단일클론항체

단일클론항체는 단 하나의 면역세포주에서 생산되어 하나의 항원결정기(항체가 결합하는 항원 부위, epitope)에 특이적으로 결합하는 항체이다. 일반적으로 외부 물질(항원)을 동물에 주입하면 체액성 면역반응을 유도하여 동물의 혈액 내에 그 항원에 대한 항체가 생성된다. 항체를 만드는 면역세포는 B 세포(또는 B 림프구)이다. 항원자극에 의해 활성화된 각각의 B 세포는 그 항원이 가지고 있는 여러 항원결정기 중 하나에만 결합하는 한 종류의 단일클론항체를 만든다. 일반적으로 정상 B 세포는 정해진 수명이 있기 때문에 암세포인 골수종세포를 융합하여 죽지 않고 영원히 증식할 수 있는 특성과 단일클론항체를 생산하는 특성을 함께 가지고 있는 B 세포 하이브리도마를 제조함으로써 단일클론항체를 대량으로 생산한다.

목차

1970년대에 B 세포가 암세포화된 다발성 골수종 세포들이 발견되었으며, 1975년 세자르 밀스테인(César Milstein)과 게오르게스 쾰러(Georges Köhler)가 골수종 세포와 정상 B 세포를 융합하여 특정 항원에 특이적으로 결합하는 항체를 생산하며, 영원히 증식할 수 있는 하이브리도마 세포를 최초로 만들었다. 이를 인정받아 이들은 1984년 노벨 생리의학상을 수상하였다. 

단일클론 항체를 최초 발명한 세사르 밀스타인(Cesar Milstein)의 사진. 아르헨티나 태생이며 영국 케임브리지 분자생물학연구소 연구원인 세사르 밀스타인은 동료인 게오르게스 쾰러와 함께 단일클론항체를 최초로 발명하였다. 이를 바탕으로 1984년 노벨 생리의학상을 공동수상 하였다. (출처: SPL H413 0143)

단일클론항체 생산의 핵심기술은 특정 항원에 결합하는 단일클론항체를 생산하는 정상 B 세포와 영원히 증식할 수 있는 골수종세포를 융합하여 하이브리도마 세포를 만들고, 이로부터 단일클론항체를 생산하며, 영원히 증식할 수 있는 특성을 함께 가진 하이브리도마 세포주를 선별하는 것이다. 단일클론항체를 만들고자 하는 대상의 항원을 생쥐(또는 다른 동물)에 주사하여 면역반응을 유도한 후, 비장에서 B 세포를 추출한다. 추출된 B 세포와 HGPRT (hypoxanthine-guanine-phosphoribosyl transferase) 유전자가 결손된 골수종 세포를 섞어 세포 융합을 시킨다. HGPRT는 핵산 전구물질로부터 핵산을 재생하는데 필요한 효소로, 이 효소가 없을 경우에 세포는 드노보(de novo) 합성과정(처음부터 새롭게 만드는 과정)을 통해서만 핵산을 얻을 수 있다.

융합된 세포들을 HAT선별배지(hypoxanthine, aminopterin, thymidine을 포함)에서 배양하여 정상 B 세포와 골수종 세포가 융합하여 영원히 성장할 수 있는 특성을 가진 하이브리도마 세포를 1차적으로 선별한다. 하이포젠틴(hypoxanthine)과 타이미딘(thymidine)은 핵산전구물질로, HGPRT 효소에 의해 핵산물질로 전환될 수 있으며, 아미노프테린(aminopterin)은 핵산의 드노보합성과정을 차단하는 억제제이다. 따라서 이 선별배지에서는 융합이 일어나지 않은 세포, 정상 B 세포끼리 또는 골수종 세포끼리 융합이 일어난 하이브리도마는 모두 죽고, B 세포와 골수종 세포가 융합된 하이브리도마만 살게된다. 1차 선별된 하이브리도마 세포들을 희석하여 마이크로플레이트의 한 방에 한 개의 세포가 들어가게 한 후, 세포를 배양한다. 표적항원이 고정된 마이크로플레이트에 세포배양액을 섞어 효소면역측정법(ELISA)와 같은 항원-항체 반응을 통해 표적항원에 결합하는 단일클론항체를 생산하는 하이브리도마 세포주를 최종 선별한다.

단일클론항체의 생산은 최종 선별한 하이브리도마를 인공배양배지에서 배양하여 배지에 분비된 항체를 분리하거나, 또는 하이브리도마를 생쥐의 복강에 주사하여 배양하면 복수 속에 고농도의 항체가 분비되고 이를 분리하면 일반적으로 배지에서 얻는 양보다 100~1,000배 정도 높은 농도의 항체를 얻을 수 있다.   

단일클론항체의 분자구조 (출처: SPL F011 7833)

단일클론항체가 항체의 균질성과 특이성이 높다는 장점과 생체 내에서 다른 면역체계와 연결되어 생물학적 활성(세포독성, 보체활성화 등)을 나타낼 수 있다는 점에서 진단 및 질병치료를 포함하여 폭 넓은 분야에서 활용되고 있다.

류마티스관절염 치료제 휴미라(Humira). 휴미라는 단일클론 인간항체로 여러 자가면역질환의 염증완화를 위해 사용된다. 2017년 전세계적으로 가장 많이 팔린 단일 의약품으로 18조원 이상이 팔렸다. (출처: GettyImages-128607437)

단일클론 항체의 응용. 유전작 조작을 통해 다양한 형태 및 기능의 항체를 개발하여 질병 치료 및 진단에 활용한다. (출처: DOI: 10.3390/toxins6082541)

 단일클론항체의 활용범위는 점차 넓어지고 있는 추세이다. 특히 질병진단 및 치료분야에서 효용성을 높이기 위해 단일클론항체의 모양을 다양하게 변형하는 항체공학기술이 발달하고 있다.

박중찬/한국외국어대학교

이충호/동국대학교