[제약/바이오] 이중특이항체 (Bispecific antibody) - 1

이중특이항체 (Bispecific antibody)의 유형

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2개의 상이한 중쇄 및 경쇄로 구성되며 Fc 영역의 존재에 따라 IgG 유사 분자(Fc 단편 포함)와 단편 기반 분자(Fc 단편 없음)의 두 가지 주요 종류로 분류할 수 있다. 상대적으로 분자량이 큰 IgG 유사 이중특이항체는 용해도 및 안정성을 향상하며 혈청 반감기와 친화력을 증가해 생물학적 활성을 향상한다. 단편 기반 이중특이항체는 Fc 단편이 없기 때문에 항원 결합을 통해서만 치료효과가 있으며 생산하기 쉽고 면역원성이 낮다.

IgG 유사 이중특이항체 종류

1) Quadroma

Quadroma 기술은 원하는 특이성을 지닌 단일클론 항체를 생산하는 두 개의 다른 하이브리도마 세포의 융합을 기반으로 한다. 두 개의 다른 Ab의 중쇄 및 경쇄가 결합되어 Fc에 의해 매개되는 효과기 기능을 유지하는 기존의 IgG 유사구조를 갖는 이중특이항체가 형성된다. Quadroma 기술의 가장 큰 단점은 무작위로 조립되는 두 개의 다른 중쇄 및 경쇄를 발현하기
때문에 비기능성 항체도 생성된다는 것이다. 그러나 마우스 또는 래트 쿼드로마와 같이 서로 다른 종의 2개의 하이브리도마를 융합하여 잘못 짝지어진 부산물을 크게 줄일 수 있다. 이렇게 생성된 Catumaxomab(anti-EpCAM x anti-CD3)은 상피세포 접착분자 양성 종양환우의 악성복수치료에 대해 2009년 유럽에서 최초로 승인된 이중특이항체이다.

2) CrossMab

CrossMab 기술은 이중특이성 이종이량체 IgG 항체에서 정확한 경쇄 결합을 시행하는 방법으로 설명되었으며 이중(1+1), 삼가(2+1) 및 사가(2+2) 특이성을 포함한 다양한 이중특이성 항체를 생성할 수 있는 다재다능한 항체 공학 기술 중 하나이다. 이 포맷은 일반적은 경쇄의 구분, 번역 후 처리 등의 과정이 필요 없이 도메인 교차를 사용하여 기존의 항체 쌍으로부터 파생될 수 있다. CrossMab의 한 예로 Ang-2와 VEGF CrossMab인 Faricimab은 황반변성과 당뇨병성 황반부종의 치료제로 '22년 FDA승인을 받았다.

3) Knobs-into-Holes

Fc 단편을 갖는 이중특이항체는 바람직하지 않은 동종이량체의 형성 및 잘못된 분자를 포함한 기타 오염물질의 생성 등 몇 가지 문제점을 갖는다. Knobs-into-Holes기술은 한 항체의 CH3 도메인에 있는 작은 아미노산을 큰 아미노산으로 대체하고 다른 CH3 도메인은 작은 아미노 산을 대체함으로써 구멍을 생성한다. 그러나, 변이 된 CH3 도메인은 중쇄의 이량화를 촉진할 수 있으며 경쇄의 잘못된 페어링 또한 문제이다.

4) 이원 가변 도메인(Dual-variable domains)

두 개 단일항체의 가변 도메인은 이중특이항체를 생성하기 위해 서로 융합된다. 이원 가변 도메인 항체는 모항체의 중쇄 및 경쇄에 2개의 가변 도메인을 배치함으로써 2개의 모항체로부터 생성되는 이중특이항체의 한 유형이다. 이 기술은 서로 다른 중쇄 및 경쇄의 잘못된 페어링을 예방하고 제품의 균일성, 수율 및 안전성을 향상할 수 있다. 단편기반 이중특이항체는 일반적으로 BiTE, DART, Diabody 등을 포함하며 두 항체의 가변 경쇄 도메인 및 중쇄 도메인으로 구성되거나 두 항체의 Fab 단위를 기반으로 하여 사슬 연관된 문제를 우회한다. IgG 유사 이중특이항체와 비교하여 높은 종양 특이성과 작은 크기로 인해 조직 침투력이 향상된다.

단편기반 이중특이항체 종류

1) BiTE(Bispecific T cell Engagers)

CD3 및 종양 특이적 항원을 동시에 표적화하고 T 세포의 세포독성을 촉진하도록 설계된 이중특이항체이다. 유연한 링커로 연결된 두 항체의 가변 경쇄와 가변 중쇄를 포함한 형식이며 CD3/CD19 BiTE인 Blinatumomab은 급성 림프구성 백혈병에 대해 '14년 12월 FDA 승인을 받았으며 그 이후 빠르게 개발되었다. BiTE는 높은 항종양 활성, 더 적은 투여량 및 더 낮은 생산비용으로 다른 기존 이중특이항체보다 훨씬 우수한 것으로 보고되기도 했다.

2) Diabody

두 개의 서로 다른 항체의 가변 도메인은 두 개의 링커로 연결된다. 첫 번째 항체의 중쇄는 두 번째 항체의 경쇄에 연결되고 첫 번째 항체의 경쇄는 두 번째 항체의 중쇄에 연결되는 구조이다. 두 개의 링커는 Diabody의 안정성을 증가시키나, 항원 결합 부위의 이동성을 제한하여 항원 인식을 제한하기 때문에 한계점이 될 수 있다.

3) Tandem Diabody

두 쌍의 중쇄 및 경쇄 도메인이 단일 폴리펩타이드 사슬로 연결되면 4가의 Tandem 항체가 형성된다. 이 유형은 주로 NK세포와 대식세포를 종양조직으로 모이게 하는 데 사용되며 scFv 단편 및 Diabody보다 높은 안정성과 혈액에서 머무는 시간이 더 길다.

4) DART(Dual-Affinity Re-Targeting proteins)

BiTE의 단점을 극복하기 위해 설계되었으며 다른 단편기반 이중특이항체로서 scFv 두 개가 이황결합으로 연결된 diabody이다. DART 분자의 V 영역 사이에는 중간 링커 서열이 없고, 이황화 다리를 형성하는 각 사슬의 C-말단에 2개의 시스테인 잔기가 있다. 두 개의 폴리펩타이드 체인 구조를 숙주세포에서 공동발현 시켜서 만들며 불필요한 동형이합체를 없애기 위해 각 C말단에 이형이합체, 형성을 유도하는 염기서열을 넣어 고순도의 이형이합체를 얻는다.

5) DNL(Dock and Lock)

cAMP-의존성 단백질 키나제 A(PKA) 및 A-키나제 고정 단백질(AKAP) 사이의 자연적 결합에 관여하는 한 쌍의 별개의 단백질 도메인을 사용하며 단백질 각각은 다른 Fab 단편에 부위 특이적으로 연결된 2개의 동일한 Fab 단편으로 구성된다.

 

[참고 문헌]

1. Bio Economy Report September 2022. (바이오베터 기술개발 동향_이중특이항체 중심으로)