, 휴일에도 이 작업을 수행할 수 있으므로 생세포를 평가하는 데 가장 적절한 장치라고 생각합니다.

Q: 현미경 평가를 수행할 때 수동 작업은 개인마다 매우 다양합니다.

예를 들어, 비디오를 전문으로 하고 선명한 이미지를 보여주고 싶다면, 원하는 대로 정확하게 초점을 맞출 수 있는 고해상도 현미경 사용이 더 좋을 수 있습니다. 그러나 정량적 평가에서 현미경 사용은 재현성이 떨어집니다. 학술 연구에서는 더 나은 데이터나 더 명확한 데이터가 필요할 수 있지만, 제약 관련 기업은 개인 간 변동 없이 동일한 값을 얻을 수 있는 재현성을 강조해야 합니다. 따라서 Incucyte를 이용한 평가가 더 공정하다고 여겨집니다.

Q: 학술 연구에서도 연구가 약물의 씨앗이 되려면 재현성을 강조해야 합니다.

동의합니다. 정량적으로 평가할 수 있는 능력이 여전히 중요하다고 생각합니다.

Q: Incucyte를 도입하게 된 계기는 무엇이었나요?

제가 HEALIOS에 입사하기 1년 전부터 Incucyte가 다음 신규 장비의 후보로 거론되고 있었습니다. 회사 내에서 핫한 주제였고, 그래서 저도 인지하고 있었습니다. 더욱이 iPS 세포로부터 NK 세포를 생산하는 미국의 한 그룹이 세포 평가를 위해 Incucyte를 사용하고 있었고, 관련 논문을 발표했습니다. 이를 읽고 이 시스템이 우리에게 유용할 것이라 확신했고, 2021년에 도입했습니다.

이미지의 자동 획득을 위한 '트라이얼' 또는 예비 실행이 돌파구를 마련할 수 있습니다

Q: Incucyte^® 라이브 세포 분석 시스템에 더 많은 작업을 맡김으로써 얻은 이점은 무엇입니까?

장기간에 걸쳐 자동으로 이미지 데이터를 획득하고 데이터를 병렬로 분석할 수 있어 매우 효율적이며, 비용 성과 측면에서 회사에 큰 이점이 됩니다. 연구자로서 실험 횟수를 늘릴 수 있는 능력이 주요 장점이라고 느낍니다. 이전에는 단일 현미경에서 단일 실험을 수행하고 다음 단계로 넘어가기 전에 결과를 어느 정도 평가해야 했습니다. 따라서 순차적으로 진행하는 것이 유일한 선택이었습니다. 반면에 Incucyte를 사용하면 여러 실험을 병렬로 실행할 수 있고, 실험 진행 중에 분석 결과를 얻을 수 있습니다. 따라서 다음 실험으로 빠르게 넘어갈 수 있고, 여러 실험을 원활하게 수행할 수 있습니다. 개인적으로 자동 이미지 획득이 큰 장점이라고 느낍니다. 일반적인 사용은 아닐 수 있지만, '한번 해보고 싶을 때' 자주 사용합니다. 예를 들어, 몇 개의 샘플이 있다면 정량화 없이 시도 평가 목적으로 Incucyte에 넣고 며칠에 걸쳐 몇 장의 이미지를 찍을 수 있습니다. 이는 쉽게 할 수 있으며, 실행 중인 플레이트의 사용되지 않은 공간에서도 이러한 시도를 실행할 수 있습니다. 나중에 프로그램에서 이미지를 검사할 때 다음 실험으로 이어지거나 새로운 아이디어를 제공할 수 있는 무언가를 발견할 수 있습니다. 현미경을 사용하여 '그냥 시도해보는 것'이 매우 어려웠기 때문에 이것이 큰 장점이라고 느낍니다.

Incucyte^® 라이브 세포 분석 시스템

Q: 더 많은 시도 기회를 제공합니다. 이것이 돌파구로 이어질 수 있을까요?

아마도 그렇습니다. 시스템이 제한된 응용 프로그램 세트를 위한 것이 아니기 때문에 다양한 용도를 시도해 볼 수 있습니다. 게다가 시각적으로 이해할 수 있는 간단한 결과를 갖는 것도 유익하다고 생각합니다.

Q: 그러한 '시도'로부터 특정한 아이디어를 얻었습니까?

이 사례는 바로 이주 기능을 평가하는 것에 관한 것입니다: 이러한 시도를 통해 가능해졌습니다. 우리의 NK 세포는 다른 면역 세포를 모집할 수 있는 물질을 분비할 수 있는 능력이 있습니다. 그러나 우리는 이 기능을 평가하는 데 어려움을 겪었습니다. Incucyte를 도입한 후, 우리는 면역 세포와 NK 세포를 함께 플레이트에 배치하고 이 시스템을 사용하여 그들의 행동을 반복적으로 관찰했습니다. 이 시도는 기능 평가의 성공으로 이어졌습니다. 처음 24시간 동안은 거의 변화가 없었지만, 세포들이 결국 이틀 후에 움직이기 시작했다는 것을 발견했습니다. 이러한 평가는 다른 시스템으로는 어려웠을 것입니다. 왜냐하면 배양기 내에서, 그리고 최소 3~4일 동안 방해받지 않은 조건에서만 가능했기 때문입니다. NK 세포가 다른 세포를 모집하기 위해 물질을 분비한 후 면역 세포가 움직이기 시작하는 데 며칠이 걸릴지조차 알려져 있지 않았습니다. 정량적 평가는 아직 시작되지 않았습니다. 그러나 지금은 적어도 기능을 평가할 수 있다는 점에서 매우 중요합니다. NK 세포의 면역 세포 모집 기능과 암세포로의 이동 능력 평가는 Incucyte 외의 다른 시스템으로는 수행하기 어려웠을 것입니다.

명시적 이미지는 행동 과정의 장기 관찰을 지원합니다

Q: Incucyte를 사용하여 발견된 다른 것들이 있나요?

우리의 NK 세포는 항체에 결합된 암세포를 공격하는 형질전환적으로 향상된 능력을 가지고 있습니다 (항체 의존성 세포독성 활성). Incucyte를 통해 우리는 세포 수와 항체 유형을 포괄적으로 평가할 수 있게 되었습니다. Incucyte 사용은 새로운 유형의 NK 세포 개발 및 생산 시 NK 세포 기능을 평가하는 회사 내 일상적인 방법이 되었습니다. 또한, 우리는 이전에 4시간 또는 12시간과 같은 짧은 기간 동안 NK 세포의 세포독성 활성을 평가했습니다. 그러나 Incucyte를 통해 암세포가 사라질 때까지 4일에서 일주일 동안 이러한 활성을 관찰할 수 있게 되었고, 시간에 따른 평가가 가능해졌습니다. 이를 통해 다양한 작용 메커니즘이 밝혀졌습니다: NK 세포가 암세포를 공격하는 단계와 공격 패턴이 암 유형에 따라 달라지는지 여부 등입니다. 흥미로운 점은 NK 세포가 처음 몇 시간 동안 암세포를 공격하다가 완전히 멈출 수 있다는 것입니다. 또한 NK 세포가 항상 선형적으로 작용하지는 않는다는 것을 발견했습니다. 예를 들어, 암세포의 표면 단백질 발현 변화에 따라 공격을 중단하거나 재개할 수 있습니다. 이러한 행동은 단기 종료점만 사용했다면 감지할 수 없었을 것입니다. 명시적 이미지 세트로 과정을 관찰할 수 있는 능력이 NK 세포의 성장과 행동 측면에서 더 깊은 이해로 이어진다고 생각합니다.

Q: NK 세포를 면밀히 관찰하면서 발견한 가장 놀라운 행동은 무엇인가요?

그들의 비선형적인 공격 방식입니다. NK 세포가 암을 만나면 처음에는 폭발적으로 공격하지만, 그 후 진정됩니다. 그 후 다음 공격 단계에서 NK 세포는 결국 모든 암세포를 죽입니다. 원래는 단순히 선형적인 공격이라고 생각했기 때문에, 초기 공격이 반드시 효과와 직접적인 관련이 없다는 것을 알고 놀랐습니다. 이는 평가에 Incucyte를 사용하지 않았다면 알 수 없었을 것입니다. iPS 세포로부터 분화 유도된 NK 세포는 겉보기에 같아 보여도 다른 특성을 가질 수 있습니다. 시간에 따른 세포 기능 평가는 NK 세포 제조 방법 개발에 매우 중요합니다.

Q: NK 세포가 오랜 시간이 걸리더라도 암세포를 확실하게 제거할 수 있다는 점을 이해하는 것도 중요하다.

NK 세포의 수가 암세포보다 수십 배 많다면 단기간의 결정적 전투가 가능할 수 있다. 하지만 현실에서는 암에 도달한 소수의 NK 세포가 국소적으로 꾸준히 증가하고 공격할 수 있을 때 의미가 있다. 따라서 오랜 기간 동안 계속 증가하고 공격할 수 있는 세포가 유용하다. 또한 이들의 증식 능력을 향상시키는 것도 필요하다.

NK 세포와 면역 세포가 함께 협력하여 전면전을 벌일 수 있는 환경을 만들고 싶다.

Q: 미래에 대한 포부는 무엇인가?

궁극적으로, 우리는 형질전환되고 수정된 NK 세포로 고형암 치료를 가능하게 하고 싶습니다. CAR-NK 세포를 포함한 NK 세포의 기능이 개선되고 있으며, 다음 과제는 암 유형에 따라 NK 세포의 기능을 향상시키는 것입니다. 또한 NK 세포만으로 암을 이기지 못하더라도, 우리의 NK 세포는 다른 면역 세포를 모집하는 기능을 가지고 있습니다. 많은 면역 세포가 유인되고 표적 암을 인식할 수 있는 환경을 만드는 능력을 가진 NK 세포를 개발할 수 있다면, 현재 치료법이 없는 암에도 효과적일 것으로 기대됩니다. 저는 NK 세포에 계속해서 놀라고 있습니다. 예를 들어, NK 세포를 피더 세포에 형질전환된 암세포와 공동 배양하면 NK 세포는 극적으로 계속 증가합니다. 피더 세포가 존재하는 한, NK 세포는 매주 100배씩 계속 증가합니다. 이러한 기능을 가진 NK 세포는 암이 존재하는 한 계속 증가할 수 있습니다. 이것이 생체 내에서 일어난다면 암을 근절할 수 있을 것입니다. 물론 암세포가 그렇게 간단하지는 않습니다. 하지만 언젠가는 우리의 NK 세포로 암 환자를 치료할 수 있기를 희망합니다.

Q: 유사한 분야에서 연구하는 연구자들과 그 분야에 지망하는 이들에게 메시지를 전해주세요.

신약 개발 및 재생 의학 분야에서 특정 기능을 부여한 iPS 세포의 기술 개발은 계속 진행될 것입니다. 정상 세포와 조직보다 우수한 기능과 특징을 가진 세포와 조직을 생산할 수 있게 되었기 때문에, 아직 고안되지 않은 치료 방법에 대한 큰 잠재력이 있습니다. 더욱이 유전자 전달을 통해 기능이 향상된 장기를 생산할 수도 있을 것입니다. 일본은 iPS 세포의 창시자로서, 여러분과 함께 최선을 다하고 싶습니다. 학술 기관, 기업, 벤처 기업 등에서 다양한 iPS 세포 기반 세포들이 개발될 것으로 기대하며, 흥미로운 물결이 되기를 희망합니다. 연구자와 학생들에게 반드시 함께 일해야 한다고 말하고 싶습니다.

(인터뷰 / 텍스트: 노조미 사카모토)

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