면역학개론 | 단일클론항체의 원리와 응용

TIP

 

 

1. 단일클론항체의 원리
2. 단일클론항체의 응용

 

 

단일클론항체(monoclonal antibody)의 원리

항체는 일반적으로 외부 물질(antigen)을 생물체 내에 주입, 체액성 면역반응을 유도하여 항체(antigen)생성을 유도하고, 혈액을 채취하여 얻게 된다. 이러한 방법으로 얻은 항체는 대게 polyclonal antibody(다클론 항체)이다. 체액성 면역반응에서 항원은 여러 가지 epitope로 B cell에 노출되고 B cell를 활성 시켜 항체를 만들 수 있는 plasma cell로 분화시킨다. 생물체내에서는 여러 종류의 plasma cell이 각기 다른 여러 종류의 항체를 분비한다.

 

한 종류의 plasma cell에서 만들어짐 한 종류의 항체만을 monoclonal antibody(단일클론항체)라 한다. 다클론항체는 여러 가지 종류의 항체가 섞인 것이므로 항체를 이용한 실험을 할 때, 원하지 않는 다른 항원에도 반응을 보이는 경우(cross reactivity)가 있어 false positive data를 보이기도 한다. 그러나 항체가 한 종류로만 구성된다면 한 가지의 특이한 epitope(항원결정기)만을 인식할 것이고 따라서 매우 특이적이고 정밀한 결과를 얻을 수 있게 된다.

 

 

한 가지 항체를 만드는 한 종류의 세포클론은 한 가지의 B cell와 어떤 암세포를 융합하여 만들어 낸다. 하나의 B cell은 한 가지 항체만을 생산하므로 단일클론 항체를 생산하려면 B cell 하나를 시험관 내에서 배양하면 된다. 그러나 B cell는 정상세포이므로 암세포와는 달리 시험관 내에서 몇 번 분열한 후 스스로 사멸한다. 따라서 B cell가 시험관 내에서 영구히 분열증식을 할 수 있도록 불멸화 하는 방법을 강구하여야 한다. 그러한 방법 중의 하나가 B cell와 암세포를 융합하여 융합세포를 만드는 것이다. 이렇게 하여 만들어진 융합세포를 hybridoma라고 하는데 이것은 B cell의 항체 생산능력과 암 세포의 시험관내 불멸화 능력을 함께 가지게 된다.

 

이러한 원리를 이용한 단일클론항체의 생산 방법은 다음과 같다. 먼저 마우스를 항원으로 면역한 후 비장을 적출하여 비장세포(B림프구)를 분리한다. 그 다음 무한정 증식이 가능하지만 항체를 만들어내지 못하는 마우스의 골수종세포(myeloma tumor cell)를 앞에서 얻은 B cell와 융합시켜 hybridoma를 생성한다. 그후 hybridoma를 하나씩 별도로 분리하여 조직 배양하면, 하나의 세포에서 유래된 유전적으로 동일한 세포 집단, 즉 클론(clone)이 형성되고, 하나의 클론은 한 종류의 항체만을 생산하게 된다. 이렇게 얻어진 항체를 단일클론항체라고 한다. 즉, 단일클론항체는 B림프구와 골수 암세포가 세포 융합 처리를 거쳐 만들어진 hybridoma가 클론을 형성한 후, 이 클론에서 대량 생산되어 나온 한 종류의 항체를 말한다.

 

즉, Monoclonal antibody(단일클론항체)는 단 하나의 항원결정기에만 대응하는 항체를 말한다. 일반적으로 혈청은 혈액 중의 영양물이나 항체를 함유한 액체로서 다수의 항체를 함유한다. 어떤 질병에 대한 면역성을 가진 혈청을 인체에 주사하면 여러 가지 항체 중의 특정한 항체가 작용하는데 단일클론항체는 하나의 항원결정기에만 특이적으로 반응한다. 이러한 단일클론항체를 인위적으로 만들 수 있는데, 이것은 역으로 그 물질을 검출하거나 정제하는데 이용될 수 있다.

 

이러한 기술은 현대 의학과 유전공학 등에서 매우 중요하게 사용되고 있다. 사람이나 생쥐와 같은 척추동물의 몸속에 외부의 물질(항원)을 주입하면 면역체계에 있는 B세포가 그 물질을 인지하는 항체를 만들기 시작한다. 각각의 B세포는 한 가지 종류의 항체만 만들지만 서로 다른 B세포들은 각각 하나의 항원의 서로 다른 부분-항체가 인지하는 항원의 일부분을 ‘에피토프(epitope; 항원결정기)’라 하는데 하나의 항원에는 수많은 에피토프가 존재한다는 것을 인지하는 항체를 만들게 된다.

 

Monoclonal antibody의 반대말로 polyclonal antibody(다클론항체)가 있는데, 이 것은 서로 다른 B세포들에 의해 만들어진, 하나의 항원의 서로 다른 에피토프를 인지하는 항체들의 집합을 지칭하는 말이다. 항원이 주입된 동물의 피에 들어있는 항체들의 집합은 다클론항체라 할 수 있다. 이와 달리 단일클론항체의 경우는 하나의 항원의 하나의 에피토프만을 인지하는 동일한 항체들의 집합이다. 따라서 항체를 만드는 방법도 다클론항체를 만드는 방법과 차이가 있다.

 

단일클론항체를 만들기 위해서는 먼저, 특정한 항원이 주입된 동물의 비장(spleen)이나 림프절(lymph nodes)로부터 B세포를 분리해내어야한다. 그 다음, 무한정 증식이 가능하지만 항체를 만들어내지 못하는 골수종양세포(myeloma tumor cell)를 앞에서 얻은 B세포와 융합시켜 하이브리도마(Hybridoma)를 생성한다.

 

하이브리도마는 2가지 세포의 특징을 합한 것으로 골수종양세포의 무한한 증식성과 B세포의 항체를 만드는 특징을 가져 무한한 클론항체 증식이 가능하다. 따라서 이를 이용하면 무수한 양의 동일한 항체, 즉 단일클론항체 합성이 가능하다. 이 외에 하이브리도마를 살아있는 동물에게 주입하여 단일클론항체를 만드는 방법도 있으며 최근에는 식물을 이용하여 항체를 만들기도 한다.

 

 

단일클론항체(monoclonal antibody)의 응용

단일클론항체는 순수하게 한 종류만으로 된 항체이기 때문에 특정 병원체에 대한 식별력이 매우 높다. 그러므로 병의 진단이나 치료에 이용된다. 특정 암세포에 대한 단일 클론 항체에 암세포만을 죽이는 항암제를 부착시켜 보내면, 항암제를 암세포라는 표적에만 작용하도록 유도하는 미사일 요법을 실시하는 것도 가능해진다. 이러하듯이 단일클론항체는 여러 가지 응용이 가능하다. 대표적으로 면역검정법, 면역요법, 수동면역법이 있다.

 

면역검정법(immunoassay)은 조직이나 체액에 들어 있는 극미량의 분자들을 검출할 수 있으며, 이는 항체의 놀라운 특이성을 이용하는 것이다. 예를 들어 이 기술은 임신검사 시 배아가 분비하는 호르몬을 정량화하는 데 사용된다.

 

면역요법(immunotherapy)은 암세포의 표면에 있는 항원에 결합할 수 있는 단일클론항체를 이용한다. 항체에 방사능이나 독소를 붙여 의학적 ‘스마트 폭탄’을 만들어 낼 수 있다. 어떤 경우에는 항체가 암세포에 결합하는 것만으로도 세포면역반응을 일으킬 수 있다.

 

수동면역법(passive immunization)은 오래 지속할 수는 없지만 즉각적으로 활동할 수 있는 특정한 항체를 접종하는 것이다. 이 방법은 수시간 내의 긴급한 요법을 필요로 하는 경우에 필요하다. 이렇게 생명이 위급한 상황의 예들은 광견병에 감염되거나, 독사에 물리거나, B형 간염 바이러스에 감염된 신생아 등인데 감염의 독성이 매우 심각하기 때문에 환자의 면역계가 자체적으로 방어기능을 수행하기에는 시간이 충분하지 않다.

 

단일클론항체를 임상적으로 이용할 때 주된 문제는 항체를 만들어 낸 B세포가 사람이 아닌 마우스에서 만들어진 것이라는 점이다. 마우스의 면역글로불린 유전자들은 사람의 것과 다소 다르기 때문에 면역글로불린 단백질 또한 다르며 이 때문에 단일클론항체는 사람에게 항원이 된다. 이 문제를 해결하기 위해, 과학자들은 재조합 DNA 기술을 이용하여 사람으로부터 온 불변부위와 마우스로부터 온 변이부위를 서로 연결하여 면역글로불린 유전자를 만들어 낼 수 있다. 이렇게 인간화된 항체(humanized antibody)는 사람에게 면역반응을 일으키지 않는다.

 

 

 

[면역학개론]단일클론항체의 원리와 응용 레포트