10여년 전에 작성한 논문인데, 항체 관련 공부할 때 참고하시길...

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Monoclonal Antibody에 대한 기대가 높아지고 있다.

그것은 감염성 질병과 같은 여러 질병들에 효과가 있을 것이며, 암과 같은 것들을 치료하는데 있어서도 효과가 있을 것이다. 구체적으로 Monoclonal Antibody는 박테리아나 바이러스와 같은 것들을 격리시킨 후 특별한 pathway를 통해 killer cell이 있는 immune system이 작용할 수 있도록 유도하는 데에도 효과가 있을 것이다.

하지만 이러한 Monoclonal Antibody의 한계는 치료 목적으로 투입하였을 때, 그러한 외부의 Monoclonal Antibody에 대비한 스스로의 Antibody를 형성한다는데 있다. 그것은 병을 더욱 악화시킬 수 있다. 또한 간의 경우에는 Monoclonal Antibody 너무 빨리 흡수해버리는 특성을 가지는 어려움도 있다.  그러한 어려움 때문에 많은 치료적 시도들이 좌절되어 왔다.

이러한 어려움에도 불구하고 많은 사람들의 끊임없는 도전을 통해, 마침내 지금 Monoclonal Antibody를 이용한 약품들이 개발되어 나오고 있으며, 더 많은 수의 Monoclonal Antibody를 이용한 약품들이 FDA의 승인을 받을 것으로 전문가들은 예상하고 있다.

현재 10가지의 Monoclonal Antibody관련 약품이 시장에 나왔으며, 3가지는 FDA의 승인을 기다리고 있는 상태이다. 또한 100가지 이상의 다른 약품들은 임상 실험 단계에 있는 것으로 알려지고 있다.

하지만 FDA는 장기적인 안전을 위해 Monoclonal Antibody 약품들에 대한 추가적인 자료를 요구하고 있다. 그들은 아마도 Monoclonal Antibody의 부작용에 대해 일부 우려하고 있는 것으로 보이며, 특히 장기적으로 질병을 가진 환자들에 대해 더욱 그러하다.

그럼에도 불구하고 Monoclonal Antibody는 다른 약품들에 개발하기 쉽고, 또한 상대적으로 고분자물질들이기 때문에 많은 이점을 가지고 있다. 실제로 Monoclonal Antibody 관련 약품을 개발하여 테스트 하기 위해 2년 정도밖에 소요되지 않으며, 개발 비용은 2천만 달러 정도밖에 들지 않는다. 또한 우려와는 달리 부작용도 거의 보고 된 바 없다.

Monoclonal Antibody를 만들기 위해서는 먼저 항원을 쥐에 주입한다. 그러면 쥐의 B세포는 항원에 맞는 항체를 생산하게 되고, 그러한 B 세포를 추출해 낼 수 있다. 추출된 B 세포는 불멸의 세포와 융합되어 hybridoma를 형성하게 된다.

이러한 방법의 문제점은 이렇게 만들어진 Monoclonal Antibody가 인체에 적용되었을 때, 인체의 항체들이 Monoclonal Antibody를 항원으로 인지하고 공격할 수 있다는 것이다. 이러한 공격은 HAMA라고 부르는데, 그것은 관절이 붓거나, 신장에 문제가 생길 수 있고, 심하면 생명에도 지장이 있을 수 있다. 그것은 또한 항체를 파괴하기도 한다.

HAMA 반응을 피하기 위하고, 면역 체계에 의해서 Monoclonal Antibody가 이르게 반응하는 것을 막기 위해서 몇 가지 방법들이 개발 되었다. 그것을 알기 위해서 항체에 대해 알아볼 필요가 있다. 항체는 항원을 인식하는 Fab 영역과 면역 체계의 세포들과 반응하는 Fc 영역을 포함하고 있다. Fc 영역은 항원을 제거하는 데 있어서 중요한 역할을 담당하고 있다. 일단 항체의 Fab 영역이 박테리아에 결합하면, Fc 영역은 미생물을 살해할 수 있는 관련 세포들을 끌어들여 면역 반응을 유도한다.

           HAMA 반응을 막는 방법 중 하나는 쥐에서 만들어진 Monoclonal Antibody의 구조 중에서 항원을 인식하는 Fab 영역을 제외한 나머지 부분을 인간의 것으로 교체하는 것이다. 현재 4가지의 Monoclonal Antibody 관련 약품이 이러한 방법을 이용하여서 시판되고 있다. 그 중 대표적인 것은 ReoPro라는 것인데 혈소판에 결합하여 응고를 막는 역할을 한다.

           다른 방법으로는 Humanization이라는 방법이다. 그것은 유전공학을 이용하여 쥐에서 만들어진 Monoclonal Antibody 중 일부 영역을 선택적으로, 그리고 가능하면 많이 인간의 단백질로 대체하는 것이다. 현재 5 종류의 약품이 이 방법을 이용하여 개발되었고, 시판되고 있다. ,

           또한 인간의 B 세포와 죽지 않는 세포를 융합하여 hybridoma를 만드는 방법이 있다. 이것은 25년 이상의 연구 끝에 개발 되었는데, 거의 성공적인 단계에 있다. 물론 아직 장기적인 안전에 대해서는 장담할 수 없지만, 효과가 탁월하고 싸다는 것이 전문가들의 의견이다.

그 외에도 쥐의 유전자를 인간의 유전자로 대체하여, 쥐가 인간의 Monoclonal Antibody를 만들어 내도록 하는 방법도 있다. 그렇게 만들어진 Monoclonal Antibody는 사람에게서 만들어진 Monoclonal Antibody와 같다.

           이러한 기술들의 개발로 많은 Monoclonal Antibody 관련 약품들이 시판되고 있다. 그리고 그것은 앞으로도 계속 될 것으로 보인다.

이러한 흐름 속에서 인간의 것과 더욱 가까운 Monoclonal Antibody를 만드는 이러한 기술들이 개발되면서 과학의 영역뿐만 아니라 상업적인 영역에서도 큰 영향을 줄 것으로 전문가들은 판단하고 있다.

Abgenix 는 interleukin-8(IL-8) 에 대항하는 a fully human antibody 에 대한 clinical test 를 수행한다. 이 IL-8 은 자연적으로 발생하는 화학물질인 cytokine 인데 , 일반적으로 immune system 에 관련된 cell 들을 activate 시킨다.

Body 가 너무 많은 IL-8 을 생산하면 , rheumatoid arthritis or psoriasis 와 같은 inflammatory autoimmune disease 가 발생할 수 있다. Medarex 는 cancer 와 autoimmune conditions 을 위한 fully human monoclonals ongoing 에 대한 다양한 임상적 trials 을 지닌다.

이것은 소위 designer antibodies 라 불리며 발전하고 있는데 , 이 항체는 toxin 을 직접적으로 diseased cell 에전달하도록 engineered 될 수도 있고 , 또는 tumor 를 공격하기 위해 specifically 하게 immune cells 을 recruit 하도록 engineered 될 수 있다.

다른 연구가들은 mice 를 사용하지 않고도 대량의 monoclonals 을 만들려는 시도를 하고 있다. Munich 내의 England and MorphoSys 내의 Cambridge Antibody Technology 에서는 phage display 라는 기술을 활용하고 있다. 이걸 이용해서 a particular antigen 에 대항하는 the most specific monoclonal 을 발견할 수도 있고 말이다. (그림 참고)

Phage display 는 bacteria 를 감염시키는 a filamentous phage 라 불리는 long, stringy virus 를 활용하는 기법이다. 연구가들은 DNA 를 human B lymphocytes 로부터 isolate 시킬 수 있다. (오직 one antigen 에 대항하는 antibodies 를 만드는 each cell). 그리고 이 DNA 를 E. coli 같은 bacteria 에 집어 넣는다.

그리고 filamentous phages 가 bacteria 를 감염시키도록 만든다. Phages 가 증식해 가면서 , 이들은 자동적으로 various B lymphocytes 의 antibody genes 에 의해 encoded 된 proteins 을 만들 것이다. 그리고 이것들을 newly forming phage particles 표면에 add 할 것이다. 과학자들은 그러고 나서 the antigen 을 사용한다.

그리고 cancer cells 상의 receptor 와 같은 곳을 targeting 하게 만든다. 이와 같은 antibody 를 많이 만들기 위해 , 연구자들은 one phage 로 다수의 bacteria 를 infect 시킬 수도 있고 ,또는 the antibody gene 을 cultured cells 로 집어 넣을 수도 있다.

[Zeroing in on the targets]

새로운 형태의 monoclonals (ex) chimeric , humanized , human) 은 an array of diseases 에 대해 보기 좋다. 이와 같은 2개의 drugs 가 만약 올해 FDA 의 승인을 받으면 , 마침내 이른바 conjugated monoclonals 이라 불리는 것을 효율적으로 사용하는 꿈이 성취되는 것이다.

이건 tumor 에게 직접적으로 radioactive chemical or toxin 을 전달하는 것으로서 새로운 형태의 암 치료법이다. Zevalin 과 Bexxar 는 둘 다 B lymphocyte 상의 CD20 이라 불리는 an antigen 을 target 한다. 이 B lymphocyte 은 non-Hodgkin’s lymphoma 로 알려진 cancer 내에서 uncontrollably 하게 자라는 cell 이다.

그리고 이 둘은 다 a hot punch 를 pack 한다. 다시 말하면 , Zevalin 은 yttrium 의 isotope (⁹⁰Y) 를 지니고 , Baxxar 는 iodine 의 radioactive form 인 (¹³¹I) 를 지닌다. Clinical trials 에서 다른 많은 monoclonals 들도 또한 다양한 질병에서 역할을 수행하는 immune cells 상의 molecules 을 target 한다. 예를 들어서 , Genentech 은 testing Xanelim 의 late stages 에 속하는데 , 이것은 CD11a 에 붙는다.

이러한 protein 들은 T lymphocytes 의 표면에 존재하는데 , 이것들이 skin 에 침투해 들어가고 , psoriasis(건선) 의 inflammation 을 일으키게 만든다. 이러한 ‘건선’ 은 미국 내 인구의 700만 명이 경험을 한다. 이러한 환자들에게 약을 먹였더니 효과가 매우 좋았다고 한다. 그 외에도 다른 회사들은 , CD18 에 대항하는 monoclonals 도 만들려고 노력하는데 , 이 CD18 은 heart attack 으로부터 야기되는 tissue damage 뿐만 아니라 , inflammation 의 기저를 이루는 T lymphocytes 상의 protein 이다.

Epidermal growth factor(EGF) receptor 라 불리는 A molecule 은 monoclonal developers 를 위한 additional tempting target 이다. Solid tumors 를 지닌 환자의 1/3 이 과도한 량의 EGF receptors 를 만든다.

그래서 이것에 대항하는 Gleevec 같은 약들은 cancer cell 이 those receptor 로부터 growth signals 을 받는 것을 간섭한다. Anti-EGF receptor monoclonals 은 traditional chemotherapies 와 combined 되어서 처방되는 게 최고일 것이다. 연구자들은 anti-EGF receptor antibody 인 cetuximab 가 chemotherapy 만으로는 효과를 제대로 보지 못한 colorectal cancer 환자에게 도움을 줌을 증명해 내기도 했다.

Other companies 는 blood vessels 에 있는 cell 표면 상의 molecules 에 반응하는 monoclonal antibodies 를 만들려는 시도도 하고 있다.

이러한 분자에는 알파V , 베타3 등이 있을 것이다. 이런 분자들은 angiogenesis 에 관여할 것이다. 이것은 new blood vessels 의 growth 를 의미한다. 이 과정은 tumor 의 development 에서 핵심적인 step 이다.

굉장히 성공한 monoclonal antibody drug 가 판매 중인데 , 그건 바로 Remicade 다. 이건 tumor necrosis factor(TNF) 를 target 한다. 그 회사의 보고서에 따르면 , Remicade 는 (Crohn’s disease 와 rheumatoid arthritis 를 위한 약임) 는 매년 3억 7000만 달러라는 막대한 수입을 개발자에게 준다고 한다. TNF 를 제거하는 치료법은 매년 20억 달러의 창출을 기대할 만 하다.

Emerging Issues

이러한 좋은 기회를 보면서 , biotechnology 와 pharmaceutical companies 는 관심이 갈지도 모른다. 그러나 전 세계적으로 오직 10 large-scale antibody plants 만 작동 중이다.

문제가 있다면, 제정적인 측면에서 고려해야 할 점이 좀 있다. : 은행들은 , 최신식 monoclonal production facility 를 위해 수 백 , 수천 달러를 빌려주기를 꺼려 한다. 왜냐하면 성공이 늘 보장되는 건 아니기 때문이다.

Hybridomas 로부터 monoclonals 을 만들 때 , gold standard 는 bioreactors라 불리는 enormous tanks 를 필요로 한다. 예상하기를 60,000-liter bioreactor plant 같은 거대한 녀석으로도 , 이론적으로 only four products 만 만들어낼 수 있다. 만약 시장에 100 개의 서로 다른 monoclonals 이 등장할 것을 예상해 본다면 , 적어도 25 개의 new facilities 가 지어져야 한다. 이렇게 하지 않으면 , 자신들의 필요를 , 그 욕구를 충족할 수 없게 될 것이다. 이러한 production plants 는 50억 달러 또는 그 이상을 필요로 한다. 그리고 짓는 데만도 3~5년이 걸리고 , FDA 에 의해 승인을 받아야 한다. 그 승인이 어떻게 귀결될 지는 아무도 모르고 말이다.

이러한 문제를 채우기 위해 몇 몇 회사들은 , transgenic animals 과 plants 로 관심을 돌리고 있다. 이러한 organisms 들은 selected antibodies 를 위한 genes 을 운반하도록 가공되어져 있다. 자신들의 우유 속에 monoclonals 을 지녀서 이것들을 분비하는 transgenic mammals 은 약 100달러 정도 하는 antibody 를 1 gram 만들어 낼 수 있다. 비용도 기존의 방식보다 1/3 이나 저렴하게 든다. 그래서 어떤 회사는 Remicade 를 transgenic goats 와 infigen 을 이용해서 얻어 보려고 함. 다른 회사에서는 cow’s milk 를 통해 얻으려고도 하고 말이다. 이런 방식은 아직 FDA 의 승인을 받은 건 아니다. 그리고 얼마나 많은 회사들이 standard bioreactors 에서 이 쪽으로 넘어 올지도 모르고 말이다.

Newman 사는 인정하기를 , transgenic animals 이 매력적인 대체기법이 되긴 하지만 , 이들은 milk proteins 으로부터 monoclonal 을 분리해 내는 tedious step 을 또한 겪어내야 함을 역설한다.

결국 이런 것이다. Purification problem 이 남긴 하지만 , 10,000-liter bioreactors 에 지출을 할 필요는 없다.

그리고 , 동물들을 genetically engineering 하고 breeding 하는 것에도 수 년이 걸린다.

그러나 상황이 어떻게 되든 Antibodies 들이 cattle , goat , corn , bioreactor 등 어떤 곳으로부터 나오던지 , monoclonal antibodies 는 21세기 medicine 관련 분야에서 주된 역할을 감당하게 될 것이다.

*모든 이미지는 구글 이미지에서 가져왔습니다*