과학자들이 항체로 알츠하이머병을 치료할 수 있는 방법을 찾았습니다.

연구자들은 이중 특이성을 지닌 항체를 이용해 알츠하이머병을 치료하는 방법을 찾아냈습니다. 항체 분자의 절반은 뇌와 모세혈관 사이의 검문소를 우회하고, 다른 절반은 뇌 신경 세포의 죽음을 유발하는 단백질에 결합합니다.

생명공학 회사 제넨테크의 과학자들은 혈관을 통해 뇌에 침투하는 방법을 알고 있습니다. 언뜻 보기에는 아무런 문제가 없어 보입니다. 뇌는 규칙적인 모세혈관을 통해 산소와 영양분을 공급받습니다. 그러나 100여 년 전, 생리학자들은 뇌와 순환계 사이에 있는 소위 혈액-뇌 장벽을 발견했습니다. 이 장벽의 기능은 뇌의 생화학적 상태를 일정하게 유지하는 것입니다. 예를 들어, 혈액의 이온 구성이나 pH 수치와 같은 무작위적인 변화는 뇌 기능에 영향을 미쳐서는 안 됩니다. 또한 다른 장기 시스템을 제어하는 신경전달물질은 뇌에 침투해서는 안 됩니다. 특히 뇌는 항체나 박테리아 독소(박테리아는 말할 것도 없고)와 같은 대부분의 거대 분자에 대해 차단되어 있기 때문입니다. 뇌의 모세혈관 벽 세포는 매우 단단한 접합을 비롯하여 원치 않는 침투로부터 뇌를 보호하는 여러 가지 기능을 가지고 있습니다. 결과적으로, 동일한 항체의 농도는 혈류보다 1,000배나 낮습니다.

하지만 많은 질병의 치료에 있어 뇌에 약물을 전달하는 것이 중요합니다. 그리고 이 약물이 항체처럼 큰 단백질일 경우, 치료 효과는 급격히 감소합니다. 한편, 알츠하이머병 연구자들을 포함하여 많은 사람들이 인공 항체에 기대를 걸고 있습니다. 이 질병은 신경 세포에 아밀로이드 덩어리, 즉 잘못 포장된 단백질 분자의 "침전물"이 형성되어 신경 세포를 파괴하는 현상을 동반합니다. 알츠하이머병에서 아밀로이드 형성을 담당하는 단백질 중 β-세크레타제 1이 가장 많이 연구되며, 이는 치료 표적으로 가장 많이 선택됩니다.

그래서 연구진은 혈액-뇌 장벽을 돌파하기 위해 양방향 항체를 개발했습니다. 분자의 한 부분은 β-세크레타제 효소를 인식하고, 다른 부분은 혈관벽에 있는 단백질 트랜스페린을 인식합니다. 트랜스페린은 철 이온을 뇌로 유입하는 수용체입니다. 과학자들의 생각에 따르면, 항체는 트랜스페린을 붙잡아 뇌로 전달했습니다. 즉, 뇌와 순환계 사이의 장벽은 "차가운 곳에 남겨진" 것입니다.

동시에 연구진은 항체 자체와 관련된 또 다른 문제도 해결해야 했습니다. 항체가 표적 분자인 항원에 결합하는 강도를 친화도라고 합니다. 일반적으로 친화도가 높을수록 항체의 효능이 좋습니다. 의학적 관점에서는 결합력이 가장 강한 항체가 가장 효과적입니다. 하지만 이 경우, 과학자들은 생성된 항체의 트랜스페린 결합 강도를 낮춰야 했습니다. 그렇지 않으면 항체가 운반체에 강하게 결합해 한계점에 도달할 수 있었기 때문입니다. 이러한 전략은 효과가 있었습니다. 쥐를 대상으로 한 실험에서, 항체를 투여한 지 단 하루 만에 뇌 내 아밀로이드 생성 단백질의 양이 47% 감소했습니다.

연구진은 항체가 엄격하게 특이적이고 높은 친화도, 즉 하나의 표적에만 매우 강하게 결합해야 한다는 규칙에 어긋나는 연구를 수행했습니다. 하지만 여러 특이성을 가진 약하게 결합하는 항체는 알츠하이머병 치료뿐만 아니라 암 치료에도 도움이 될 수 있습니다. 암세포는 표면에 항체가 인식할 수 있는 단백질을 가지고 있지만, 이 단백질은 다른 세포에서도 생성되기 때문에 암세포에 대한 항체는 종종 건강한 세포도 사멸시킵니다. 다중특이적 항체는 암세포의 표면 단백질 특성을 조합하여 인식할 수 있으며, 이러한 단백질들을 이용하면 항체가 암세포에만 강하게 결합하고 정상 세포에는 결합하지 않도록 할 수 있습니다. 정상 세포에는 항체가 결합하지 않기 때문입니다.

경쟁사들의 회의론자들은 제넨테크가 개발한 항체는 특이성이 낮아 임상적으로 사용되지 않을 것이라고 주장합니다. 임상적으로 사용하려면 대량의 항체를 사람에게 투여해야 하기 때문입니다. 그러나 저자들은 그럴 필요가 없다고 주장합니다. 제넨테크의 항체는 생쥐의 항체보다 훨씬 오래 지속되며, 실험 동물에게 투여해야 했던 항체의 양은 단순히 "생쥐" 시스템의 특이성 때문일 뿐이기 때문입니다.

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