서강대학교 생명과학과 김성룡 교수 연구팀,

식물 유래 ‘항체의약품’으로 유방암 치료제 ‘허셉틴’보다 우수한 효과

- 바이오텍 분야 최고 권위지인 ‘플랜트 바이오테크놀로지 저널(IF. 13.8)’ 게재 - 

항체의약품은 매년 전 세계 블록버스터 의약품 상위 10개 중 7~8개를 차지할 정도로 인류의 행복과 건강에 매우 중요한 의약품인데 이 중 Her2를 표적으로 하는 허셉틴 (Herceptin, Trastuzumab)이 10조원 가까이 판매되고 있다. 이러한 항체의약품은 높은 생장 효율과 항체 생산성으로 인해 CHO 등의 동물 세포가 널리 사용되고 있으나, 인수 공통전염 바이러스 등에 취약하고 동물유래 성분 배지 사용 등 고가의 배양 및 정제 공정을 통하여 생산하고 있어 매우 높은 약가로 판매되고 있다.

항체의약품은 단순한 재조합 단백질이 아닌 항체에 붙어있는 당질에 의한 종 특이적 면역반응이 매우 중요하여, 식물에서의 항체의약품 개발은 한계가 있었는데 본 연구로 당질공학을 이용하여 항체의약품 생산용 환경친화적이고 지속 가능한 식물기반 플랫폼을 개발하고, 이를 이용하여 생산약가를 대폭 낮출 수 있는 식물기반 HER2 표적 항체 생산용 세포를 개발하고자 하였다.

서강대학교(총장 심종혁) 생명과학과 김성룡 교수 연구팀이 식물 세포주(細胞株·생체 밖에서 배양을 계속할 수 있는 세포 집합체)인 ‘PhytoRice®’를 이용해 항체의약품 ‘허셉틴(성분명 트라스투주맙·TMab)’과 유사한 ‘P_TMab(허그린)’을 생산했다. PhytoRice®는 ㈜피토맵(대표 김성룡교수)이 유전자 편집 기술의 일종인 Crispr-Cas9을 적용한 벼 세포주며 여기에 TMab 항체 유전자를 도입하는데 성공하였을 뿐만 아니라, 합성된 P-TMab을 배양 배지로 배출시켜 정제를 간편화했다.

 
  ▲ PhytoRice에서 생산된P-TMab의 당질구조분석

이어 김성룡 교수는 윤혜원 서울대병원 핵의학과 교수, 줄리앙 마 영국 런던대 치과대 교수등과 P_TMab(허그린)과 TMab(허셉틴)의 효능을 비교 분석했다. 트라스투주맙(TMab)은 HER2 양성(+) 유방암 등의 암세포 표면에 있는 HER2에 결합해 암세포를 죽이는 메커니즘을 갖고 있다. 연구팀은 우선 P_TMab과 TMab을 질량 분석법 등을 통해 서열과 구조가 동일하다는 사실을 확인했다. 이어 P_TMab과 TMab이 암세포 수용체인 HER2와 얼마나 잘 결합하는지와 암세포 사멸을 분석한 결과, P-TMab이 TMab과 동일한 메커니즘으로 암세포 증식을 억제한다는 사실을 확인했다. HER2 결합 정도에서는 1μg/mL 이상 농도 조건에서 P_TMab이 TMab보다 20%

정도 더 높았다. 항체 의존 세포 독성(antibody-dependent cellular cytotoxicity·ADCC)을 통해 암세포를 죽이는 효과에서는 P-TMab(EC50 값 17 ng/mL)이 TMab(45ng/mL)보다 2.7배가량 높았다.

 ▲ P-TMab의 향상된 효능. (A) BT-474 cell을 이용한 CCK assay. (B) in vitro ADCC assay (C) 마우스모델에서 항체의 Biodistribution 분석.

 김성룡 교수는 “본 연구에서의 경험을 바탕으로 다양한 생명현상을 이용한 융·복합적 연구개발을 위한 성공적 모델로 삼고자 하며 PhytoRice에서 생산된 트라스투주맙을 이용하여 식물 세포주에서 생산된 항체의 효능을 확인함으로써 ‘식물의 CHO 세포’인 ‘PhytoRice’ 개발에 참여한 것에 대한 자긍심을 갖고, PhytoRice 세포주를 전 세계 연구자들에게 제공하여 항체 개발에 이바지하고자 한다”라고 전하며 “한편 P-TMab을 ADC로 확장하여 차세대 표적 신약으로의 가능성을 탐색하고, GMP 생산 및 전임상/임상 시험을 위한 국가연구과제지원 및 투자유치를 진행하고자 한다”라고 밝혔다. 

▲ 서강대학교 생명과학과 김성룡 교수 

한편, 연구 결과는 바이오텍 분야 최고 권위지인 ‘플랜트 바이오테크놀로지 저널(IF. 13.8)’ 7월 호에 실렸다.

▶논문 제목: Enhanced efficacy of glycoengineered rice cell‐produced trastuzumab. Plant Biotechnol J. 2024 Jul 17. doi: 10.1111/pbi.14429. PMID: 39016470