(By assembling the extracellular vesicles from red blood cell lipids using microfluidics, as illustrated above, researchers were able to package cargo ranging from genetic material and proteins to whole viruses used in gene therapy. Credit: C. Koratagere Nagaraj)
세포외소포체(Extracellular vesicles, EVs)는 모든 세포가 세포 밖으로 방출하는 지질 이중막 구조의 아주 작은 주머니(소포)입니다. 단백질, RNA, DNA 등 생체 신호 물질을 담아 다른 세포로 전달함으로써 세포 간의 소통과 신호 교환을 돕는 메신저 역할을 합니다.
과학자들은 천연적으로 존재하는 세포외 소포체를 유전자 치료나 종양 표적 치료에 활용하기 위해 활발히 연구하고 있습니다. 자연적으로 존재하기 때문에 면역 거부 반응이 없고 특정 목표에 유전자나 약물을 매우 효과적으로 전달할 수 있기 때문입니다. 하지만 인체에서 효과적인 세포외 소포체를 인공적으로 대량 생산 하는 것은 간단한 문제는 아니었습니다.
오하이오 주립대학교 화학 및 생물분자 공학과 교수인 에두아르도 레아테기 (Eduardo Reátegui, professor of chemical and biomolecular engineering at Ohio State) 연구팀은 적혈구 기반 세포외 소포체를 새로운 대안으로 제시했습니다.
수혈을 위한 혈액은 항상 부족한 상태이지만, 동시에 오래 보관할 수 없기 때문에 폐기되는 양도 적지 않습니다. 또 수혈 기준에 맞지 않아 그전에 폐기되는 물량도 있습니다. 연구팀은 이런 버려지는 혈액에서 적혈구를 추출하면 어렵지 않게 인체 적합 세포외 소포체를 만들 수 있다고 보고 연구를 진행했습니다.
다만 적혈구에서 생성되는 천연 세포외 소포를 직접 이용하여 전달 장치를 만드는 아이디어는 생산 규모 확대 및 탑재물 유연성 확보에 한계가 있었습니다. 그래서 이를 개선하기 위해 연구팀은 미세유체 (microfluidics) 기술을 이용하여 적혈구 지질로부터 소포체를 조립했습니다. 덕분에 유전 물질과 단백질부터 유전자 치료에 사용되는 전체 바이러스에 이르기까지 다양한 물질을 포장할 수 있게 됐습니다.
미세 유체 기술은 머리카락 굵기만 한 수십~수백 마이크로미터(㎛) 크기의 미세 채널 속에서 소량의 유체를 정밀하게 제어하고 조작하는 융합 기술입니다. 랩온어칩(Lab-on-a-chip), 장기온칩(Organ-on-a-chip), 나노소재 합성 등 바이오 및 화학 분야에서 혁신적인 도구로 쓰입니다.
연구팀은 이렇게 개발한 세포외 소포체를 쥐를 이용한 동물 모델에서 테스트했습니다. 연구 결과 세포외 소포체는 혈액 순환계에서 자연적으로 발생하는 세포외 소포체와 유사한 패턴으로 여러 장기에 분포되었으며, 특히 폐에 많이 축적된 것으로 나타났습니다.
연구팀은 세포외 소포체가 병원체로 오인되어 대식세포에 의해 섭취되는 것을 방지하기 위해 CD47 펩타이드를 외부 표면에 부착했는데, 이는 효과적인 방법으로 밝혀졌습니다. 또 공동 저자인 블레이즈 키멜 연구실에서 개발한 항PD-L1 나노항체를 포함한 PD-L1 인식 분자를 첨가해 소포체를 종양 표적화에 맞게 설계했는데, 동물 실험에서 면역 요법의 표적이 되는 PD-L1 양성 유방암 종양을 정확히 공격했습니다.
다만 환자 자신의 세포가 아닌 경우 사람의 적혈구 기반 세포외 소포체라도 면역 시스템이 인지하고 공격할 우려가 있습니다. 이 경우 환자 자신의 적혈구를 일부만 채취해도 충분한 양의 세포외 소포체를 만들 수 있기 때문에 사실상 무제한으로 맞춤형 세포외 소포체 생산이 가능합니다.
연구팀은 미세유체 기술을 활용해서 유전자 치료에 사용되는 전달 시스템인 아데노 관련 바이러스(AAV)와 같은 비교적 큰 분자도 포함하게 개발했습니다. 일반적인 아데노 바이러스를 유전자 치료 목적으로 투입하면 면역 반응을 유발해 사실상 표적 세포에 도달하지 못할 수 있지만, CD47 펩타이드로 표지된 조작된 적혈구 세포외 소포체 안에 치료용 AAV를 넣으면 면역 반응을 유발할 가능성을 크게 줄일 수 있습니다.
적혈구 기반 세포외 소포체가 항암 표적 치료나 유전자 치료의 새로운 혁신이 될 수 있을지 주목됩니다.
참고
Chiranth K. Nagaraj et al, Microfluidic Nano‐Assembly of Red‐Blood‐Cell (RBC) Lipids and Components for Engineering Extracellular Vesicles, Advanced Healthcare Materials (2026). DOI: 10.1002/adhm.202504351
https://phys.org/news/2026-08-red-blood-cells-generation-therapeutic.html
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