과학 포털 iKAOS

3 Contents

치료용 항체의 미래, Q&Aㅣ항체야 놀자, 치료용 항체의 어제와 오늘ㅣ이석묵(국민대학교)[토요과학강연#12-4부]

1975년 단클론항체 기술인 하이브리도마 기법의 등장은 현대 의학의 획기적인 전환점이 되었습니다. 초기에는 면역원성 문제로 개발 속도가 더뎠으나, 1990년대 유전자재조합 기술의 발전으로 항체의 대량 생산과 정밀 설계가 가능해졌습니다. 2019년 말 기준 약 80개의 항체 치료제가 FDA 승인을 받았으며, 그중 상당수가 암 치료에 활용되고 있습니다. 글로벌 항체 시장은 2025년 약 330조 원 규모로 성장할 것으로 전망되며, 이는 전 세계적으로 가장 빠르게 성장하는 산업 분야 중 하나로 손꼽힙니다. 국내에서도 항체 산업을 차세대 성장 동력으로 인식하고 정부 차원의 전폭적인 지원을 이어가고 있습니다. 식약처의 규제 개선과 가이드라인 마련은 물론, 오송 신약개발지원센터와 같은 인프라 구축을 통해 연구소와 기업의 항체 신약 개발을 돕고 있습니다. 특히 대기업부터 혁신적인 벤처기업까지 공격적인 R&D 투자를 진행하며 글로벌 트렌드에 발맞추고 있습니다. 이러한 민관 협력은 대한민국이 글로벌 항체 신약 시장에서 경쟁력을 확보하는 밑거름이 되고 있으며, 국가 경제의 핵심 축으로 자리 잡고 있습니다. 최근의 항체 치료제는 단클론항체를 넘어 더욱 정교하고 다양한 형태로 진화하고 있습니다. 항체에 약물을 결합해 표적 세포에만 독성을 전달하는 항체-약물 접합체 (ADC)나, 방사성 동위원소를 결합한 방사면역치료 기술이 대표적인 사례입니다. 또한, 두 개 이상의 항원에 동시에 결합하는 이중항체 기술은 면역 세포인 T세포를 암세포 근처로 직접 유도하여 치료 효과를 극대화합니다. 이러한 다중특이항체 기술은 기존의 단일 치료법으로 해결하기 어려웠던 난치성 질환들에 대해 새로운 의학적 해법을 제시하고 있습니다. 항체는 치료뿐만 아니라 진단 분야에서도 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 분자진단과 대비되는 면역진단 방식은 현장에서 빠르고 정확하게 질병 유무를 파악할 수 있어 그 수요가 꾸준히 증가하는 추세입니다. 특히 코로나19 팬데믹 상황에서 항체는 바이러스의 스파이크 단백질이 숙주 세포의 수용체와 결합하는 것을 차단하는 치료제로 큰 활약을 했습니다. 변이 바이러스의 등장에도 대응할 수 있도록 여러 부위를 동시에 표적하는 다중특이항체 연구가 활발히 진행되면서, 감염병에 대한 인류의 대응 역량은 한층 강화되었습니다. 항체 치료제 개발은 통상 10년 이상의 장기간과 막대한 비용이 소요되는 험난한 과정입니다. 하지만 최근에는 전문 분석 서비스 기업과의 협업을 통해 개발 기간이 점차 단축되고 있으며, 조건부 승인제도 등을 통해 신속한 보급이 이루어지기도 합니다. 항체 기술은 현대 의학에서 무한한 응용 가능성을 지니고 있으며, 개인별 유전적 차이를 고려한 맞춤형 치료와 정밀 진단을 가능하게 합니다. 끊임없는 기술 혁신과 연구 개발을 통해 항체는 미래 바이오 산업의 핵심 동력이자 인류의 건강을 지키는 든든한 파수꾼이 될 것입니다.

서울시립과학관

생명과학
융합

[질문Q] 냄새 알레르기가 세포막과 관련이 있는가?ㅣ2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 6강ㅣ세포막 : 경계와 소통

알레르기는 우리 몸의 면역계가 특정 화학 물질을 위험한 침입자로 오해하면서 발생하는 현상입니다. 향기와 같은 물질이 체내로 들어오면 비만 세포에 붙어 있는 항체가 이를 인지하고, 히스타민이라는 물질을 분비하여 재채기나 콧물로 배출하려 시도합니다. 이는 원래 몸을 보호하기 위한 방어 기제였으나, 현대인들에게는 오히려 고통을 주는 원인이 되기도 합니다. 이러한 과정은 세포막의 수용체와 스네어 복합체라는 단백질 복합체를 통해 정교하게 조절되며, 면역계가 특정 물질에 반응하는 안테나를 형성한 결과라고 볼 수 있습니다. 우리 몸을 구성하는 수많은 세포는 저마다 다른 모양과 기능을 가지고 있지만, 놀랍게도 모두 동일한 DNA 정보를 공유하고 있습니다. 부모로부터 물려받은 DNA는 일종의 거대한 백과사전과 같아서, 세포는 그중 자신에게 필요한 부분만을 선택적으로 읽어 들여 고유한 특성을 갖추게 됩니다. 예를 들어 어떤 세포는 눈의 기능을 수행하도록 분화되고, 어떤 세포는 1미터에 달하는 긴 축삭을 가진 뇌세포로 발달합니다. 이러한 분화 과정은 수정란 단계에서부터 세포 간의 긴밀한 소통을 통해 결정되며, 각기 다른 방식으로 정보를 해석함으로써 생명의 복잡성을 유지합니다. 최근 의학계에서는 암세포의 다양성에 주목하여 환자 개개인에게 최적화된 치료를 제공하는 정밀 의학이 활발히 연구되고 있습니다. 암세포는 부위별로 다르기도 하지만, 때로는 서로 다른 장기의 암세포가 유사한 단백질 특성을 공유하며 군락을 이루기도 합니다. 대표적인 사례로 유방암 치료제인 허셉틴이 있는데, 연구 결과 위암 환자의 일부에서도 유방암과 동일한 HER2 단백질이 과발현된다는 사실이 밝혀졌습니다. 이를 통해 특정 장기에 국한되지 않고 암세포가 가진 단백질 표적을 공략함으로써, 유방암 약물을 위암 치료에 활용하는 등 혁신적인 치료 전략이 가능해졌습니다. 암 치료가 에이즈와 같은 바이러스 질환보다 까다로운 이유는 암세포가 우리 몸의 정상 세포에서 기원했기 때문입니다. 바이러스는 인간과 전혀 다른 단백질을 사용하므로 이를 표적으로 삼기 쉽지만, 암세포는 정상 세포가 사용하는 단백질을 교묘하게 변형하거나 과도하게 발현시켜 증식합니다. 만약 암세포를 죽이기 위해 고농도의 약물을 투여하면 정상적인 신진대사까지 파괴될 위험이 큽니다. 따라서 암세포만을 정밀하게 선별하여 공격하는 기술이 필수적이며, 이는 현대 의학이 해결해야 할 가장 큰 숙제 중 하나로 남아 있습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 등장한 차세대 항암 치료가 바로 CAR-T 세포 치료제입니다. 이는 환자의 몸에서 면역 세포인 T 세포를 추출한 뒤, 암세포를 정밀하게 타격할 수 있도록 인공적인 막 단백질을 심어 다시 주입하는 방식입니다. 마치 유도탄처럼 암세포의 아킬레스건을 찾아내어 공격하도록 T 세포를 지성적으로 학습시키는 것입니다. 실제로 기존 치료법으로 생존율이 낮았던 백혈병 환자들에게서 놀라운 완치율을 기록하며 의학계에 혁명적인 변화를 일으키고 있습니다. 이러한 면역 공학의 발전은 인류가 암을 정복하는 데 있어 결정적인 전환점이 될 것으로 기대됩니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[강연] 세포막 : 경계와 소통 (4) _ 윤태영 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 6강 | 6강 ④

질문의 과학에는 정답이 없으며, 누구나 궁금증을 해소할 권리가 있습니다. 알레르기 반응은 우리 몸의 면역 체계가 특정 화학 물질을 위험 요소로 오인하면서 시작됩니다. 비만세포 표면에 위치한 항체가 외부 물질을 감지하면, 세포 내의 스네어 복합체를 통해 히스타민을 분비하라는 신호를 보냅니다. 이는 본래 몸을 보호하기 위한 방어 기제였으나, 현대인들에게는 재채기나 콧물 같은 불편한 증상으로 나타나게 된 것입니다. 세포막 자체의 결함이라기보다 특정 안테나를 갖게 된 면역계의 반응인 셈입니다. 동물세포와 달리 식물세포는 단단한 세포벽으로 둘러싸여 있어 소통 방식이 다를 것이라 생각하기 쉽습니다. 하지만 식물세포벽 사이에도 미세한 구멍이 존재하여 이를 통해 필요한 물질들이 오고 갑니다. 세포벽 안쪽의 세포막에는 다양한 막단백질이 존재하여 물질 수송을 정교하게 조절합니다. 즉, 세포벽은 완전히 막힌 장벽이 아니라 선택적인 통로를 가진 구조체로서, 세포가 외부 환경과 끊임없이 상호작용할 수 있도록 돕는 역할을 수행합니다. 이러한 구조 덕분에 식물 또한 복잡한 생명 활동을 유지할 수 있습니다. 현대 의학의 화두인 정밀 의학은 암세포의 개별적인 특성에 주목합니다. 과거에는 발병 부위에 따라 치료법을 달리했으나, 이제는 암세포가 발현하는 특정 단백질의 종류에 집중합니다. 예를 들어 유방암 치료제로 개발된 허셉틴은 위암 환자 중 특정 단백질이 과발현된 경우에도 뛰어난 효과를 보입니다. 이는 암의 발생 위치보다 암세포가 가진 분자적 특성이 치료의 핵심임을 시사하며, 다양한 암종에 공통적으로 적용 가능한 치료 전략의 가능성을 열어주고 있습니다. 암세포 군락의 특성을 파악하는 것이 치료의 첫걸음이 됩니다. 우리 몸을 구성하는 수많은 세포는 저마다 독특한 모양과 기능을 가집니다. 흥미로운 점은 이 모든 세포가 부모로부터 물려받은 동일한 DNA 정보를 공유한다는 사실입니다. 세포의 운명은 DNA라는 거대한 백과사전 중 어느 부분을 읽느냐에 따라 결정됩니다. 수정란에서 분화가 시작되면 세포 간의 긴밀한 소통을 통해 각자의 역할이 정해지고, 이에 맞춰 DNA를 읽는 방식이 달라집니다. 이러한 과정을 거쳐 1미터에 달하는 신경세포부터 둥근 형태의 세포까지 다양성이 확보되며, 각 세포는 자신에게 할당된 정보를 바탕으로 생명을 꾸려나갑니다. 암 정복을 위한 혁신적인 기술로 꼽히는 CAR-T 세포 치료제는 면역세포를 직접 엔지니어링하는 방식입니다. 환자의 몸에서 면역세포를 추출한 뒤, 암세포의 특정 항원을 인식할 수 있는 인공적인 막단백질을 심어 다시 주입합니다. 이는 기존의 약물 치료를 넘어선 혁명적인 발전으로 평가받으며, 특히 백혈병 치료에서 놀라운 생존율 향상을 보여주었습니다. 세포막의 원리를 이용한 이러한 첨단 기술은 인류가 질병과 싸우는 방식에 근본적인 변화를 가져오고 있으며, 앞으로 더 많은 난치병 치료에 기여할 것으로 기대됩니다.

김현아, 윤태영, 정준호

카오스재단카오스강연

생명과학