식물의 시험관 내 및 생체 내 연구

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14146(2023) 이 기사 인용

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면역관문억제제는 여러 암의 효과적인 치료에 사용되어 온 잘 알려진 종류의 면역치료제입니다. Atezolizumab(Tecentriq)은 면역 체크포인트 PD-L1을 표적으로 하는 최초의 항체였으며 현재 가장 일반적으로 사용되는 항암 치료법 중 하나입니다. 그러나 이 항PD-L1 항체는 포유류 세포에서 생산되기 때문에 제조 비용이 높아 암환자의 항체 치료 접근이 제한된다. 식물 발현 시스템은 복잡한 당단백질을 합성할 수 있고 빠르게 확장 가능하며 상대적으로 비용 효율적이기 때문에 활용할 수 있는 또 다른 플랫폼입니다. 여기서 Atezolizumab은 Nicotiana benthamiana에서 일시적으로 생산되었으며 침투 후 4~6일 이내에 높은 발현 수준을 보여주었습니다. 친화성 크로마토그래피로 정제한 후 정제된 식물에서 생산된 아테졸리주맙을 티센트릭과 비교한 결과 글리코실화가 없는 것으로 나타났습니다. 또한, 식물에서 생산된 Atezolizumab은 ELISA에서 Tecentriq과 비슷한 친화력으로 PD-L1에 결합할 수 있었습니다. 식물에서 생산된 아테졸리주맙의 생쥐 종양 성장 억제 활성도 티센트릭과 유사한 것으로 나타났다. 이러한 발견은 면역치료 항체를 위한 효율적인 생산 플랫폼 역할을 하는 식물의 능력을 확인하고 기존 항암 제품의 비용을 완화하는 데 사용될 수 있음을 시사합니다.

암은 종양 세포가 통제할 수 없을 정도로 성장하여 신체의 다른 부위로 퍼질 때 발생하는 질병입니다. 그 이후로 이는 인간의 주요 사망 원인 중 하나가 되었으며 개발도상국에 가장 큰 영향을 미쳤습니다1,2. 암은 수술, 화학요법, 방사선요법, 면역요법 등 다양한 방법을 사용하여 치료됩니다. 면역치료는 면역체계가 암과 싸우는 데 도움을 줍니다. 면역관문억제제(ICI), 입양 세포 이식 요법, 암 백신은 암 치료에 사용되는 주요 면역요법 중 하나입니다4.

ICI는 PD-1, PD-L1 및 CTLA-45,6,7과 같은 억제성 면역 체크포인트를 표적으로 삼아 차단하는 단클론 항체(mAb)입니다. 예를 들어, T 세포에 PD-1이 결합하고 암세포에 PD-L1이 결합하면 암세포의 T 세포 사멸이 억제됩니다. PD-1/PD-L1 결합이 ICI로 차단되면 T 세포는 신체 자체의 면역 세포를 활용하여 종양 세포를 공격하여 암세포를 죽일 수 있습니다4. ICI는 단독으로 또는 다른 암 치료 옵션과 결합하여 여러 암 적응증에서 표준 치료법으로 상당한 성공을 거두었습니다8,9,10,11. 현재까지 FDA는 7개의 상업용 ICI를 승인했습니다12. 그러나 이러한 암 치료법의 급증하는 비용으로 인해 환자는 이러한 치료법에 대한 접근이 제한되어 있습니다13,14.

인간이 사용하기 위한 재조합 단백질은 제조 비용이 높기 때문에 엄청나게 비쌉니다. 다른 생산 플랫폼과 비교할 때 식물 플랫폼은 일시적 발현의 경우 더 빠른 생산, 확장성16, 포유류 세포보다 낮은 업스트림 생산 비용17,18, 인간 병원체 오염 위험이 낮은 등 많은 장점을 가지고 있습니다. 식물은 또한 mAbs20과 같은 복잡한 단백질에 필요한 번역 후 변형이 가능합니다. 이전 연구에서는 에볼라21, 광견병22 및 종양학 응용 분야23,24,25에 대한 재조합 mAb를 생산하는 식물 플랫폼의 능력을 입증했습니다.

본 연구에서는 식물 플랫폼을 사용하여 항PD-L1 mAb를 생산하고 그 활성을 확인했습니다. 정제된 식물에서 생산된 Atezolizumab은 SDS-PAGE 및 웨스턴 블롯을 사용하여 특성화되었으며 그 활성은 상용 항PD-L1 mAb(Tecentriq)와 비교되었습니다. 그 결과 식물에서 생산된 아테졸리주맙은 티센트릭보다 크기가 약간 더 큰 것으로 나타났다. 기능적 분석 측면에서, 식물에서 생산된 아테졸리주맙은 시험관 내에서 huPD-L1에 결합하고 생체 내에서 생쥐의 종양 무게와 부피를 감소시키는 유사한 결과를 보여주었습니다. 우리의 데이터는 식물 시스템이 다른 잘 확립된 플랫폼과 유사한 기능을 가진 생물학적 활성 단백질을 생산할 수 있음을 확인합니다. 더 중요한 것은 이 플랫폼이 의약품 생산의 업스트림 프로세스에서 관련 비용을 절감하여 생물학적 치료에 대한 환자의 접근성을 높일 수 있는 잠재력을 가지고 있다는 것입니다.