국민대학교(총장 임홍재)는 응용화학부 바이오의약전공 이석묵 교수 연구팀(제1저자: 국민대 화학과 김지웅 박사과정, 응용화학부 허균 교수)이 전 세계적인 팬데믹 상황을 불러온 COVID-19과 같은 바이러스 질환을 치료할 수 있는 세계적 수준의 이중항체 원천기술을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구는 연세대학교 조현수 교수팀, 오송신약개발지원센터 우주랑 박사팀, 분당서울대병원 이호영 교수팀, 국민대학교 김현정 교수, ㈜노터스 김석호 박사, ㈜바이넥스 천광록 연구원과 공동으로 수행되었으며, 연구결과는 3월 9일 바이러스 분야 국제전문학술지‘Antiviral Research(IF 10.103, JCR 약리학/약학 분야 상위 5.7%)’에 게재됐다.

지금까지의 SARS-CoV-2 항체 치료제 개발은 대부분 COVID-19 완치자의 말초혈액단핵구를 혈액에서 분리한 후 항체라이브러리를 구축하고 이를 활용한 치료용 단클론항체 개발이 진행되었다. 본 연구에서는 확립된 항체라이브러리에서 바이러스 특이적 단클론항체 선별과 이중항체를 빠르게 개발하고 생화학적, 분자생물학적, 바이러스학적 효능 및 독성 연구를 통해, 개발한 이중항체가 단클론항체 보다 다양한 SARS-CoV-2 바이러스 변이종들의 감염을 탁월하게 억제하는 중화 효능을 검증하였다. 

본 연구에서 개발된 이중항체는 SARS-CoV-2 표적 항원인 RBD(Receptor Binding Domain)에 특이적으로 결합하는 두가지 단클론항체를 면역글로불린 G(Immunoglobulin G; IgG)와 단일사슬항체조각(Single chain variable fragment; scFv) 형태로 연결한 구조로, 초저온전자현미경(Cryo electron microscopy)을 이용하여 작용기전 분석을 위한 구조 분석을 진행하였다. 그 결과, 개발항체는 SARS-CoV-2 감염 시, 주요 세포막 단백질인 ACE-2(Angiotensin Converting Enzyme-2)와의 결합에 중요한 완전 개방형구조(fully open conformation)의 RBD에만 결합하고 특히, 제한된 에피토프(항체의 항원결합부위)를 갖는 단클론항체에 비해 더 넓은 범위의 ACE-2 결합 부위를 차단함으로써 우수한 중화능을 나타냄을 입증하였다. 또한, 본 연구팀은 이중항체 생산 세포주 개발을 통해 산업적으로도 활용 가능한 세계적 수준의 이중항체 생산 수율을 확보하였다.

본 연구의 연구책임자인 응용화학부 바이오의약전공 이석묵 교수는 "이중항체의 기술은 항암 분야에서 많은 연구가 활발히 이뤄지고 있으나 본 연구를 통해 바이러스성 질환 치료제 개발에 이중항체가 적용될 수 있는 개념이 검증된 것이 가장 큰 성과이다. 또한, 오늘날과 같이 빠르게 출몰하는 신변종 바이러스에 시기 적절히 대응 가능한 효과적 항체치료제 개발전략을 제시할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구를 통해 확립한 이중항체 원천기술은 국내 각 분야의 전문가들과의 연구 협업을 통한 융합연구의 성과이며, 앞으로 다양한 바이러스 질환에 대응할 수 있는 항체소재 개발에 활용이 가능할 것이다 "라고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단 바이오의료기술개발사업과 보건복지부 감염병 예방·치료 기술개발사업의 지원으로 수행됐다.