바이오의약품과 '항체'
바이오의약품이 무엇일까?
바이오의약품
생물체를 이용하거나 생물공학 기술을 이용해 만드는 의약품을 총칭하는 말로, 생물유래물질을 이용하므로 고유의 독성이 낮으며 난치성 또는 만성질환에 뛰어난 효과를 가진다.
- 1세대 바이오의약품: 박테리아, 효모 등에서 유래한 인슐린, 성장호르몬, 백신 등
- 2세대 바이오의약품: 동물세포를 이용한 항체, 단백질 등의 의약품
- 3세대 바이오의약품: 줄기세포, 세포치료제 등을 이용한 맞춤형 의약품. (세포·유전자 치료제 등)
바이오의약품의 예는 아래와 같다.
1. 생물학적 제제 : 생물체에서 유래된 물질이나 생물체를 이용하여 생성시킨 물질을 함유한 의약품(백신, 항독소 등)
2. 유전자재조합 의약품 : 유전자조작기술을 이용하여 제조되는 펩타이드 또는 단백질을 성분으로 하는 의약품
3. 세포배양 의약품 : 세포배양기술을 이용하여 제조되는 펩타이드 또는 단백질을 성분으로 하는 의약품
4. 세포치료제 : 자가 · 동종 · 이종 세포를 배양 · 증식하거나 선별하는 등의 방법으로 조작하여 제조하는 의약품
5. 유전자치료제 : 질병치료를 위해 인체에 투입되는 유전물질을 포함하는 의약품
참조: [네이버 지식백과] 바이오의약품 (시사상식사전, pmg 지식엔진연구소)
아래는 식품의약품안전처에서 제공한 바이오의약품의 분류와 각 정의이다.
바이오의약품은 동등성을 완벽하게 확보하기 어렵기 때문에 '바이오시밀러', '바이오베터'와 같이 비교동등성을 갖추거나 더 개선된 의약품으로 분류하고 있다.
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위 기사 내용에 따르면 3세대 바이오의약품이 새롭게 주목 받고는 있으나, 셀트리온, 삼성바이오로직스, SK바이오사이언스 등 유명한 바이오제약회사들의 매출을 올려주는 것은 1, 2세대 바이오의약품이긴 하다. 그리고 이제는 더 나아가 융복합제제 등과 같은 차세대 바이오의약품으로 넓어지고 있다.
바이오의약품은 기존의 케미컬의약품과 비교하였을 때, 매출액 면에서 큰 비중을 차지하며 시장은 계속 성장하고 있다. 아래 표 이미지에서 볼 수 있지만, 코미나티, 휴미라, 스파이크박스 등 글로벌 10대 의약품 매출액을 살펴보면 상위권은 바이오의약품이 차지하고 있으며 10위 중 7개가 바이오의약품이다. 이런 주요 바이오의약품의 특허 만료 시기에 맞추어 바이오시밀러 제품의 개발에 불이 붙고 있다.
이제 본격적으로 항체(Antibody, Ab)에 대해 알아보자.
항체는 면역계 내에서 항원의 자극에 의하여 만들어지는 당단백질 분자로써 주로 혈액 내 특정한 항원과 특이적으로 결합하여 항원-항체 반응을 일으킨다. 다른 용어로는 면역글로불린(immunoglobulin; Ig) 이라고도 하며 B 림프구로부터 생산되어 박테리아와 바이러스 등의 병원성 미생물을 침전이나 응집반응으로 제거하는 기능을 수행한다. 이외에도 항체는 면역계의 다른 요소들과 상호 작용을 통하여 다양한 면역기능을 유도하기도 한다.
여기서 항원(antigen)이란 면역반응을 일으키는 물질로써, 유기체, 분자, 또는 어떤 분자의 일부분이다. 이 물질들은 구조적으로 단순하거나 복잡할 수 있고, 그 기원이 단백질, 탄수화물, 또는 합성화합물일 수도 있다. 항원은 항체와 결합할 수 있는 물질들을 의미하였으나, 현재는 T 세포의 인식 대상이 되는 것도 포함된다. 항체의 생산을 유도할 수 있고, 항체와 반응성을 가지는 물질을 완전 항원(complete antigen) 또는 면역원(immunogen)이라 부르며, 항체의 생산을 유도하지 못하나 항체와의 결합을 할 수 있는 물질을 불완전 항원(incomplete antigen) 또는 합텐(hapten)이라 부른다. 따라서 면역원은 항원이 될 수 있으나, 모든 항원이 면역원으로 작용할 수는 없다.
항원에 대해 쉬운 예시를 들면, 세균(Bacteria), 곰팡이(Fungus), 기생생물(Parasite), 바이러스(Viral particles), 기타 외부물질 등이 있다. 병원체(Pathogen)는 질병을 일으키는 항원이다.
항체의 주요기능은 다음과 같이 요약될 수 있다.
- 중화작용 : 항체가 박테리아나 바이러스 표면의 단백질에 결합하여 이들이 타겟에 결합하는 것을 방해함으로써 감염을 억제하는 기능
- 응집작용 : 항체가 세포들을 서로 응집시켜 덩어리를 만들어 대식세포의 포식에 용이한 타켓을 형성하도록 하는 기능
- 침전작용 : 항체가 혈청에 용해되어 있는 항원을 응집시켜 용액으로부터 침출, 덩어리를 형성하게 하여 대식세포의 포식작용이 용이하게 하는 기능
- 보체 활성화 : 외래 세포에 결합한 항체가 보체를 끌어들여 보체를 활성화 시켜 세포를 용해시키거나 염증 유발인자를 생성하여 염증 세포를 유인하여 염증을 촉진하는 기능
즉, 분비된 항체는 항원과 결합하여 항원의 작용을 방해하거나, 항원제거를 유도한다.
이러한 항체는 현재 연구용, 진단용(e.g. covid 진단 키트), 치료용으로 사용되고 있다.
조금 어려운 개념으로 느껴지긴 하지만, 항체의 구조에 대해서도 살펴보자.
항체 분자는 아미노산과 당 사슬이 결합된 당단백질 구조로 2개의 가벼운 단백질 사슬(가벼운 사슬: light-chain)과 2개의 무거운 단백질 사슬(무거운 사슬: heavy-chain)이 이황화결합을 통하여 결합된 전형적인 Y자형의 단백질로 되어 있다.
항체 분자에는 여러 개의 도메인이 존재하며, 무거운 사슬과 가벼운 사슬의 N-말단은 각 항체마다 아미노산 구성이 다른 가변부로 이루어져 있고 그 이외의 부분은 각 항체 종류에 따라 아미노산 구성이 일정한 불변 부위로 되어 있다. 항체의 무거운 사슬과 가벼운 사슬에 있는 변이 부위가 서로 어우러져 항원에 결합할 수 있는 구조를 형성하며, 이때 항원에 결합하는 각 사슬의 부위를 상보적 결정 부위(CDRs, complementarity-determining regions)라 부른다.
항체의 무거운 사슬에 있는 불변 부위는 몇 가지 유형의 다른 형태로 존재하게 되는데, 이들의 형태에 따라 항체를 다섯 가지의 동종형(isotype)으로 분류할 수 있으며, 각각의 동종형의 종류에는 IgG, IgA, IgD, IgM, IgE 등이 있다. 혈액 내에는 B 림프구에서 유도된 서로 다른 많은 종류의 항체가 존재하게 되고, 각각의 B림프구 클론으로부터 만들어진 개별 항체는 항원의 종류에 따라 그 구조와 특이성이 서로 다르다.
구조 외에도 더 많은 내용을 살펴보고 싶었는데 심화된 내용은 아직 이해하기 어려운 내용이 많다. 차근차근 공부하면서 언젠가 더 심화된 내용을 정리해보도록 해야겠다.