재조합 항체의 종류와 생성 방법

재조합 항체의 종류 및 생성 방법

재조합 항체는 교차형 (Chimeric) 항체, 인간화 (Humanized) 항체, 완전 인간형 (Fully human) 항체, 소분자 항체 (Small-molecule antibody), 및 이특이항체 (Bispecific antibody) 로 크게 5 가지로 분류할 수 있습니다.

교차형 항체 (Chimeric Antibodies)

교차형 항체의 상수부 (Constant region) 와 가변부 (Variable region) 는 각각 다른 종래원에서 유래합니다. 일반적으로 동물의 항체에서 유래한 가변부와 인간의 항체에서 유래한 상수부를 결합하여 형성된 것이 교차형 항체입니다. 이의 핵심은 표적 특이성을 유지하면서 부분적인 면역원성 (Immunogenicity) 을 줄이는 데 있으며, 이는 초기 재조합 항체의 주요 유형 중 하나입니다.

교차형 항체의 특징

1. 항체의 가변부는 동물 기원이며, 항체의 항원에 대한 특이성과 친화력을 유지합니다.

2. 항체 중 거의 70% 가 인간 기원이며, 이는 항체의 이형성 (Heterogeneity) 을 크게 줄입니다. 이 인간 기원의 부분에서 Fc 분편은 ADCC (항체 의존 세포 독성) 와 CDC (보체 의존 세포 독성) 를 효과적으로 매개합니다.

3. 구체적인 필요에 따라 다양한 항체 유형, 아형 (Subtype), 크기 및 변형 부위를 선택할 수 있습니다.

4. 성숙한 플라스미드 구축 시스템과 단백질 발현 플랫폼을 통해 표적 항체를 효율적으로 대량으로 얻을 수 있습니다.

교차형 항체의 생산 방법

인간화 항체 (Humanized Antibodies)

교차형 항체는 HAMA (인간 반 마우스 항체 반응) 문제의 완전한 해결을 할 수 없습니다. 이를 보완하기 위해 쥐 (Murine) 항체의 가변부에서 유래한 상보적 결정 부위 (CDR) 를 인간 항체의 가변부에서 유래한 프레임워크 부위 (FR) 에 이식하여 기능적인 인간화 항체를 개발했습니다.

인간화 항체의 특징

1. 교차형 항체를 기반으로 인간화 항체는 항체 분자 내의 인간 기원 부위를 추가로 확장하여 인간화 비율을 80%-90% 까지 높였습니다. 이는 항체가 투여될 때 인체의 이종성 거부 반응 (Heterologous rejection response) 을 크게 줄입니다.

2. CDR 가 항원에 결합하는 과정은 FR 의 영향을 받습니다. 동물 기원 CDR 이 인간 FR 에 결합하면 원래의 CDR 공간 구조가 변경되어 재조합 항체의 항원에 대한 친화력이 감소할 수 있습니다. FR 재구성 설계 과정에서 동물 기원 가변부의 3 차원 모델을 가이드로 사용해야 하며, 동형성 분석과 분자 모델링은 CDR 도메인에 미치는 영향을 최소화하는 데 필수적인 보조 방법입니다. 이는 주로 두 단계로 구성됩니다: a. 동형성 항체나 항체 합성 서열 (Consensus sequence) 에서 인간 기원 FR 을 선택합니다. b. 공개된 정보에 기반하여 FR 에 핵심 역할을 하는 아미노산을 식별합니다.

인간화 항체의 생산 방법

완전 인간형 항체 (Fully Human Antibodies)

면역원성 문제를 더 해결하기 위해 연구자들은 완전 인간형 항체 기술을 개발했습니다. 완전 인간형 항체는 인간의 유전자만으로 구성되므로 동물 기원의 성분이 전혀 없어 임상 치료에서 면역원성이 낮게 나타납니다.

먼저 유전자 녹아웃 (Gene knockout) 기술을 사용하여 동체의 내생성 항체 유전자를 비활성화시켜 동물 항체 유전자의 결핍을 유도합니다. 이후 인간 항체 유전자를 형질전환 (Transgenesis) 또는 염색체 이동 기술을 통해 이 항체 유전자 결핍 동물로 도입합니다. 이후 동체는 인간 항체를 발현하여 항체의 완전한 인간화를 달성합니다. 그러나 이 방법은 기술적으로 난해하고 비용이 많이 들며, 여전히 인간 거부 반응의 위험을 내포하므로, 페이지 디스플레이 (Phage display) 기술이 대안으로 등장했습니다.

이 접근법에서는 인간 항체의 가변부 유전자를 박테리오파 (Phage) 외피 단백질의 구조 유전자 내 적절한 위치에 삽입합니다. 박테리오파 외피 단백질이 발현되면서 인간 항체 가변부가 공발현되고, 박테리오파 재조립과 함께 박테리오파 표면에 표시됩니다. 마지막으로 디스플레이 라이브러리 (Display library) 의 스크리닝을 통해 완전 인간형 항체를 얻고, 이후 숙주 세포에서 발현합니다.

완전 인간형 항체의 특징

완전 인간형 항체의 가장 큰 장점은 면역원성이 거의 완전히 제거된다는 점입니다. 이는 인간의 유전자만으로 구성되므로 인간 면역계와 호환되어 항체에 대한 환자의 면역 반응을 줄입니다. 또한 완전 인간형 항체는 일반적으로 높은 친화력과 안정성을 나타내어 치료 효과가 상대적으로 장기적입니다. 이들은 항체 의약품 연구 개발에서 가장 중요한 타겟으로, 질병 및 암 치료에 광범위하게 적용되며 상당한 연구 및 생산 가치를 가집니다.

완전 인간형 항체의 생산 방법

소분자 항체 (Small-molecule Antibodies)

소분자 항체는 미니-항체 또는 단일 도메인 항체 (Single-domain antibody) 라고도 하며, 이는 완전한 항체 분자를 공학적으로 변형하여 "미니화"를 달성합니다. 이 수정은 침투 능력을 향상시키고 고형종양의 깊은 부위에 있는 종양 세포에 도달하기 어려운 문제의 과제를 극복합니다.

단일 항체 도메인으로 구성되며, 주로 중쇄 가변부 (VH) 나 경쇄 가변부 (VL) 에서 유래합니다. 현재 소분자 항체의 유형으로는 Fab, Fv, scFv, SdAb, 미니바디 (Minibody), 그리고 나노바디 (Nanobody) 가 있습니다.

소분자 항체의 특징

1. 소분자 항체 분자량은 완전한 항체의 1/12 에서 1/2 에 불과합니다. 이들은 강력한 침투력, 높은 친화력과 특이성을 보여 표적 단백질에 대한 선택적 결합을 가능하게 하고 비표적 요소의 영향을 줄입니다.

2. 단일 항체 도메인으로만 구성되므로 소분자 항체는 더 단순한 구조를 가지며, 이를 쉽게 공학적으로 최적화할 수 있습니다.

3. 다양한 발현 시스템에서의 발현 및 정제가 상대적으로 단순하여 대량 생산이 용이합니다.

소분자 항체의 생산 방법

이특이항체 (Bispecific Antibodies)

이특이항체 (BsAbs) 는 두 개의 특정 항원 결합 부위를 가진 항체로, 동시에 두 가지 다른 항원에 결합할 수 있습니다. 이들은 항체 의약품 분야에서 중요한 연구 대상으로서 암 치료에서 뛰어난 효능을 달성했습니다.

"효과 세포/분자"와 "병변 세포"를 연결하여 이특이항체는 면역 반응이나 신호 조절을 능동적으로 유도합니다. 예를 들어, 이들은 T 세포를 종양 세포 근처로 방향적으로 모집하고 T 세포의 살균 기능을 활성화함으로써 "정밀 타겟팅 + 면역 활성화"의 이중 효과를 달성할 수 있습니다.

이특이항체의 분류

일반적인 이특이항체 구조

Fc 영역 포함

Fc 영역 불포함

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