ATUM, 이중항체 생산성 높이는 '사슬 발현 최적화' 전략 제시

BIX 2026서 이중항체 설계와 세포주 개발 연계 솔루션 소개

분자별 발현 비율·결합 부위 배치 조정해 생산량과 조립 품질 동시 확보

마리오 페레이라 ATUM 기술·사업 개발 이사가 28일 서울 코엑스에서 열린 BIX 코리아 오픈 세션에서 발표를 진행하고 있다. 사진=이병현 기자

미국 바이오엔지니어링·임상시험수탁(CRO) 기업 ATUM이 이중항체 개발 초기 단계부터 항체 사슬의 발현 비율과 분자 구조를 정밀하게 조정해 생산성과 조립 품질을 동시에 끌어올리는 전략을 내놨다. 후보물질의 상업 생산 가능성을 세포주 개발 초기의 세포 풀(pool·여러 세포가 섞인 집단) 단계에서 미리 검증하고, 검증된 세포 집단을 최종 생산 세포주 개발로 곧바로 연결해 개발 기간과 리스크를 줄이는 방식이다.

28일 마리오 페레이라(Mario Pereira) ATUM 기술·사업개발 디렉터는 서울 코엑스 C홀 오픈 스테이지 B에서 열린 '바이오플러스-인터펙스 코리아 2026(BIX 2026)'의 '이중항체 개발 및 세포주 개발 솔루션' 세션에서 이 같은 내용을 발표했다.

페레이라 디렉터는 "이중항체 제조의 성패는 사슬 간 발현 균형(chain ratio)을 맞추는 데 달려 있다"며 "이중항체마다 요구되는 구조와 사슬 비율이 제각각인 만큼 유전자를 전달하는 벡터 역시 개별 분자에 맞춰 설계해야 한다"고 진단했다. 단일클론항체와 달리 다수의 사슬로 이뤄진 이중항체는 단순 발현량 못지않게 각 사슬이 의도한 온전한 형태(이종이합체)로 조립되는 비율을 확보하는 것이 핵심 과제다.

벡터 설계 다변화로 세포 풀 단계서 클론 품질 예측

ATUM이 제시한 첫 번째 해법은 자체 세포주 개발 플랫폼인 '립인 트랜스포사제(Leap-In Transposase)'다. 유전자 이동 효소(트랜스포사제)를 활용해 목적 유전자 카세트를 세포 유전체 내 전사 활성이 높은 열린 염색질(open chromatin) 부위에 단일 복제본 형태로 온전하게 삽입하는 기술이다. 프로모터와 신호 펩타이드 등 발현 조절 요소를 달리한 벡터 라이브러리를 조합해 각 항체 사슬의 발현량과 비율을 세밀하게 조율한다. 특히 세포 독성이나 스트레스를 유발할 수 있는 메티오닌 설폭시민(MSX)을 쓰지 않고, 글루타민 합성효소(GS) 선별 카세트의 강도를 조절해 발현이 까다로운 이중항체 세포주의 생존율과 안정성을 높였다.

페레이라 디렉터는 "서로 다른 두 이중항체를 개발하면서 세포주 구축에 동일한 벡터를 쓰는 것은 비효율적"이라며 맞춤형 벡터 설계의 중요성을 짚었다.

이날 현장에서는 3개의 사슬로 구성된 이중항체를 발현하기 위해 사슬 발현 비율과 선별 강도를 달리한 10종의 벡터를 비교 평가한 사례가 공개됐다. 이를 통해 발굴한 최적 세포 풀은 배양액 1L당 3g의 생산량과 약 90%의 정상 조립 비율을 나타냈다. 이후 해당 풀에서 단일 세포 유래 집단인 클론(clone)을 분리한 결과, 상위 9개 클론 모두 기존 풀과 동등하거나 더 뛰어난 지표를 보였으며 최상위 클론은 4g/L의 생산량과 90% 수준의 정상 조립 비율을 기록했다.

이 클론은 배양액 내 글루타민 첨가 여부를 달리해 선별압을 유지하거나 제거한 두 조건 모두에서 60세대에 걸쳐 생산성과 조립 안정성을 그대로 유지했다. 페레이라 디렉터는 "우수한 세포 풀이 곧 우수한 단일 클론을 예고한다"며 "초기 풀 단계에서 수십 그램 단위의 단백질을 빠르게 확보해 동물실험과 품질 평가를 먼저 수행한 뒤, 별도 재작업 없이 동일한 풀에서 곧바로 상업용 클론 개발로 넘어갈 수 있다"고 말했다. 2016년 출시된 Leap-In 플랫폼은 현재까지 미국·유럽·중국·호주 등 글로벌 4개 권역에서 67건의 임상시험계획(IND) 신청에 적용됐으며, 현재 한국 규제당국과도 국내 첫 IND 진입을 위한 절차를 밟고 있다.

결합 부위 배치 따라 발현량 6배 차이···경쇄 오결합 잡은 'Lock-In'

최민구 디아이바이오 대표가 28일 서울 코엑스에서 열린 BIX 코리아 오픈 세션에서 연사 소개를 하고 있다. 사진=이병현 기자

복잡한 사슬 비율 최적화 과정을 한층 단순화하기 위해 지난 5월 출시한 신규 이중항체 플랫폼 '락인(Lock-In)'도 함께 소개됐다. 락인은 일반적인 면역글로불린G(IgG) 항체와 유사한 골격을 유지하면서, 중쇄 결합 부위(Fc)에는 '놉-인투-홀(knobs-into-holes)' 구조를 적용하고 양쪽 팔의 불변부위에는 각각 엔지니어링된 CH1 도메인과 면역글로불린M(IgM) 유래 Cμ4 도메인을 비대칭으로 배치해 경쇄가 잘못 짝지어지는 오결합(mispairing) 문제를 차단한 플랫폼이다.

페레이라 디렉터는 동일한 항원 결합 부위(Fab)라도 분자 내 CH1 측과 Cμ4 측 중 어느 팔에 배치하느냐에 따라 발현량과 단백질 응집도, 조립 품질이 크게 달라진다는 점을 데이터로 제시했다. 실제로 시판 항체의 결합 도메인을 활용한 비교 실험에서 결합 부위의 위치만 바꿨음에도 발현량이 약 6배 차이를 보였고, 응집 감소와 100% 정상 조립 달성 여부도 배치 방향에 따라 갈렸다. 단일 포맷만 시험할 경우 자칫 생산성이 떨어지는 후보물질을 선택할 위험이 있는 만큼, 초기 단계에서 여러 배치 구조를 교차 검증해야 한다는 의미다.

다수의 후보 구조를 단기간에 비교하는 데는 고속 일시적 단백질 발현 시스템인 '라이트닝HEK(lightningHEK)'가 쓰였다. 유전자 서열 확보 후 10일 안에 약 100~200마이크로그램(μg)의 단백질을 생산해 9종 이상의 개발 가능성(developability) 지표를 평가하는 시스템이다. ATUM이 모수네투주맙을 포함한 기존 항체 7종의 결합 부위를 조합해 128종의 이중항체 분자를 제작·분석한 결과, 질량분석 및 효소 절단 시험에서 128종 전체의 경쇄 오결합이 단 한 건도 검출되지 않았으며 원래 항체의 결합 활성도 온전히 유지됐다.

이어 락인 플랫폼을 세포주 개발과 연계한 시험에서는 복잡한 사슬 비율 조율 없이 4개의 벡터만으로 생산량 5g/L, 정상 조립 비율 85% 수준의 세포 풀을 확보하는 데 성공했다. 다만 이날 발표된 생산성 수치와 128종 분자의 오결합 미검출 데이터는 특정 시험 분자와 실험 조건에서 도출된 결과인 만큼, 개별 제약사의 신규 타깃 후보물질에 적용할 때는 별도의 적합성 검증이 수반돼야 한다.

사업 모델 측면에서는 기술 문턱을 낮췄다.

페레이라 디렉터는 "락인 플랫폼은 별도의 선불 접근료(upfront fee)나 경상기술료(로열티) 조건 없이 순수 서비스 수행 비용(Fee-for-service)만 받는 방식으로 제공한다"고 덧붙였다. 이는 ATUM이 올해 보스턴에서 열린 항체 엔지니어링 학회 'PEGS 2026'을 통해 공개한 무(無)로열티 정책과도 맥을 같이한다.