바이오의약품 (Biologics, biological products, biological agents)은 생물의약품이라고도 불리 며, 사람이나 다른 생물체에서 유래하는 세포, 단백 질, 유전자 등을 원료 또는 재료로 하여 제조한 의 약품을 말하며, 생물학적 제제, 백신, 인슐린, 성장 호르몬, 인터페론과 같은 단백질 의약품, 유전자재 조합의약품, 항체 치료제, 세포 치료제, 유전자 치 료제 등이 포함된다. 협의의 바이오의약품은 유전 자 재조합 기술로 생성된 의약품으로 한정되어 사 용되기도 하며, 여기에는 인슐린, 성장호르몬, 에리 스로포이에틴과 같은 호르몬제, 단일클론항체 의약 품, 퓨전 단백이 포함되며, 본 글에서는 협의의 바 이오의약품, 이 중에서 단일클론항체 의약품과 퓨 전 단백을 한정해서 다루며, 이를 바이오의약품으 로 지칭한다.
항체란 인체 내에 들어온 외부 유래 물질인 항원에 대응하여 면역 반응에 의해서 유도되는 체내 물질을 말하며, 항체의약품은 세포주를 이용하는 대량생산 시스템을 통하여 인공 항체를 만들어 의약품으로 활 용하는 의약품을 의미한다. 초기에는 여러 종류의 형질 세포로부터 유래된 다클론항체 (polyclonal antibody) 의약품 (예, antithymocyte globulin) 이 개발되었지만 1975년 Kohler 와 Millstein 등에
의해 B-림프구 (쥐의 면역세포)와 골수종 세포를 융 합시켜서 하이브리도마 (hybridoma)라는 새로운 형태의 세포를 만드는 방법을 발표한 이후로는 여러 종류의 단일클론항체 (monoclonal antibodies) 의 약품이 개발되어 사용되고 있다. 단일클론항체 의약 품은 면역체계, 표적세포 표면, 예를 들어 사이토카 인 수용체, 종양 특이 항원 또는 인터페론, 사이토카 인과 같은 가용성 매개체와 특이적인 상호작용을 통 하여 효과를 나타내어 진단 및 치료 목적으로 다양 한 염증 질환, 자가면역질환, 종양 치료에 사용되고 있다.
첫 번째 FDA 승인을 받은 치료 목적으로 사용되는 단일클론항체 의약품은 1986년에 승인 받은 이식 거 부반응 치료제인 OKT3 (muromonab)이며, 단일클 론항체 의약품의 개발 및 승인은 급속도로 증가하고 있다. 현재 시판되는 단일클론항체 중 가장 많이 사 용되는 의약품은 bevacizumab, trastuzumab (종 양치료제), adalimumab, infliximab (자가면역, 염증 질환 치료제), rituximab (종양 및 자가면역, 염증 질환 치료제) 등이 있다. 현재 국내에서 사용 중이거나 최근 승인되어 국내 도입될 가능성이 있는 항체의약품의 예가 Table 1에 정리되어 있다.
바이오의약품의 안전한 사용 - 항체의약품 중심으로
한양대학교 약학대학
특집
..
Abciximab
Omalizumab Palivizumab Basiliximab Eculizumab
Adalimumab Certolizumab Infliximab Golimumab Etanercept
Abatacept Tocilizumab Ustekinumab
Bevacizumab
Ranibizumab
Alemtuzumab
Rituximab
Cetuximab
Panitumumab
Trastuzumab
Natalizumab
Platelet glycoprotein IIb/IIIa
Immunoglobulin E (IgE) Respiratory Syncytial Virus Interleukin-2 receptor-α Complement C5
Tumor necrosis factor (TNF)-α
B7-1(CD80) & B7-2 (CD86) Interleukin-6 receptor IL-12, IL-23
Vascular endothelial growth factor (VEGF)
Vascular endothelial growth factor (VEGF)
CD52 on mature B, T and natural killer cells
CD20 on B cells
Epidermal growth factor receptor (EGFR, HER1, c-ErbB-1) Epidermal growth factor receptor (EGFR, HER1, c-ErbB-1)
Epidermal growth factor receptor 2 protein (HER-2)
Alpha-4 subunit of integrin Target
�Percutaneous coronary interventions
�Unstable angina
�Severe allergic asthma
�Prevention of Respiratory Syncytial Virus
�Prophylaxis of renal transplant allograft rejection
�Paroxysmal nocturnal hemoglobinuria
�Rheumatoid arthritis
�Ankylosing spondylitis
�Crohn’s disease
�Ulcerative colitis
�Psoriatic arthritis
�Psoriasis
�Rheumatoid arthritis
�Rheumatoid arthritis
�Plaque psoriasis
�Metastatic colon cancer
�Unresectable, locally advanced, recurrent or metastatic nonsquamous, nonsmall cell lung cancer
�Metastatic or advanced Renal Cell Carcinoma
�Progressive glioblastoma
�Wet age-related macular degeneration (intravitreal)
�B-cell chronic lymphocytic leukemia
�Non-Hodgkin’s lymphoma
�CD20-positive chronic lymphocytic leukemia
�Rheumatoid arthritis
�Granulomatosis with polyangiitis (Wegener’s granulomatosis)
�Microscopic polyangiitis (MPA)
�KRAS mutation-negative EGFR (+) metastatic colorectal cancer
�Squamous cell cancer of the head and neck
�KRAS mutation-negative EGFR (+) metastatic colorectal cancer
�HER2-positive breast cancer
�HER2-positive metastatic gastric or gastroesophageal junction adenocarcinoma
�Multiple Sclerosis
Indication
Table 1. Monoclonal antibodies and fusion protein available in Korea
바이오의약품 (항체 의약품)의 특성
저분자 물질의 의약품과 비교할 때 단일클론항체는 정 확한 약리 작용이 나타날 수 있게 하는 고도의 특이성 (specificity)과 긴 반감기로 투여 횟수를 줄일 수 있다 는 장점이 있다. 더욱이 분자공학기법의 발전으로 작용 에 대한 특이성이 더 증가되고, 면역원성을 감소시켜서
위험-효과비 (risk-benefit ratio)가 개선되고 있다.
단일클론항체의 명명법은 일정한 규칙을 따르도록 규정되어 있는데 단클론항체의 접미사는 mab으로 끝나며, 접미사 앞의 음절은 항체의 종의 기원 (species origin)을 나타내며, 이 앞에는 표적 기관 이나 질병상태를 나타내는 접두사를 표시하여 명명 한다 (Table 2).
Suffix -mab -cept
Infixes for the determination of species origin or source Abbreviation
-‘o’- -‘xi’- -‘zu’- -‘u’-
Infixes for target structures or organs Abbreviation
-anibi- -ba(c)- or -b(a)- -ci(r)- or -c(i)- -fung- or -f(u)- -ki(n)- or -k(i)- -les-
-li(m)- or -l(i)- -mul-
-ne(u)(r)- or -n(e)- -os- or -s(o)- -toxa- or -tox(a)- -co(l)-
-go(t)- -go(v)- -mel- -mar- -tu(m)- Examples Target Li(m) Tu(m)
Stem suffix used to identify classes of drugs Drug Class Monoclonal antibody Fusion protein
Species Murine Chimeric Humanized Human
Disease type or target molecule Angiogenesis (inhibitor) Bacterium
Circulatory system Fungal
Interleukin Infectious lesions
Immune system, Immunomodulator Musculoskeletal system
Nervous system Bone
Toxin Colonic tumor Testicular tumor Ovarian tumor Melanoma Mammary
miscellaneous tumor
Source xi zu
generic basiliximab alemtuzumab Table 2. Nomenclature of monoclonal antibody, fusion protein
Comments
Entirely murine amino acids
About 75% human, 25% other species, often murine About 90% human, 10% other species
100% human
Stem
mab
mab
부작용 관점에서 볼 때 바이오의약품은 기존 합성 의약품 (xenobiotics)과는 상당한 차이를 보인다. 기 존 합성의약품이 저분자량이고, 화학합성에 의한 화 합물인데 비해서 바이오의약품은 고분자 단백제제이 다. 또한 기존 합성의약품은 주로 대사를 받아서 체 내에서 소실되는데, 바이오의약품은 대사를 받지 않 는 특성을 가지고 있으며, 주사제로만 투여가 가능한 차이가 있다. 면역 반응에 있어서는 기존의 합성의약 품은 고유의 면역활성은 없으나 T 세포 매개 면역 반 응을 나타내는 반면, 바이오의약품은 고유의 면역활 성을 가지고 있으며, 그 자체가 항원으로 작용하여 체액성 면역 반응을 나타낸다 (Table 3).
바이오의약품의 유해반응
바이오의약품의 사용이 증가함에 따라서 이의 안전 에 관한 염려가 제기되고 있다. 바이오 신약의 빠른 개발과 적응증의 확대 뿐 아니라 비허가 적응증에의 사용으로 유해반응, 이 중 일부는 새로운 유해반응의 보고 또한 증가하고 있다. 이들의 유해반응에는 면역 억제, 전신 및 피부 감염, 자가항체 유도와 같은 장기 또는 표적 특이적인 부작용과 주입 반응 또는 특이
항체 유도, 과민반응과 같은 물질 특이적인 부작용이 있다.
작용 기전에 따른 유해반응 분류
일반적인 약물의 부작용을 분류할 때 약리작용에 의 해서 설명될 수 있고, 용량 의존적인 부작용은 type A, 의약품에 대한 환자의 감수성과 관련이 있고 예측 이 불가한 부작용인 경우에는 type B로 분류한다. 대 부분의 type B 부작용은 면역 반응과 관련이 있다.
이러한 분류를 좀 더 확대하면, 화합물의 구조나 약물 의 대사와 관련된 부작용을 type C, 치료 후 수년 후 에 나타나는 지연형 유해반응을 type D (예를 들어 cyclophosphamide의 방광암 부작용), 약물 중단 후 에 발생하는 반응을 type E (예를 들어, phenytoin 중단으로 인한 경련)으로 분류하기도 한다 (Fig. 1).
이러한 부작용 세부 분류는 저분자 화합물에 초점 이 맞춰져 있고, 바이오의약품의 부작용 분류에의 적 용성은 다소 떨어진다. 바이오의약품의 부작용을 면 역독성과 알레르기학적 관점에서 병태생리적으로 다 음의 5개의 유형으로 구분하는 것이 제안된 바 있다.
이의 명칭은 일반의약품과 달리 그리스 알파벳을 붙 여서 일반 의약품과 구분한다.
Production
Structure
Metabolism
Application Drug Interaction
Immune Response
Biotechnology by host cell line Proteins
High molecular weight Digested and processed Not metabolized Parenteral Rare
Immune mediated effects are inherent, Hypersensitivity are rare, mostly humoral (antibodies), antigen itself
Biologics
Chemical synthesis Chemical compound Low molecular weight
Metabolized, Reactive Metabolite
Oral, Parenteral, Topical Common
Immune mediated side effects are unexpected, differ from main action most cellular (T-cell) mediated (pro-) hapten
Xenobiotics
Table 3. Differences between biological agents and classic xenobiotics related to adverse side effects
Type α: 과자극, 사이토카인 과다/사이토카인 분 비 증후군
평상시 체내에 존재하는 사이토카인보다 약물 투여 로 인한 면역자극 (immunostimulation)으로 고농 도의 사이토카인이 혈중에 존재하고, 이로 인해서 발 생하는 부작용으로 약리학적인 독성 반응에 해당되 는 것이다. 일반적으로 대부분의 사이토카인은 국소 적으로 생성되고, 국소 활성을 나타내며, 대부분의 경우 사이토카인의 국소 농도는 높은 반면 혈중 농도 는 상대적으로 낮다. 그러나 치료 목적으로 약물을 투여할 경우 표적 부위 국소 농도를 높이기 위해서 순환하는 혈중 농도가 상대적으로 높아지게 되고, 이 러한 전신 농도가 높아서 발열, 근육통, 두통 등의 증 상을 초래할 수도 있고, 때로는 중증 부작용이 부작 용을 야기시켜 그 사용이 제한되기도 한다.
단일클론 항체의약품에 의한 주입 반응은 대부분이 사이토카인 분비에 의해 발생하는 것으로 가장 예측 가능한 부작용이다. 이의 한 예로는 T 세포의 CD28 에 대한 단일클론 항체인 TGN1412은 6명의 건강한 지원자를 대상으로 한 1상 임상시험에서 거의 치명 적인“사이토카인 폭풍 (cytokine storm)” 을 야기
시켜 바이오의약품의 부작용에 대한 경각심을 일깨 워주는 계기가 되었다.
Type β: 과민반응
과민반응/면역원성 (hypersensitivity/immuno- genicity) 반응으로 Coombs와 Gell의 분류에 따른 type I-IV의 과민반응이 이에 해당한다. 특이적인 항 체의 생성은 단일클론 항체의 인간화 (humaniza- tion) 정도, 투여 경로, 투여 빈도에 따라서 달라질 수 있다. 또한 항체의 생성은 병용 투여하는 약물에 의해 서도 달라질 수 있다. 예를 들어 methotrexate를 병 용 투여하는 경우 infliximab에 의한 항체 생성의 발 생 빈도가 감소된다.
뮤린 기원 (murine origin) 단일클론항체를 반복 투여하게 되면 인체의 면역 반응에 의해서 항체를 생 성하는 데, 이를 HAMA (human antimurine antibody)라고 한다. 키메릭 항체, 인간화 항체 또 는 인간 항체의 경우에도 정도는 낮지만 HAMA가 생성될 수 있다. 완전 인간 기원의 항체 (fully human antibody)의 경우에도 항원결합 부위에 외 인성 아미노산 서열을 갖고 있어 이 경우에도 인간
Fig. 1 Classification for ADR to classic xenobiotics (Data From Reference 4).
*Type C,D,E are rare.
(Cyclophos- phamide)