항체 결합 (antibody binding)이라는 메카니즘은 인체의 면역 체계는 항원과 항체 간의 복잡한 상호작용을 통해 우리 몸을 외부 침입자로부터 보호합니다. 항체가 어떻게, 얼마나 강하게, 얼마나 오래 표적에 결합하는지에 따라 면역 반응의 효과가 결정됩니다. 이러한 항체-세포 결합 과정을 정확히 이해하는 것은 현대 면역학 연구와 신약 개발의 핵심 과제입니다. 이 글을 통해 살아있는 세포에서 항체 결합을 실시간 (real-time)으로 분석함으로써, 기존 연구에서는 볼 수 없었던 새로운 통찰력을 제시하고자 합니다.
1. ‘항체 결합’ 연구, 기존 연구 방법은 왜 한계가 있었을까?
고정된 세포 (fixated cell)의 한계
전통적인 항체 연구 방법은 주로 고정된 세포를 사용합니다.
그러나 이 과정에서 여러 문제점이 발생합니다.
세포를 고정하는 화학 처리 과정 중에 항체 결합 부위가 변형되거나 손상될 수 있어 정확한 분석을 방해합니다.
더 중요한 것은, “살아있는 세포에서만 관찰할 수 있는” 역동적인 상호작용이 완전히 소실된다는 점입니다.
항체와 표적 간의 결합은 정적인 현상이 아니라 시간에 따라 변화하는 동적 과정입니다.
간접적인 측정의 한계
기존 방법의 또 다른 한계는 항체 결합을 직접적으로 관찰하기보다는 그 결과로 나타나는 현상만을 측정한다는 점입니다.
이는 마치 강물의 흐름을 직접 보지 않고 강가에 떠내려온 부유물만 보고 판단하는 것과 같습니다.
또한 이러한 접근법으로는 시간 경과에 따른 항체-세포 결합의 변화를 추적하기 어려워, 결합 역학(binding kinetics)에 대한 중요한 정보를 놓치게 됩니다.
2. 한계를 뛰어넘다: 혁신적인 ‘항체 결합’ 분석 방법 제시
살아있는 세포 사용
연구에 의하면 세포 고정 과정 없이 살아있는 세포를 직접 사용하여 자연스러운 항체-세포 결합 환경을 조성할 수 있습니다. 이를 통해 생체 내에서 실제로 일어나는 항체-항원 상호작용을 보다 정확하게 관찰할 수 있습니다.
실시간 측정 기술
LigandTracer®라는 첨단 장비를 활용하여 항체가 세포 표면 수용체에 결합하는 과정을 실시간으로 측정할 수 있습니다. 이 기술은 항체 결합의 모든 순간을 포착함으로써, 결합 속도(association rate, ka)와 해리 속도(dissociation rate, kd)에 대한 상세한 정보를 제공합니다.
BAM 기술 도입
부유 세포는 기존 분석법으로는 관찰이 어려웠지만, BAM(Biomolecular Anchor Molecule) 기술을 도입하여 이들을 안정적으로 고정함으로써 정확한 분석이 가능해졌습니다. BAM의 한쪽 끝에는 Oleyl chain이 있어서 부유세포를 잡아주는 역할을 합니다. 이 혁신적인 접근법은 혈액 암과 같은 부유 세포 관련 질환 연구에 새로운 지평을 열었습니다.
3. 핵심 발견: ‘항체 결합’, 단순한 결합이 아니다!
Rituximab-CD20 연구
림프종 치료에 사용되는 항암 치료제 Rituximab과 B세포 표면의 CD20 단백질 간의 복잡한 상호작용을 분석했습니다.
이를 통해 항체와 표적 간의 결합이 기존에 생각했던 것보다 훨씬 복잡하고 역동적인 과정임을 확인했습니다.
새로운 결합 패턴 발견
실시간 측정을 통해 같은 항체-항원 결합에서 “이질적인 결합 방식이 존재함을 발견”했습니다.
일부 결합은 빠르게 형성되었다가 쉽게 해리되는 반면, 다른 결합은 천천히 형성되지만 오랫동안 유지되는 특성을 보였습니다.
“이러한 다양한 결합 패턴은 항체 치료제의 효과와 직접적인 관련”이 있을 수 있습니다.
결합 파라미터의 중요성
결합력(affinity, KD), 결합 속도 (ka), 해리 속도 (kd)는 약물의 효능과 안전성을 예측하는 핵심 파라미터입니다. 정확하게 측정한 이러한 파라미터들을, 왜 일부 항체 치료제가 다른 것보다 효과적인지에 대한 분자 수준의 이해를 제공합니다.
4. ‘항체 결합’ 연구, 신약 개발의 게임 체인저가 될까?
높아지는 신약 개발 가능성
정확한 항체 결합 데이터를 기반으로 약물을 설계하고 최적화함으로써, 보다 효과적이고 안전한 치료제 개발이 가능해집니다. 이는 현재 면역 항암제 개발에서 직면한 여러 도전과제를 해결하는 데 큰 도움이 될 것입니다.
맞춤형 면역 치료 시대 개막
환자마다 항체-항원 결합 특성이 다를 수 있음을 고려하면, 본 연구 방법론은 개인별 맞춤형 치료 전략 수립의 기반을 마련할 수 있습니다. 이는 정밀 의학(precision medicine)의 중요한 한 축이 될 것입니다.
미래 전망
항체 결합 연구의 지속적인 발전은 자가면역질환, 감염병, 암 등 다양한 질병에 대한 새로운 치료법 개발로 이어질 것으로 기대됩니다. 특히 현재 주목받고 있는 이중항체(bispecific antibody)나 항체-약물 접합체(ADC) 개발에 중요한 통찰력을 제공할 것입니다.
결론
항체 결합은 단순한 분자 간 상호작용이 아니라 질병 치료의 미래를 여는 핵심 열쇠입니다. 살아있는 세포에서 실시간으로 항체 결합을 분석하는 혁신적인 기술을 통해 면역학 에 중요한 기여를 하는 연구가 진행되고 있습니다. 앞으로도 항체 결합의 복잡한 메커니즘을 더욱 깊이 이해하고, 이를 통해 면역 치료의 새로운 가능성을 탐색하기 위한 지속적인 노력이 필요합니다. 이러한 연구는 궁극적으로 환자들에게 더 효과적이고 안전한 치료 옵션을 제공하는 데 기여할 것입니다.
[참조]
Bondza, S., Foy, E., Brooks, J., Andersson, K., Robinson, J., Richalet, P., & Buijs, J. (2017). Real-time characterization of antibody binding to receptors on living immune cells. Frontiers in Immunology, 8, 455. https://doi.org/10.3389/fimmu.2017.00455
Cell Binding Affinity (KD) & Kinetics (ka, kd). https://ycluebio.com/
LigandTracer: Cell Binding Affinity, Kinetics 분석방법. https://ycluebio.com/ligand-binding-affinity-package/
LigandTracer Applications. https://www.ligandtracer.com/applications/