항체 공학이란 무엇인가요?

항체 엔지니어링을 통해 항체의 분자 크기, 약물 동태, 면역원성, 결합 친화도, 특이성 및 효과기능을 조절할 수 있게 되었습니다. 합성된 항체의 특이적 결합 특성은 임상 진단 및 치료에 매우 유용하게 활용될 수 있습니다. 항체 엔지니어링을 통해 신약 및 진단법의 초기 개발 단계에서 필요한 조건을 충족할 수 있습니다.

항체 공학의 목적은 자연 항체가 달성할 수 없는 고도로 특이적이고 안정적인 기능을 설계 및 생산하여 치료용 항체 생산의 기반을 마련하는 것입니다.

알파 라이프텍은 항체 엔지니어링 분야에서 풍부한 프로젝트 경험을 바탕으로 다양한 종에 대한 맞춤형 단일클론 및 다중클론 항체 서비스는 물론, 파지 디스플레이 항체 라이브러리 구축 및 스크리닝 서비스를 제공합니다. 알파 라이프텍은 고객에게 고품질 바이오시밀러 항체 및 재조합 단백질 제품과 관련 서비스를 제공하여 효율적이고 특이성이 높으며 안정적인 항체를 생산할 수 있도록 지원합니다. 포괄적인 항체, 단백질 플랫폼 및 파지 디스플레이 시스템을 활용하여 항체 인간화, 항체 정제, 항체 염기서열 분석 및 항체 검증을 포함한 항체 생산의 전 과정에 걸친 기술 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 기술 및 중합효소 연쇄 반응

--단백질 발현: 재조합 단백질은 효모, 막대형 바이러스, 식물과 같은 발현 시스템을 통해 생산됩니다.

--컴퓨터 지원 구조 설계

1세대 항체는 키메라 항체 생산을 위해 인간화되었는데, 이는 마우스 단클론 항체의 가변 영역을 인간 IgG 분자의 불변 영역에 연결하는 방식입니다. 2세대 마우스 단클론 항체의 항원 결합 부위(CDR)는 인간 IgG에 이식되었습니다. CDR 영역을 제외한 모든 항체는 거의 인간 항체이며, 마우스 클론 항체를 인간 치료에 사용할 때 인간 항마우스 항체(HAMA) 반응을 유발하지 않도록 노력했습니다.

 

파지 디스플레이 라이브러리를 구축하기 위한 첫 번째 단계는 항체를 코딩하는 유전자를 얻는 것입니다. 이 유전자는 면역된 동물의 B 세포에서 분리하거나(면역 라이브러리 구축), 면역되지 않은 동물에서 직접 추출하거나(천연 라이브러리 구축), 항체 유전자 단편을 이용하여 시험관 내에서 조립할 수도 있습니다(합성 라이브러리 구축). 그런 다음, 유전자를 PCR로 증폭하고 플라스미드에 삽입한 후 적절한 숙주 시스템(효모 발현(일반적으로 Pichia pastoris), 원핵생물 발현(일반적으로 E. coli), 포유류 세포 발현, 식물 세포 발현, 그리고 막대형 바이러스에 감염된 곤충 세포 발현)에서 발현시킵니다. 가장 일반적인 것은 E. coli 발현 시스템으로, 특정 항체 코딩 서열을 파지에 통합하고 파지 껍질 단백질(pIII 또는 pVIII) 중 하나를 코딩하는 유전자 융합체를 박테리오파지 표면에 발현시킵니다. 이 기술의 핵심은 파지 디스플레이 라이브러리를 구축하는 것으로, 천연 라이브러리에 비해 특정 항체에 대한 결합이 가능하다는 장점이 있습니다. 이후, 항원 특이성을 갖는 항체를 생물학적 선별 과정을 통해 선별한다. 표적 항원을 고정하고, 결합되지 않은 파지를 반복적으로 세척하여 제거하고, 결합된 파지를 세척하여 추가 농축을 진행한다. 이러한 과정을 3회 이상 반복하면 높은 특이성과 높은 친화성을 갖는 항체를 분리할 수 있다.

그림 3: 항체 라이브러리 구축 및 스크리닝

재조합 DNA 기술을 이용하여 항체 단편을 생성할 수 있다. Fab 항체는 초기에는 위산분해효소에 의해 가수분해되어 (Fab')2 단편을 생성하고, 이 단편들을 파파인으로 분해하여 개별 Fab 단편을 얻는다. Fv 단편은 VH와 VL로 구성되는데, 이들은 이황화 결합이 없어 안정성이 떨어진다. 따라서 VH와 VL은 15~20개의 아미노산으로 이루어진 짧은 펩타이드로 연결되어 분자량이 약 25kDa인 단일 사슬 가변 단편(scFv) 항체를 형성한다.

낙타과(낙타, 리아마, 알파카)의 항체 구조 연구를 통해 항체가 경쇄 없이 중쇄만으로 구성되어 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 따라서 이러한 항체를 중쇄 항체(hcAb)라고 합니다. 중쇄 항체의 가변 영역은 단일 도메인 항체, 나노 항체 또는 VHH 항체라고 하며, 크기는 12~15 kDa입니다. 단량체 형태로 존재하는 이들은 이황화 결합이 없어 매우 안정적이며, 항원에 대한 친화력이 매우 높습니다.

그림 5: 중쇄 항체 및 VHH/나노항체

무세포 발현법은 천연 또는 합성 DNA의 발현을 이용하여 시험관 내에서 단백질을 합성하는 방법으로, 일반적으로 대장균 발현 시스템을 이용합니다. 이 방법은 단백질을 신속하게 생산할 수 있으며, 생체 내에서 대량의 재조합 단백질을 생산할 때 발생하는 세포에 대한 대사적 부담과 세포독성을 피할 수 있습니다. 또한, 번역 후 변형이 어려운 단백질이나 막 단백질 합성과 같이 합성이 어려운 단백질도 생산할 수 있습니다.