보도자료
IMAGINE | 인류는 암을 정복할 수 있을까? 다중항체 치료제의 미래
암은 인류의 진화 역사와 그 흐름을 같이 해왔습니다. 역사 내내 암을 겪어온 인간의 최초 기록은 고대 이집트까지 거슬러 올라가는데, 당시 외과 수술 교본 속 ‘치료법이 없다’는 기록과 함께 암은 아주 오랜 시간 동안 치료 불가능한 질병으로 여겨져 왔습니다.
과거와 달리 암 치료는 점차 발전을 거듭하며, 최근에는 더 정교하고 복합적인 암의 생물학적 특성에 대응하는 이중 항체를 비롯한 다중 항체, 항체약물접합체 등 새로운 형태의 항체 기반 의약품이 암 치료제로 주목받고 있습니다.
인류는 과연 암을 정복할 수 있을까요? 항체 공학 분야의 권위자인 이석묵 교수님께 다중 항체 치료제의 항암 기전과 그 미래를 물었습니다.
1. 세계보건기구(WHO)에 따르면 전 세계 사망자 6명 중 1명은 암으로 사망합니다.
오늘날 전 세계 환자에게 투여되는 항체 기반 의약품의 절반은 암 치료를 목적으로 사용되는데,
어떻게 암세포를 사멸시키는지 그 원리가 궁금합니다.
직접적인 방법과 간접적인 방법이 있다고 보면 되는데요. 직접적인 방법은 암세포 안에서 일어나는 중요한 활동을 방해하는 방식이에요. 예를 들어 암세포가 우리 몸에서 증식하기 위해 EGF(상피세포 성장인자)라는 신호 물질을 스스로 분비하거나 외부에서 받아들이는데, 이 신호 물질이 암세포 표면의 EGF 수용체(EGFR)에 붙어야 암세포가 자랄 수 있게 됩니다. 단일 클론 항체는 이 수용체(EGFR)에 먼저 달라붙어서 EGF가 수용체에 결합하지 못하도록 막습니다. 이렇게 해서 암세포 내 증식 신호를 차단하고, 성장을 억제하는 거죠.
▲ 항체가 암세포의 신호(EGF)를 막는 모습
또 다른 직접적인 방법은 항체가 암세포가 주변에서 산소와 영양분을 끌어오기 위해 새로운 혈관을 만들려는 움직임을 막는 거예요. 암세포는 VEGF(혈관내피세포 성장인자)라는 신호 물질을 분비해서 주변 혈관이 자신에게 달라붙도록 유도해요. 이때 단일 클론 항체가 VEGF에 결합해서 이 신호가 혈관에 도달하지 못하게 막고, 결과적으로 새로운 혈관이 만들어지는 걸 차단하죠. 이렇게 되면 암세포는 필요한 산소와 영양을 공급받지 못해 성장이 둔화하거나 멈추게 됩니다.
면역세포의 힘을 빌려 암세포를 공격하는 방법도 주목받고 있습니다. 우리 몸의 면역 체계는 암세포를 발견하면 파괴하려고 합니다. 따라서 암세포는 면역세포의 공격을 피하기 위해 ‘나를 건드리지 마!’라는 신호인 면역관문단백질(Immune Checkpoint)을 내보냅니다. 항체는 이 신호를 차단해서 우리 몸의 면역세포가 다시 암세포를 제대로 공격하게 만들죠.
▲ 항체가 면역관문단백질(PD-1, PD-L1)을 차단해 면역세포의 공격을 활성화시키는 모습
암세포를 죽이는 간접적인 방법도 있습니다. 항체가 암세포에 달라붙어서, 주변 면역세포에게 ‘이 암세포를 공격하라’고 표시해 주는 역할을 하는 거예요. 항체가 암세포에 달라붙으면 우리 몸의 면역 시스템이 그 암세포를 인식하게 됩니다. 그러면 면역 시스템을 자연살해세포(Natural Killer Cell)나 대식세포(Macrophage), 보체 시스템(Complement System)이 암세포로 몰려와서 공격을 시작하죠.
2. 다양한 작용 기전을 바탕으로, 단일 클론 항체를 기반으로 하는 뛰어난 항암제가 많은데도
아직 치료가 어려운 암이 많은 이유는 무엇일까요?
암세포는 정말 다양하고 복잡합니다. 같은 종류의 암이라도 어떤 암세포는 A라는 특징을 가지고 있고, 또 다른 암세포는 B라는 완전히 다른 특징을 갖고 있는 경우가 많습니다. 이걸 암세포의 이질성(Heterogeneity)이라고 부르거든요.
예를 들어, 어떤 단일 항체 의약품이 A세포에 잘 듣더라도 B세포에는 아예 효과가 없을 수 있습니다. 그래서 단일 항체로는 서로 다른 특성을 가진 암세포를 동시에 공격하기 어려운 거죠.
또, 암세포 주변에 면역 세포의 활동을 억제하는 방어막 같은 환경인 ‘종양 미세 환경(Tumor Microenvironment)’이 문제가 될 때도 있고, 단일 항체 의약품을 오랜 기간 동안 투여했을 때 암세포가 특정 항원의 발현을 줄이거나 모양을 바꿔 항체를 회피하거나 내성을 유발하는 경우도 있습니다. 이렇듯 단일 항체 의약품의 작용 기전만으로는 해결할 수 없는 다양한 문제들이 존재하기 때문에 병용 요법이 사용되기도 하고, 최근에는 이중 항체(Bispecific Antibodies)를 포함한 다중 항체(Multispecific Antibodies)가 연구가 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있어요.
3. 그렇다면 기존의 단일 클론 항체 의약품과 비교했을 때,
다중 항체 기반의 치료제가 지니는 장점은 무엇인가요?
앞서 말했던 암세포의 이질성 이야기로 돌아가 볼까요? 단일 항체가 기존에는 하나의 목표물만 공격했다면, 이중 항체는 목표물 A를 공격하면서, B도 동시에 공격하는 식으로 훨씬 넓은 범위의 암세포를 한 번에 타깃할 수 있습니다.
또 어떤 이중 항체는 암세포를 겨냥하면서 동시에 면역 세포를 끌어온다거나, 암세포의 면역 회피 신호를 차단하면서 동시에 암세포를 겨냥하거든요. 이중 항체가 암세포의 복잡한 생존 전략을 여러 방향에서 동시에 막아내는 거죠.
요즘은 차세대 치료제인 CAR-T 치료제에도 다중 항체 기술이 응용되고 있고, 항체약물접합체(ADC)에도 이중, 삼중 항체를 결합하려는 연구가 진행되고 있는데요. 앞으로는 더 나아가서 이런 다중 항체 기술들이 다양한 치료제 개발의 ‘플랫폼 기술’이 되지 않을까 싶어요.
4. 기존 치료제의 한계를 극복할 수 있는 다중 항체 의약품이 보편적인 치료제로 거듭나기 위해
제약사와 글로벌 CDMO에게 어떤 역량이 필요할까요?
다중 항체를 개발하고 생산하는 건 단일 클론 항체보다 훨씬 더 어렵거든요. 복잡한 만큼 세포주 설계, 발현, 정제 과정까지 모두 더 세밀한 최적화가 요구됩니다.
예를 들어 다중 항체를 만들려면 먼저 어떤 포맷인지를 결정하는 게 필요해요. 같은 종류의 항체를 붙인 동종이량(Homodimer) 방식인지, 서로 다른 항체를 붙인 이형이량(Heterodimer) 방식인지 정하고, 또 항체에 어떤 구성요소를 넣을지도 고민이 필요합니다. 어떤 포맷이 가장 안정성과 발현량이 높은지, 궁극적으로는 가장 큰 치료 효과를 보일 수 있는지 찾아낼 줄 알아야하기 때문에 다양한 포맷의 다중 항체를 다뤄본 경험, 그리고 다양한 플랫폼 기술을 갖추는 게 중요하죠.
다중 항체는 대부분 많은 요소가 결합된 복잡한 분자 구조를 갖고 있기에, 구조가 복잡할수록 의도한 구조대로 항체들을 정확하게 짝지어 결합하는 역량도 필수에요.
그렇게 해서 원하는 구조를 개발 초기부터 정제 단계까지 안전하게 확보하고, 임상 시료부터 대규모 생산까지 원스톱으로 끌고 갈 수 있어야만 더욱 빠르게 환자들에게 의약품을 전달할 수 있다고 생각합니다.
▶ 삼성바이오로직스의 차세대 이중항체 플랫폼 S-DUAL™. 비대칭 구조를 활용해 정확한 결합을 이루며 높은 생산성과 순도를 동시에 확보했다.
5. 이중 항체를 비롯해 다중 항체를 사용한 면역 항암제가 상용화된다면,
인류가 암을 정복하는 시대가 올 수 있을까요?
사실 어떠한 질병을 완벽하게 ‘정복’한다는 개념이 가능할지 모르겠지만, 다중 항체의 우수한 항암 효과나 바이러스 중화 효과는 학계에서도 다양하게 보고되고 있습니다.
또, 다중 항체 기술을 활용하면 병용 치료(여러 약물을 함께 투여하는 방식)를 하나의 치료제로 압축할 수 있어요. 실제로 면역질환 분야에서도 한 가지 신호만 차단하는 기존 치료제보다 여러 가지 염증 신호를 한 번에 잡는 다중 항체의 필요성이 커지고 있죠.
아직 많은 연구와 시간이 필요하지만, 기술이 더 발전하고, 맞춤형 진단 기술까지 정교해지면 “이 환자에겐 이 다중 항체가 딱 맞겠다” 하고 골라서 치료하는 시대도 가능해지지 않을까요?
인류가 질병을 영원히 정복하는 것이 어려울지 몰라도, 다중 항체 의약품은 분명 기존 단일 항체 의약품의 한계를 뛰어넘으며 암뿐만 아니라 다양한 난치 질환에서도 강력하고 정밀한 치료 수단이 될 것이라 기대합니다.
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*본 글은 전문가와의 인터뷰를 바탕으로 작성되었으며, 삼성바이오로직스의 공식 보도 방향과 다를 수 있습니다.
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암은 인류의 진화 역사와 그 흐름을 같이 해왔습니다. 역사 내내 암을 겪어온 인간의 최초 기록은 고대 이집트까지 거슬러 올라가는데, 당시 외과 수술 교본 속 ‘치료법이 없다’는 기록과 함께 암은 아주 오랜 시간 동안 치료 불가능한 질병으로 여겨져 왔습니다.
과거와 달리 암 치료는 점차 발전을 거듭하며, 최근에는 더 정교하고 복합적인 암의 생물학적 특성에 대응하는 이중 항체를 비롯한 다중 항체, 항체약물접합체 등 새로운 형태의 항체 기반 의약품이 암 치료제로 주목받고 있습니다.
인류는 과연 암을 정복할 수 있을까요? 항체 공학 분야의 권위자인 이석묵 교수님께 다중 항체 치료제의 항암 기전과 그 미래를 물었습니다.
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1. 세계보건기구(WHO)에 따르면 전 세계 사망자 6명 중 1명은 암으로 사망합니다. 오늘날 전 세계 환자에게 투여되는 항체 기반 의약품의 절반은 암 치료를 목적으로 사용되는데, 어떻게 암세포를 사멸시키는지 그 원리가 궁금합니다.
직접적인 방법과 간접적인 방법이 있다고 보면 되는데요. 직접적인 방법은 암세포 안에서 일어나는 중요한 활동을 방해하는 방식이에요. 예를 들어 암세포가 우리 몸에서 증식하기 위해 EGF(상피세포 성장인자)라는 신호 물질을 스스로 분비하거나 외부에서 받아들이는데, 이 신호 물질이 암세포 표면의 EGF 수용체(EGFR)에 붙어야 암세포가 자랄 수 있게 됩니다. 단일 클론 항체는 이 수용체(EGFR)에 먼저 달라붙어서 EGF가 수용체에 결합하지 못하도록 막습니다. 이렇게 해서 암세포 내 증식 신호를 차단하고, 성장을 억제하는 거죠.
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▲ 항체가 암세포의 신호(EGF)를 막는 모습
또 다른 직접적인 방법은 항체가 암세포가 주변에서 산소와 영양분을 끌어오기 위해 새로운 혈관을 만들려는 움직임을 막는 거예요. 암세포는 VEGF(혈관내피세포 성장인자)라는 신호 물질을 분비해서 주변 혈관이 자신에게 달라붙도록 유도해요. 이때 단일 클론 항체가 VEGF에 결합해서 이 신호가 혈관에 도달하지 못하게 막고, 결과적으로 새로운 혈관이 만들어지는 걸 차단하죠. 이렇게 되면 암세포는 필요한 산소와 영양을 공급받지 못해 성장이 둔화하거나 멈추게 됩니다.
면역세포의 힘을 빌려 암세포를 공격하는 방법도 주목받고 있습니다. 우리 몸의 면역 체계는 암세포를 발견하면 파괴하려고 합니다. 따라서 암세포는 면역세포의 공격을 피하기 위해 ‘나를 건드리지 마!’라는 신호인 면역관문단백질(Immune Checkpoint)을 내보냅니다. 항체는 이 신호를 차단해서 우리 몸의 면역세포가 다시 암세포를 제대로 공격하게 만들죠.
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▲ 항체가 면역관문단백질(PD-1, PD-L1)을 차단해 면역세포의 공격을 활성화시키는 모습
암세포를 죽이는 간접적인 방법도 있습니다. 항체가 암세포에 달라붙어서, 주변 면역세포에게 ‘이 암세포를 공격하라’고 표시해 주는 역할을 하는 거예요. 항체가 암세포에 달라붙으면 우리 몸의 면역 시스템이 그 암세포를 인식하게 됩니다. 그러면 면역 시스템을 자연살해세포(Natural Killer Cell)나 대식세포(Macrophage), 보체 시스템(Complement System)이 암세포로 몰려와서 공격을 시작하죠.
2. 다양한 작용 기전을 바탕으로, 단일 클론 항체를 기반으로 하는 뛰어난 항암제가 많은데도 아직 치료가 어려운 암이 많은 이유는 무엇일까요?
암세포는 정말 다양하고 복잡합니다. 같은 종류의 암이라도 어떤 암세포는 A라는 특징을 가지고 있고, 또 다른 암세포는 B라는 완전히 다른 특징을 갖고 있는 경우가 많습니다. 이걸 암세포의 이질성(Heterogeneity)이라고 부르거든요.
예를 들어, 어떤 단일 항체 의약품이 A세포에 잘 듣더라도 B세포에는 아예 효과가 없을 수 있습니다. 그래서 단일 항체로는 서로 다른 특성을 가진 암세포를 동시에 공격하기 어려운 거죠.
또, 암세포 주변에 면역 세포의 활동을 억제하는 방어막 같은 환경인 ‘종양 미세 환경(Tumor Microenvironment)’이 문제가 될 때도 있고, 단일 항체 의약품을 오랜 기간 동안 투여했을 때 암세포가 특정 항원의 발현을 줄이거나 모양을 바꿔 항체를 회피하거나 내성을 유발하는 경우도 있습니다. 이렇듯 단일 항체 의약품의 작용 기전만으로는 해결할 수 없는 다양한 문제들이 존재하기 때문에 병용 요법이 사용되기도 하고, 최근에는 이중 항체(Bispecific Antibodies)를 포함한 다중 항체(Multispecific Antibodies)가 연구가 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있어요.
3. 그렇다면 기존의 단일 클론 항체 의약품과 비교했을 때, 다중 항체 기반의 치료제가 지니는 장점은 무엇인가요?
앞서 말했던 암세포의 이질성 이야기로 돌아가 볼까요? 단일 항체가 기존에는 하나의 목표물만 공격했다면, 이중 항체는 목표물 A를 공격하면서, B도 동시에 공격하는 식으로 훨씬 넓은 범위의 암세포를 한 번에 타깃할 수 있습니다.
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또 어떤 이중 항체는 암세포를 겨냥하면서 동시에 면역 세포를 끌어온다거나, 암세포의 면역 회피 신호를 차단하면서 동시에 암세포를 겨냥하거든요. 이중 항체가 암세포의 복잡한 생존 전략을 여러 방향에서 동시에 막아내는 거죠.
요즘은 차세대 치료제인 CAR-T 치료제에도 다중 항체 기술이 응용되고 있고, 항체약물접합체(ADC)에도 이중, 삼중 항체를 결합하려는 연구가 진행되고 있는데요. 앞으로는 더 나아가서 이런 다중 항체 기술들이 다양한 치료제 개발의 ‘플랫폼 기술’이 되지 않을까 싶어요.
4. 기존 치료제의 한계를 극복할 수 있는 다중 항체 의약품이 보편적인 치료제로 거듭나기 위해 제약사와 글로벌 CDMO에게 어떤 역량이 필요할까요?
다중 항체를 개발하고 생산하는 건 단일 클론 항체보다 훨씬 더 어렵거든요. 복잡한 만큼 세포주 설계, 발현, 정제 과정까지 모두 더 세밀한 최적화가 요구됩니다.
예를 들어 다중 항체를 만들려면 먼저 어떤 포맷인지를 결정하는 게 필요해요. 같은 종류의 항체를 붙인 동종이량(Homodimer) 방식인지, 서로 다른 항체를 붙인 이형이량(Heterodimer) 방식인지 정하고, 또 항체에 어떤 구성요소를 넣을지도 고민이 필요합니다. 어떤 포맷이 가장 안정성과 발현량이 높은지, 궁극적으로는 가장 큰 치료 효과를 보일 수 있는지 찾아낼 줄 알아야하기 때문에 다양한 포맷의 다중 항체를 다뤄본 경험, 그리고 다양한 플랫폼 기술을 갖추는 게 중요하죠.
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다중 항체는 대부분 많은 요소가 결합된 복잡한 분자 구조를 갖고 있기에, 구조가 복잡할수록 의도한 구조대로 항체들을 정확하게 짝지어 결합하는 역량도 필수에요.
그렇게 해서 원하는 구조를 개발 초기부터 정제 단계까지 안전하게 확보하고, 임상 시료부터 대규모 생산까지 원스톱으로 끌고 갈 수 있어야만 더욱 빠르게 환자들에게 의약품을 전달할 수 있다고 생각합니다.
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사실 어떠한 질병을 완벽하게 ‘정복’한다는 개념이 가능할지 모르겠지만, 다중 항체의 우수한 항암 효과나 바이러스 중화 효과는 학계에서도 다양하게 보고되고 있습니다.
또, 다중 항체 기술을 활용하면 병용 치료(여러 약물을 함께 투여하는 방식)를 하나의 치료제로 압축할 수 있어요. 실제로 면역질환 분야에서도 한 가지 신호만 차단하는 기존 치료제보다 여러 가지 염증 신호를 한 번에 잡는 다중 항체의 필요성이 커지고 있죠.
아직 많은 연구와 시간이 필요하지만, 기술이 더 발전하고, 맞춤형 진단 기술까지 정교해지면 “이 환자에겐 이 다중 항체가 딱 맞겠다” 하고 골라서 치료하는 시대도 가능해지지 않을까요?
인류가 질병을 영원히 정복하는 것이 어려울지 몰라도, 다중 항체 의약품은 분명 기존 단일 항체 의약품의 한계를 뛰어넘으며 암뿐만 아니라 다양한 난치 질환에서도 강력하고 정밀한 치료 수단이 될 것이라 기대합니다.
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