항체 공학이란 무엇인가?

항체 공학의 도움으로 항체의 분자 크기, 약동학, 면역원성, 결합 친화도, 특이성, 그리고 이펙터 기능을 조절할 수 있었습니다. 항체 합성 후 항체의 특이적 결합은 임상 진단 및 치료에 매우 중요한 역할을 합니다. 항체 공학을 통해 약물 및 진단 기술의 초기 개발 요구를 충족할 수 있습니다.

항체 공학의 목적은 천연 항체가 달성할 수 없는 매우 특이적이고 안정적인 기능을 설계하고 생산하여 치료용 항체 생산의 기반을 마련하는 것입니다.

항체 엔지니어링 분야에서 풍부한 프로젝트 경험을 보유한 알파 라이프텍은 다양한 종에 대한 맞춤형 단일클론 및 다클론 항체 서비스와 파지 디스플레이 항체 라이브러리 구축 및 스크리닝 서비스를 제공합니다. 알파 라이프텍은 고객에게 고품질 바이오시밀러 항체 및 재조합 단백질 제품과 더불어 효율적이고 특이성이 높으며 안정적인 항체 생산을 위한 관련 서비스를 제공합니다. 포괄적인 항체, 단백질 플랫폼 및 파지 디스플레이 시스템을 활용하여 항체 인간화, 항체 정제, 항체 시퀀싱, 항체 검증 등의 기술 서비스를 포함하여 항체 생산의 상류 및 하류 전 과정을 아우르는 서비스를 제공합니다.

항체 공학의 개척 단계는 두 가지 기술과 관련이 있습니다.

--재조합 DNA 기술

--하이브리도마 기술

항체 공학의 급속한 발전은 세 가지 중요한 기술과 관련이 있습니다.

--유전자 복제 기술과 중합효소 연쇄 반응

--단백질 발현: 재조합 단백질은 효모, 막대 모양 바이러스, 식물과 같은 발현 시스템에 의해 생성됩니다.

--컴퓨터 지원 구조 설계

1세대 항체는 키메라 항체 생산을 위해 인간화되었으며, 마우스 단일클론 항체의 가변 영역을 인간 IgG 분자의 불변 영역에 연결했습니다. 2세대 마우스 단일클론 항체의 항원 결합 영역(CDR)을 인간 IgG에 이식했습니다. CDR 영역을 제외한 나머지 항체는 거의 인간 항체였으며, 마우스 클론 항체를 인간 치료에 사용할 때 인간 항마우스 항체(HAMA) 반응을 유발하지 않도록 노력했습니다.

 

파지 디스플레이 라이브러리를 구축하기 위한 첫 번째 단계는 항체를 암호화하는 유전자를 얻는 것입니다. 이 유전자는 면역된 동물의 B 세포에서 분리하거나(면역 라이브러리 구축), 면역되지 않은 동물에서 직접 추출하거나(자연 라이브러리 구축), 항체 유전자 단편과 함께 시험관 내에서 조립할 수 있습니다(합성 라이브러리 구축). 그런 다음, 유전자를 PCR로 증폭하고 플라스미드에 삽입한 후, 적합한 숙주 시스템(효모 발현(일반적으로 Pichia pastoris), 원핵생물 발현(일반적으로 대장균), 포유류 세포 발현, 식물 세포 발현, 막대 모양 바이러스에 감염된 곤충 세포 발현)에서 발현시킵니다. 가장 일반적인 것은 대장균 발현 시스템으로, 특정 암호화 항체 서열을 파지에 통합하고 파지 껍질 단백질(pIII 또는 pVIII) 중 하나를 암호화합니다. 유전자 융합을 통해, 박테리오파지의 표면에 발현됩니다. 이 기술의 핵심은 파지 디스플레이 라이브러리를 구축하는 것으로, 자연 라이브러리보다 특이적 결합이 가능하다는 장점을 가지고 있습니다. 이후, 생물학적 선별 과정을 통해 항원 특이성을 가진 항체를 선별하고, 표적 항원을 고정하며, 결합되지 않은 파지를 반복적으로 세척하고, 결합된 파지를 추가 농축을 위해 세척합니다. 3회 이상의 반복 과정을 거쳐 높은 특이성과 친화도를 가진 항체를 분리합니다.

그림 3: 항체 라이브러리 구축 및 스크리닝

재조합 DNA 기술을 이용하여 항체 단편을 생성할 수 있습니다. Fab 항체는 처음에는 위 프로테아제에 의해서만 가수분해되어 (Fab')2 단편을 생성하고, 이 단편은 파파인에 의해 분해되어 개별 Fab 단편을 생성합니다. Fv 단편은 VH와 VL로 구성되는데, 이 둘은 이황화 결합이 없어 안정성이 낮습니다. 따라서 VH와 VL은 15~20개 아미노산으로 구성된 짧은 펩타이드를 통해 연결되어 분자량이 약 25KDa인 단일 사슬 가변 단편(scFv) 항체를 형성합니다.

낙타과(낙타, 리오마, 알파카)의 항체 구조 연구를 통해 항체는 중쇄만 있고 경쇄는 없다는 것이 밝혀졌으며, 이러한 항체를 중쇄 항체(hcAb)라고 합니다. 중쇄 항체의 가변 도메인은 단일 도메인 항체 또는 나노바디(VHH)라고 하며, 크기는 12~15 kDa입니다. 단량체로서 이황화 결합이 없으며 매우 안정적이며 항원에 대한 친화도가 매우 높습니다.

그림 5: 중쇄 항체 및 VHH/나노바디

무세포 발현은 천연 또는 합성 DNA를 발현시켜 시험관 내 단백질 합성을 달성하는 기술로, 일반적으로 대장균 발현 시스템을 사용합니다. 이 기술은 단백질을 빠르게 생산하고, 생체 내에서 재조합 단백질을 대량 생산할 때 세포에 대한 대사 및 세포독성 부담을 줄입니다. 또한, 번역 후 변형이 어렵거나 막 단백질을 합성하기 어려운 단백질 등 합성이 어려운 단백질도 생산할 수 있습니다.