KR100943087B1 - 면역치료용 활성화 림프구 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 말초혈액에 존재하는 림프구를 분리하여 시험관내에서 증식, 활성화시키는 활성화 림프구의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 사람의 말초혈액 림프구를 항 CD3 항체, IFN-γ 및 IL-2가 있는 상태에서 배양함으로써 고효율의 독성세포를 대량 배양할 수 있다. 본 발명의 제조방법으로 증식된 활성화 림프구의 경우, LAK cell의 주성분인 CD3-CD56+(자연살상세포 표지자)세포와 CIK cell의 주성분인 CD3+CD56+세포를 모두 포함하며 대량 배양할 수 있기 때문에 LAK cell과 CIK cell 단독으로 사용했을 때보다 훨씬 높은 항암 효과를 기대할 수 있다.
활성화 림프구, 동결 보존, 세포면역치료제, 인터루킨-2, 인터페론-감마, 항 CD3 항체

Description

면역치료용 활성화 림프구 제조방법 {Manufacturing method of activated lymphocytes for immunotherapy}
도 1은 활성화 림프구의 배양 6, 10, 15 21일째 활성화 림프구수를 계측한 결과이다.
도 2는 유세포 분석기 (flowcytometry)를 이용하여 배양 조건별로 활성화 림프구의 CD3 및 CD56에 대한 표면항원을 검사한 그래프이다.
도 3은 유세포 분석기 (flowcytometry)를 이용하여 배양 조건별로 활성화 림프구의 NKG2D 및 CD56에 대한 표면항원을 검사한 그래프이다.
도 4는 유세포 분석기 (flowcytometry)를 이용하여 배양 조건별로 활성화 림프구의 CD16 및 CD56에 대한 표면항원을 검사한 그래프이다.
도 5 a,b,c는 유세포 분석기 (flowcytometry)를 이용하여 활성화 림프구의 동결 전·후의 CD3 및 CD56, NKG2D 및 CD56, CD16 및 CD56에 대한 표면항원을 검사한 그래프이다.
도 6은 정상인의 CIK(cytokine-induced killer)세포에서 항 CD3 항체와 IL-2를 첨가하여 배양할 때 CD4 및 CD25가 양성인 세포의 비율을 나타낸 것이다.
도 7은 유세포 분석기를 이용하여 배양 0일, 14일, 21일째 활성화 림프구의 CD4 및 CD25에 대한 표면항원을 분석한 결과이다.
본 발명은 활성화 림프구 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 사람의 말초혈액에 존재하는 림프구를 분리하여 시험관내 (in vitro)상에서 림프구를 대량 증식 및 활성화시켜서 본인에게 투여하거나 상기 림프구를 냉동 보존하여 본인에게 면역세포의 투여가 필요한 질병의 발생시, 이를 사용하여 세포면역치료제로서 활용하기 위한 활성화 림프구 제조 방법에 관한 것이다.
인체 내에 존재하는 면역세포 중에는 암세포 또는 바이러스 감염세포와 같이 형질전환된 세포를 인식하여 제거할 수 있는 자연살상 (NK)세포와 T 림프구 등이 존재한다. 따라서 이러한 면역세포들의 기능을 활용한다면 상기 질병에 대한 예방 및 치료에 효과가 있을 것으로 기대된다. 그러나 암환자의 경우 수술, 항암제요법, 방사선요법 등 다양한 항암치료에 의해 면역체계가 떨어져 있기 때문에 면역세포의 기능이 약화되어 있거나 그 수가 너무 부족하여 충분한 항암효과를 기대하기 어렵다. 그렇기 때문에 이러한 면역세포들을 체외에서 대량 증식 및 활성화시켜 다시 환자 본인에게 투여한다면 높은 항암효과를 기대할 수 있을 것이다. 항암 활성화 림프구 (activated lymphocyte) 세포치료제란 체외에서 사람의 혈액 내에 존재하는 면역세포를 대량 증식 및 활성화시켜 다시 본인에게 투여하여 암을 치료하는 항암면역 세포치료제 중의 하나로서 수지상세포 (dendritic cells)을 이용한 항암면역 세포치료제와 마찬가지로 환자 본인의 면역세포를 활성화하여 체내 면역을 유도하는 개인 맞춤식 항암치료제이다.
종양항원이 알려지면서 세포독성 T 림프구 (CTL)를 이용하여 특이적으로 종양세포를 제거할 수 있게 되었다 [Rosenberg et al., 1999]. 그러나 여러 암종에서 MHC class I의 발현이 감소되어 있으며 이러한 기전에 의해서 암세포는 CTL에 의한 면역감시 (immune surveillance)로부터 벗어날 수 있다고 알려져 있다 [Amiot et al., 1998]. 반면, MHC class I이 결여된 암세포는 자연살상(NK)세포에 대한 감수성이 더 높아진다 [Pawelec et al., 2004].
NK 세포는 항원인식 없이 암세포와 바이러스 감염세포를 제거할 수 있다 [Albertsson et al., 2003; Colucci et al., 2003; Smyth et al., 2002]. NK 세포의 활성은 활성화 수용체와 억제성 수용체로부터 발생되는 신호 간의 균형에 의하여 조절된다 [Farag et al., 2003]. 가장 잘 밝혀진 활성화 리간드는 NKG2D 리간드이다. 이중 MHC class I-related chain A and B (MICA/B)의 경우, 열충격 (heat shock), 산화적 스트레스 (oxidative stress) 및 바이러스 감염과 같은 스트레스에 의해 발현이 유도되며 UL-16 binding proteins (ULBPs)의 경우, 바이러스 감염에 의해 발현이 유도된다고 알려져 있다 [Vivier et al., 2002]. NKG2D 리간드들은 스트레스에 의한 발현이 유도되며 여러 종류의 암세포주에서 다양한 발현 패턴을 나타낸다 [Watzl et al., 2003].
NKG2D 리간드가 스트레스를 받았거나 형질전환된 세포를 표지할 수 있는 능력이 있음은 암세포의 NK 세포에 대한 감수성이 활성화 리간드의 발현조절에 의해서 제어될 수 있음을 의미한다. NKG2D 리간드는 종양세포의 NK 세포에 대한 감수성을 증가시킬 수 있기 때문에 MHC class I 발현이 정상적일지라도 NKG2D 리간드의 발현이 높은 암세포를 제거할 수 있게 된다 [Raulet et al., 2003]. 따라서, NKG2D 리간드 발현량을 증가시킬 수 있다면, NK, NKT, CD8+T 및 γδ T 세포와 같이 NKG2D 수용체를 발현하는 세포를 이용한 항암치료 효과를 더욱 증가시킬 수 있을 것이다.
1980년초 Rosenberg 그룹이 LAK 세포 (lymphokine-activated killer cells: IL-2로 활성화시킨 NK 세포)를 이용하여 흑색종, 신세포암, 임파종, 폐암 및 대장암 등을 대상으로 임상시험을 시도하였으나 [Rosenberg et al., 1985], LAK 세포의 항암세포 독성이 비교적 약했고, 또한 대량의 세포를 확보하기 어려워 임상에 적용하는데는 한계가 있었다. 이에 대응하여 Schmidt-Wolf 등은 말초혈액 단핵구를 항 CD3 항체, IFN-γ, IL-1 및 IL-2가 있는 상태에서 배양함으로써 고효율의 독성세포를 대량 배양하는 기술을 개발하였다 [Schmidt-Wolf et al., 1991]. 이를 CIK (cytokine-induced killer) 세포라고 하는데 기존의 LAK 세포에 비해 세포독성 및 증식 속도가 높다. 이 세포군 내에서 독성효과를 나타내는 세포는 CD56 표면항원에 양성인 세포이며 이중 CD3+CD56+ 세포가 전체의 20 ~ 30 % 정도이며 CD3-CD56+ 세포 (NK 세포의 표면항원)의 비율은 매우 낮다 (<10%)고 알려져 있다. 그러나 CIK 세포를 구성하는 세포들의 종양세포에 대한 세포독성 연구에서 CD3+CD56+ 세포보다 CD3-CD56+ 세포의 살해능력이 더 높은 것으로 밝혀졌다 [Schmidt-Wolf et al., 1993; Lu et al., 1994; Scheffold et al., 1995]. 그러므로 LAK 세포와 CIK 세포에서 항암 효과가 가장 높은 세포는 NK 세포 (CD3-CD56+)라고 판단할 수 있다.
한편, MS Dilber 등은 말초혈액 단핵구를 항 CD3 항체 및 IL-2가 있는 상태에서 배양함으로써 CD3-CD56+ 세포를 대량 배양하는 기술을 개발하였다 [Carlens et al., 2001]. 이를 CINK (cytokine-induced natural killer) 세포라고 하는데 기존의 LAK 세포에 비해 증식 속도가 높았다. 하지만 이 방법은 항 CD3 항체와 IL-2가 첨가된 CellGro SCGM 배지에서만 제한적으로 CD3-CD56+ 세포를 대량 배양시킬 수 있었다.
또한, CD4+CD25+ regulatory T 세포는 일반적으로 정상인의 말초혈액 단핵구 (PBMCs)에 5%이하의 비율로 존재하며 in vitro에서 T 세포의 증식을 억제한다고 알려져 있다[K.E. Earle et al., 2005]. 게다가 IL-2에 의해 In vitro에서 배양된 CIK세포는 많은 양의 IL-10을 분비하는 CD4+CD25+ regulatory T 세포의 증식을 유도함에따라 CTL의 증식을 억제하고 세포독성을 감소시킬 수 있다[Jan Schmidt et al., 2004]. 특히, CD4+CD25+ regulatory T 세포는 CIK 또는 NK 세포에 발현되는 NKG2D수용체의 양을 감소시키고 활성화된 CD4+CD25+ regulatory T 세포에 의해 생성되는 TGF-β가 NK 세포의 세포독성을 억제하는 것으로 나타났다[Francois G et al., 2005]. 따라서 본 발명에서는 PBMC로부터 분화·증식시킨 자가 활성화 림프구에서 CD4+CD25+ regulatory T 세포의 비율을 5%이하로 현저히 낮추어줌으로써 체내에서 자가 활성화 림프구의 기능향상을 기대한다.
이에, 본 발명자들은 상기 종래기술들의 문제점들을 극복하기 위하여 예의 연구노력한 결과, 본 발명에서는 인터루킨-2 (IL-2), 인터페론 감마 (IFN-γ), 및 항 CD3 항체의 존재 하에 활성화 림프구를 배양하는 경우, 종양세포 및 바이러스 감염세포에 대한 살해 능력이 뛰어난 CD56+ 및 NKG2D+ 세포를 대량 배양할 수 있음을 확인하고, 본　발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 주된 목적은 사람의 말초혈액에서 분리한 림프구를 항 CD3 항체, IL-2 및 IFN-γ가 있는 상태에서 배양함으로써 종양세포 및 바이러스 감염세포에 대한 살해 능력이 뛰어난 CD56+ 및 NKG2D+ 세포를 대량 배양할 수 있는 활성화 림프구 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법으로 증식시킨 활성화 림프구를 유효성분으로 함유하는 세포면역치료제 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 말초혈액에서 림프구를 채취하여 분리하는 제 1 단계; 상기 림프구를 시험관내에서 인터루킨-2 (IL-2), 인터페론 감마(IFN-γ), 및 항 CD3 항체의 존재 하에 활성화 림프구를 배양하는 제 2 단계; 상기 활성화 림프구를 일정기간 동결 보존하는 제 3 단계; 및 상기 동결 보존 단계의 세포를 융해, 복원하는 제 4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성화 림프구 제조방법을 제공한다. 상기 제 3 단계와 제 4 단계의 경우, 상기 제 1 단계와 제 2 단계를 통하여 제조한 활성화 림프구의 장기 보존이 필요할 때 활용한다.
본 발명의 상기 제 1 단계는 말초혈액에서 림프구를 채취하여 분리하는 단계를 말하는 것으로서, 이 경우 질환 또는 건강한 상태 때의 자신의 말초혈액에서 림프구를 채취하며, 채혈방법으로서는 팔의 정맥에서의 채혈이 간편하여 바람직하지만 림프구를 함유하는 것이라면 어느 것도 재료로 할 수 있다. 채혈량으로서는 0.001 ml 내지 500 ml 정도의 말초혈액이 좋고 실용적으로는 10 ml 내지 100 ml 정도의 범위내의 말초혈액 채취가 바람직하다.
본 발명의 상기 제 1 단계에서 채혈한 말초혈액에는 응고가 일어나지 않도록 헤파린, EDTA 또는 구연산을 첨가할 수 있다. 채취한 말초혈액에서 림프구를 분리하고 이것을 체외배양 (in vitro상에서의 배양)을 통하여 증식, 활성화함으로써 본 발명에서의 활성화 림프구를 얻을 수 있다.
본 발명의 상기 제 2 단계는, 상기 제 1 단계에서 분리한 림프구를 활성화, 증식시키는 배양단계를 말하는데, 제 1 단계에서 채취한 림프구의 배양법은 특별하게 한정된 것은 아니지만, IL-2, IFN-γ 및 항 CD3 항체 중 어느 것을 단독으로 또는 이것들을 조합하여 존재시킴으로써 배양하는 것이다. 이 경우, 상기 IL-2, IFN-γ 또는 항 CD3 항체를 단독으로 처리하여 배양하는 것보다 이들을 조합하여 존재시킴으로써 배양하는 것이 항암효과에서 더 뛰어난 효과를 발휘할 수 있기 때문에 IL-2, IFN-γ와 항 CD3 항체를 조합하여 배양한 경우가 가장 바람직하며, 적당한 항원 등을 사용하여 항원 특이적인 T 림프구 등을 유도한 후 추가로 CD3 항체 또는 C28 항체, 또는 각종 마이토젠 (mitogen)을 사용하여 항원 특이적인 활성화 림프구를 얻을 수도 있다. 또한 상기 항원은 항원으로 정제된 것뿐만 아니라, 암세포나 바이러스로부터의 추출물, 암세포나 바이러스 자체, 또는 이것들과 교차반응성을 가지는 유사항원에 대하여도 사용할 수 있으며, 이 경우 림프구를 증식, 활성화시키는 기능을 가지는 물질이라면 어느 물질이라도 사용할 수 있다. 한편, 상기의 IL-2 대신 IL-15를 조합하여 배양하는 것도 가능하다.
본 발명의 상기 제 2 단계에서 사용한 IL-2와 IFN-γ는 시판되고 있는 것을 사용할 수 있고 배양용 배지액에 1 ~ 2000 U/ml의 농도로 사용하는 것이 바람직하며 생리식염수, 인산염 완충용액, RPMI-1640, DMEM, IMDM, AIM-V(GIBGO, 미국), X-Vivo(Cambrex), LGM, KBM-306(고진바이오), CellGro(CellGenix) 등 일반적으로 넓게 사용되는 세포 배양용 배지액 등에 용해하여 사용할 수 있다. 일단 용해한 것은 활성의 저하를 방지하기 위하여 냉장 또는 냉동 보존하는 것이 필요하다. 한편 배양용 배지액으로는 림프구 세포의 배양에 적합한 것이라면 특별하게 제한되지 않고 사용될 수 있고 RPMI-1640, DMEM, IMDM, AIM-V, X-Vivo, LGM, KBM 및 CellGro 등이 바람직한 것으로 들 수 있으나 AIM-V, CellGro, KGM 및 X-Vivo 등과 같은 무혈청 배지가 특히 우수하다.
상기 제 2 단계에서 사용하는 배양용 배지에 혈청을 첨가하여 사용하는 것이 증식 효과에서 우수하며 여기에는 시판 중인 소의 태아 및 정상인 혈청뿐만 아니라 자가 혈청을 사용할 수도 있다. 또한 혈청을 함유하지 않는 무혈청 배지를 사용하 는 것도 가능하다. 배양은 일반적인 세포배양방법, 예컨대 CO2 인큐베이터 내에서 행해질 수 있다. CO2 농도는 1 ~ 10 %범위 내이고, 바람직하게는 3 ~ 7 %범위 내로 하고, 온도는 30 ~ 40 ℃범위 내로 하고, 특히 35 ~ 38 ℃가 바람직하다.
상기 배양에 있어서 일수는 특별히 제한되지는 않지만, 항 CD3 항체의 자극정보가 세포에 전달되는 것이 전제되어야 하기 때문에, 2 ~ 28일 정도 행하는 것이 바람직하고, 특히 3 ~ 8 일간 행하는 것이 세포에 대하여 안정한 자극정보전달을 할 수 있는 동시에 배양 효율의 관점에서 이상적이다. 상기 배양기간 내에는 현미경으로 세포상태를 관찰하여 적당한 세포수를 계측하면서 배양액을 적당히 첨가하는 것이 배양효율을 위하여 더욱 바람직하다. 또한 상기 배양에서는 통상 배양개시 1 ~ 4 일째에는 세포증식이 없지만, 그 이후부터는 세포증식이 관찰되어 순조롭게 증식되기 시작하면 배양액이 오렌지색에서 황색으로 변화하게 되며, 배양액의 추가 첨가량은 첨가 전의 배양 중 배지액의 양에 대하여 0.1 ~ 5 배 정도의 추가첨가가 바람직하다. 한편, 상기 추가 첨가의 주기는 배양액의 열화 및 IL-2 활성의 저하를 방지하기 위하여 1 ~ 7 일, 바람직하게는 2 ~ 4 일에 1회씩 하는 것이 필요하다.
본 발명의 상기 제 2 단계에서의 배양은, IL-2와 IFN-γ를 함유하는 배양용 배지액에 단핵구 세포를 부유시켜 상기 항 CD3 항체를 고형화한 배양 용기에 넣어 배양을 개시할 수 있다. 게다가 이 경우, 필요에 따라 배양액 중에 각종 사이토카인과 마이토젠을 첨가하여 사용하면 상기 림프구의 증식, 활성화의 효율이 더욱 향상된다. 또한 상기 림프구 세포의 자극에 사용하는 상기 항 CD3 항체는 동물 또는 세포에서 생산한 항체를 정제하여 사용할 수 있으며, 시판용 OKT-3 항체를 사용할 수도 있다. 그러나 이것 이외에도 상기 림프구의 증식, 활성화를 촉진할 수 있는 항체라면 특별히 한정되지 않고, 항 CD28 항체 등도 사용될 수 있다.
본 발명의 상기 제 3 단계에서, 상기 활성화 림프구를 일정 기간 냉동 보관하는 동결 보존 단계를 말하는데, 보존하는 림프구는 그 크기 등에 따라서 세포 보존액에 현탁하는 밀도를 적당히 선택할 수 있는데 1× 103 개/ml ~ 1× 1010 개/ml 밀도에서 보존액 안에 현탁하고 동결 보존하는 것이 요구된다. 또한 이 경우에 사용되는 세포 보존액의 양도 정해져 있지 않은데, 편의성을 생각해서 0.1 ml ~ 1000 ml의 범위 내에서 사용할 수 있으나 0.5 ml에서 100 ml의 범위가 보다 바람직하다.
본 발명의 상기 제 3 단계에서의 동결보존액은 시판 중인 세포 보존액을 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 자가 조제하여 사용할 수도 있다. 세포보존액의 성분은 적당한 완충액 또는 기초 배지에 혈청이나 단백질, 다당류 등의 고분자 물질과 Dimethyl Sulfoxide (이하 'DMSO'라고 칭한다.)을 포함한 것을 사용할 수 있고 보존되는 세포에 따라서 열거되는 물질이 반드시 전부 필요한 것은 아니다. 그래서 세포보존이 가능한 보존액이라면 그 조성은 제한되지 않는다. 림프구는 적당한 세포보존액에 현탁되어 저온 하에 동결 보존된다. 제조된 동결 보존액은 제조 후 사용시까지 냉장고 (4 ℃)에 보존할 수 있다.
본 발명의 활성화 림프구 제조방법에서, 상기 활성화 림프구는 CD56+ 및 NKG2D+ 인 것을 특징으로 하는 활성화 림프구 제조방법인 것이 바람직하다. 본 발 명에서 상기 CD56+는 살해세포(killer cell) 표지자이며 NKG2dD+는 림프구 활성화 수용체 표지자이다.
본 발명의 실시예 3의 결과로 나타나는 도 2의 그래프의 x축은 CD3 (T-림프구 표지자)을 표지한 것이고 y축은 CD56를 표지한 것으로서, 각 그래프는 4개의 구획으로 나뉘어서 분석되는데, 네 구획 중 좌상 구획 (O1 영역)이 CD3 음성, CD56 양성인 자연살상세포(NK cell)를 표시하는 부분이며 우상 구획 (O2 영역)이 CD3와 CD56이 모두 양성인 림프구를 표시하는 부분이다. 이 두 구획 (O1, O2 영역)의 세포가 항암효과를 가지는 림프구를 나타낸다. 그러므로, 이러한 분석에 의할 때 본 발명의 실시예대로 IL-2, IFN-γ 및 항 CD3항체를 조합하여 배양한 경우 모든 실험군 (G1 ~ G4)에서 살해세포 표면항원인 CD56의 발현 비율이 60 %이상이었다. 또한, 모든 실험군 (G1 ~ G4)에서 T-림프구 표지자인 CD3 음성인 세포의 비율은 50% 이상이고, CD3-CD56+ NK cells의 비율은 47 %이상이었다. 이러한 결과로 볼 때, 본 발명에서 사용한 AIM-V, CellGro, X-Vivo 및 KBM 배지 모두 항암효과가 뛰어난 살해세포를 대량 배양하는데 유용한 것으로 판단할 수 있다.
한편 도 3에서는 NK, NKT, CD8T, γδ T cell과 같은 림프구의 활성화에 관여한다고 알려져 있는 활성화 수용체 중의 하나인 NKG2D 수용체의 발현 정도를 조사하였다. 도 3의 그래프의 x축은 NKG2D을 표지한 것이고 y축은 CD56을 표지한 것으로서, 각 그래프는 4개의 구획으로 나뉘어서 분석되는데, 네 구획 중 우상 (O2 영역) 및 우하 (O4 영역) 두 구획이 NKG2D 양성인 림프구를 표시하는 부분이며 특히 우상 구획이 NKG2D와 CD56이 모두 양성인 활성화 림프구를 표시하는 부분이다. 그러므로, 이러한 분석에 의할 때 본 발명의 실시예대로 IL-2, IFN-γ 및 항 CD3항체를 조합하여 배양한 경우 모든 실험군 (G1 ~ G4)에서 NKG2D에 양성인 림프구수 90 %이상이었으며 거의 대부분의 살해세포 (CD56 양성세포)에서 NKG2D가 양성이었다. 이러한 결과로 볼 때, 본 발명의 제조방법대로 배양한 활성화 림프구는 종양세포나 바이러스 감염된 세포에 대하여 높은 활성을 나타낼 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 활성화 림프구 제조방법에서, 상기 활성화 림프구는 CD56+, NKG2D+ 이외에 CD16+를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 활성화 림프구 제조방법인 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 CD16+는 Fc gamma RIII 표지자이다.
본 발명의 실시예 3의 결과로 나타나는 도 4의 그래프의 x축은 CD16 을 표지한 것이고 y축은 CD56을 표지한 것으로서, 각 그래프는 4개의 구획으로 나뉘어서 분석되는데, 네 구획 중 우상 구획 (P2 영역)이 CD16와 CD56이 모두 양성인 림프구를 표시하는 부분이다. CD16 표면항원의 경우, 항원 의존성 세포성 세포독성 (antibody-dependent cell-mediated cytotoxocity, ADCC)을 유도한다고 알려져 있다. 따라서 본 발명의 실시예대로 제조한 세포의 경우 CD16 표면항원을 발현하고 있는 세포의 비율이 모든 실험군에서 40% 이상이기 때문에 CD16 표면항원이 거의 발현되어 있지 않다고 알려져 있는 CIK cell 보다 훨씬 강력한 항암효과를 나타낼 것으로 판단된다.
본 발명의 활성화 림프구 제조방법에서, 상기 활성화 림프구는 바람직하게는 CD4+ 및 CD25+의 비율이 3 ~ 6 %, 더욱 바람직하게는 5%이하 인 것을 특징으로 한다.
암 환자의 말초혈액에는 CD4 및 CD25양성인 세포가 정상인에 비해 2.5배 높게 존재한다고 알려져 있으며[Anna Maria Wolf et al, 2003] 암환자 뿐만 아니라 정상인 말초혈액으로부터 배양하여 얻은 CIK(cytokine-induced killer)세포에서도 CD4 및 CD25가 양성인 세포가 증가한다고 알려져 있다. 즉, 정상인의 CIK이더라도 항 CD3 항체 (또는 OKT-3)와 IL-2를 첨가하여 배양하면 CD4 및 CD25가 양성인 세포의 비율이 배양 전 0.5± 0.07%였지만 14일 배양 후 35.5± 8.4% 까지 증가한다고 보고 되고 있다 (도 6 참조)[Jan Schmit et al., 2004]. 그러나 본 발명에서는 암환자의 말초혈액에서 분리한 림프구에서 CD4 및 CD25 양성인 세포가 10%이상으로 나타났지만 IFN-γ, 항 CD3 항체 및 IL-2를 첨가하여 21일 배양한 활성화 림프구에서는 CD4 및 CD25가 양성인 세포의 비율이 5%이하인 정상수준으로 감소하였다 (도 7참조).
본 발명의 활성화 림프구 제조방법에서, 상기 항 CD3 항체는 배양용기에 고형화하여 사용하는 것을 특징으로 하는 활성화 림프구 제조방법인 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 항 CD3 항체는 배양용 배지액에 함유시켜서 사용하는 것이 바람직하지만, 림프구의 증식효율, 조작 용이성의 관점에서 고형화하여 사용하는 것도 좋다. 항체를 고형화하는 기구로는 유리, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리스틸렌 등의 재질의 배양용기를 들 수 있다. 이 경우, 입수가 용이한 것으로 시판용 플라스틱제의 세포배양 플라스크 등을 사용할 수도 있고, 그 크기는 적당하게 선택할 수 있다. 고형화는 상기 항 CD3 항체의 희석액을 상기 고형화한 기구에 첨가하고 예컨대 4 ~ 37 ℃에서 2 ~ 24 시간 방치하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 항 CD3 항체의 고형화에는 멸균한 인산염 완충용액 등의 생리적인 완충용액 중에 항 CD3 항체를 0.1 ~ 30 μg/ml의 농도로 희석하여 사용한다. 고형화후 사용시까지 냉방과 냉장고 (4 ℃)에 보존할 수 있고, 이 경우에는 사용시 액을 제거하고 필요에 따라 상온의 상기 인산염 완충용액 등의 생리적인 완충용액에 세정하여 사용할 수 있다.
본 발명의 도 1은 배양 6, 10, 15 21일째 활성화 림프구수를 계측한 결과이다. 배양 조건별로 G1 및 G5는 AIM-V, G2 및 G6은 CellGro, G3 및 G7은 X-Vivo 그리고 G4 및 G8은 KBM 배지를 배양배지로 사용하였다. 배양 21일째 활성화 림프구수를 계측한 결과, 배양 초기의 림프구수에 비하여 항 CD3 항체를 배양용 배지에 함유시켜서 배양했을 때(G1 ~ G4), 활성화 림프구수가 평균 168 배 증가했으며 항 CD3 항체의 고형화 플라스크에서 배양했을 때(G5 ~ G8), 평균 338 배 증가하였다. 상기의 결과에서와 같이 항 CD3 항체의 고형화 플라스크에서 배양했을 때, 세포 증식률이 2배 정도 높았으며 AIM-V, CellGro, X-Vivo 및 KBM 배지 모두에서 활성화 림프구의 대량 배양이 가능했다.
또한, 항 CD3 항체의 고형화 플라스크를 이용한 경우와 항 CD3 항체를 배양용 배지액에 함유시켜서 배양했을 때와의 세포 증식 및 활성화 정도를 비교해보았다. 항 CD3 항체의 고형화 플라스크에서 배양했을 때 증식 정도가 2배 정도 높았으며 배양 21일째 CD3, CD16, CD56 및 NKG2D에 대한 표면항원을 분석했을 때, 배양 조건에 따른 차이는 거의 없었다.
본 발명의 활성화 림프구 제조방법에서, 상기 동결 보존은 동결 튜브(tube) 또는 백(bag)을 사용하여 동결하는 세포수는 0.5 ~ 10.0 × 107 세포/동결 튜브, 0.05 ~ 10.0 × 1010 세포/동결 백인 것을 특징으로 하는 활성화 림프구 제조방법인 것이 바람직하다.
본 발명의 동결 세포가 보존될 동결 용기는 시판 중인 세포 동결 튜브 또는 백 어느 것도 사용할 수 있으며, 그 크기는 적당하게 선택할 수 있다. 동결하는 세포의 수는, 각 동결 튜브당 0.5 ~ 10.0× 107 개가 적당하며, 동결하는 튜브의 수는 채혈량에 따라 달라지며 2 ~ 1000 개의 단위 수까지 보존 가능하다. 동결 백의 경우, 각 동결 백당 0.05 ~ 10.0× 1010 개가 적당하며, 동결하는 백의 수는 채혈량에 따라 달라지며 1 ~ 10 개의 단위 수까지 보존 가능하다. 그리고, 사용시에 이것을 해동, 융해하고 복원해서 투여한다. 특별한 경우에는 해동, 융해 후 바로 투여도 가능하다.
본 발명의 활성화 림프구 제조방법에서, 상기 일정기간은 최대 15년이며, 필요에 따라 적절한 시기에 해동, 융해 및 복원할 수 있으며, 장기간 동결 보존할 수 있는 것을 특징으로 하는 활성화 림프구 제조방법인 것이 바람직하다. 상기 동결 보존된 활성화 림프구는 당업자가 실시할 수 있는 어떠한 세포 동결 보존 방법으로도 보관이 가능하나, 본 발명의 실시예에서와 같이 controlled rate freezing system을 이용하여 일차적으로 동결 용기의 온도를 -70 ~ -90 ℃(-1 ℃/min씩 감소)까지 떨어뜨린 다음 질소탱크로 옮겨서 보관할 경우 15년 이상까지 보관이 가능 하다.
본 발명의 동결 보존의 경우, 냉동고, 초저온 냉동고 또는 질소탱크 등을 통하여 얼릴 수 있으나 림프구의 안정성과 증식효율 면에서 controlled rate freezing system을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 controlled rate freezing system는 시판되고 있는 것을 사용할 수 있지만, 직접 개발해서 사용할 수도 있다. 또한 상기 controlled rate freezing system에서 동결세포를 보관하는 기간은 0 ~ 30일 범위 내이고, 바람직하게는 0 ~ 7일 사이에 하는 것이 좋다. 여기서 0일이란, 상기 controlled rate freezing system에서 동결 보관기간이 1 ~ 24시간인 것을 의미한다. 상기의 기간이란 활성화 림프구를 장기간 보관할 수 있는 질소 탱크로 옮기기 직전의 예비 동결(preliminary freezing) 기간을 나타낸다. 상기 controlled rate freezing system에서 질소탱크로 옮길 때는 cane이나 동결튜브상자를 포함하여 질소탱크에 들어갈 수 있는 어느 시판용 물건을 사용해도 무방하다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 항 CD3 항체, 인터루킨-2(IL-2) 및 인터페론-감마 (IFN-γ)를 포함하는 활성화 림프구의 배양용 배지 조성물을 제공한다. 종래의 CD3-CD56+ 세포를 배양하는 기술은 항 CD3 항체와 IL-2가 첨가된 CellGro SCGM 배지에서만 제한적으로 배양할 수 있으나, 본 발명에서는 IL-2 및 항 CD3 항체 이외에 IFN-γ를 새롭게 추가하여 CellGro SCGM 이외의 AIM-V, CellGro DC, KBM-306 및 X-Vivo 배양배지에서도 CD3-CD56+세포를 대량 배양할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명의 제조방법으로 증식시킨 활성화 림프구를 유효성분으로 함유하는 세포면역치료제 조성물을 제공한다.
본 발명에서의 세포면역치료제란 체외에서 사람의 혈액 내에 존재하는 면역세포를 대량 증식 및 활성화시켜 다시 본인에게 투여하여 암을 치료하는 항암면역 세포치료제 중의 하나로서 수지상세포 (dendritic cells)을 이용한 항암 면역세포치료제와 마찬가지로 환자 본인의 면역세포를 활성화하여 체내 면역을 유도하는 개인 맞춤식 항암치료제이다.
본 발명에서는 정상인 뿐만 아니라 말기암 환자의 말초혈액 림프구를 항 CD3 항체, IFN-γ 및 IL-2가 있는 상태에서 배양했을 때 거의 동일한 활성을 띤 활성화 림프구를 대량 증식할 수 있었다. 또한, 본 발명에서의 제조 방법으로 얻었던 활성화 림프구를 장기간 동결 보관해 두었다가 융해·복원했을 때, 세포 생존율 및 활성도가 유지되었다. 따라서 본 발명은 질환자 및 건강한 사람의 말초혈액에 존재하는 림프구를 분리하여 시험관내 실험 (in vitro)상에서 증식, 활성화시켜서 환자 본인에게 투여하거나 상기 림프구를 냉동 보존하여 본인에게 면역세포의 투여가 필요한 질병의 발생시, 이를 융해·복원하여 세포면역치료제로서 활용할 수 있다.
본 발명의 세포면역치료제 조성물은 당업계에 일반적인 제형, 예컨대, 주사제의 형태로 제조될 수 있으며, 외과수술적으로 암부위에 직접 이식하거나, 정맥에 투여된 후 암부위로 이동할 수 있다. 본 발명의 조성물은 질병의 유형, 투여경로, 환자의 나이 및 성, 및 질병의 정도에 따라 변할 수 있으나, 바람직하게는 평균 성인의 경우, 1 × 107 ~ 1011 세포를 투여한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시 예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
실시예 1: 채혈 및 림프구 분리
사람의 정맥으로부터 말초혈액을 10 ~ 100 ml을 채혈하고 무균상태에서 혈액을 뽑아내었다. 이 때, 채혈 용기로는 헤파린 또는 EDTA와 같은 항응고제가 포함된 채혈 튜브(tube) 또는 백(bag)를 이용하였다. 그런 다음 50 ml 원심관에 주입하고 동량의 인산염 완충용액(PBS)을 첨가하여 잘 혼합하였다. Histopaque-1077 용액(Sigma)을 50 ml 원심관에 인산염 완충용액으로 희석한 혈액과 1:2 ~ 1:4 비율이 되도록 넣은 후 인산염 완충용액으로 희석한 혈액을 원심관에 액면을 흩뜨리지 않도록 서서히 넣어주고 회전수 400× g, 상온 조건하에서 30 분간 원심분리한 후 림프구 분획을 분리하였다. 그런 다음 적당량의 인산염 완충용액으로 3회 원심세척하였다. 마지막 원심세척 후, 상층액을 제거하고 림프구를 인산염 완충용액으로 림프구 침전물을 잘 부유시켜 trypan blue 용액을 이용하여 림프구수를 측정한 결과, 총 세포개수는 2.0 × 107 ~ 2.0 × 108 개였다.
실시예 2: 항 CD3 항체의 고형화 플라스크의 조제
인산염 완충용액에 5 ㎍/ml로 조제한 항 CD3 항체 (올소클론 OKT3주사액, 제조사: Ortho Biothech) 10 ml을 바닥면적 225 cm2인 배양용 플라스크에 넣고 밑면에 용액을 균일하게 퍼지도록 하였다. 다음날 플라스크의 항체용액을 흡인기로 빨아들이고 인산염완충용액으로 3회 세척하여 항 CD3 항체의 고형화 플라스크를 조제하였다.
실시예 3: 활성화 림프구 배양
본 발명에서는 배양 조건에 따른 활성화 림프구 증식율 및 활성화 정도를 비교해 보고자 하였다. 그러므로 배양 조건별로 배양배지의 종류를 다르게 하여 상기의 림프구 현탁액을 1000 U/ml IFN-γ(Leucogen, 엘지생명과학)와 1 ~ 5 % 사람혈청이 함유된 적절한 배지(G1: AIM-V(GIBGO, 미국), G2: CellGro(CellGenix), G3: KBM(고진바이오), G4: X-Vivo(Cambrex)) 50 ml 내에 각각 넣어 잘 전도혼화하여 세포배양용 플라스크 용기에 각각 넣고 37 ℃, 5 % CO2 존재 하에서 배양하였다. 배양 24 시간 이후, 플라스크 용기 내의 배양액을 수거하여 새로운 T225 cm2 플라스크 용기로 옮기고 500 U/ml IL-2(Proleukin, CHIRON)와 50 ng/ml 항 CD3 항체(Orthoclone, Ortho Biotech)를 각각의 플라스크 용기에 첨가하였다. 한편, 배양 조건별로 상기 실시예 2에서 제조한 항 CD3 항체의 고형화 플라스크를 이용한 경우와 항 CD3 항체를 배양용 배지액에 함유시켜서 배양했을 때와의 세포 증식 및 활성화 정도를 비교해보았다. 5일 후, 배양 조건별로 플라스크 용기 내의 배양액을 수거하여 새로운 T225 cm2 플라스크 용기로 옮기고 IL-2가 포함된 배양용 배지(이하‘ 배양배지’라고 한다)를 50 ml씩 추가하여 37 ℃, 5 % CO2 존재 하에서 배양하였다. 또한 4일 후, 배양배지를 각각의 플라스크에 100 ml씩 첨가하고 37 ℃, 5 % 농도의 탄산가스 존재 하에서 배양하였다. 배양기간 동안, 2 ~ 3일 간격으로 500 U/ml 인터루킨 2를 첨가했으며 활성화 림프구의 과밀도 현상을 막기 위하여 배양 14 ~ 15 일째 플라스크 용기 개수를 늘리면서 37 ℃, 5 % CO2 존재 하에서 21일 동안 배양함으로써 활성화 림프구 5.0× 108 ~ 5.0× 1010 개를 얻었다.
도 2 ~ 4는 유세포 분석기 (flowcytometry)를 이용하여 배양 조건별로 배양 21일째 활성화 림프구의 표면항원을 조사한 결과인데, 도 2는 CD3 및 CD56, 도 3은 NKG2D 및 CD56, 도 4는 CD16 및 CD56에 대한 표면항원을 분석한 결과이다. 도 2~4에서 G1은 AIM-V, G2는 CellGro, G3은 X-Vivo 그리고 G4는 KBM 배지를 배양배지로 사용하였다. 또한, 항 CD3 항체의 고형화 플라스크를 이용하여 조건별로 배양 21일째 활성화 림프구의 CD3 및 CD56, NKG2D 및 CD56, CD16 및 CD56에 대한 표면항원을 조사한 결과, 각 표면항원의 발현 정도가 항 CD3 항체를 배양용 배지액에 함유시켜서 배양했을 때와 거의 유사했다.
본 발명의 제조 방법으로 활성화 림프구를 제조할 때, 동결·보존해 두었던 말초혈액 림프구를 항 CD3 항체, IL-2 및 IFN-γ가 있는 상태에서 배양하더라도 림프구의 증식 및 활성화가 잘 되었다.
실시예 4: 활성화림프구 중 면역억제 T 세포 CD4+/CD25+의 비율
본 발명에서는 면역관용을 유도하는 면역억제 T 세포중의 하나인 CD4+/CD25+ 의 발현정도를 유세포 분석기를 이용하여 배양시기별로 조사하였다. 도 7은 유세포 분석기를 이용하여 배양 0일, 14일, 21일째 활성화 림프구의 CD4 및 CD25에 대한 표면항원을 분석한 결과이다. CD4 및 CD25의 발현정도는 배양함에 따라 감소하였고 21일 배양 후에는 정상수준(5%이하)으로 감소하였다 (도 7).
실시예 5: 활성화 림프구의 동결보존
배양 조건별로 상기 3단계에서 얻은 배양 21일째 활성화 림프구를 수거하여 원심분리한 후 각각의 상기 배양용 배지를 제거하고 활성화 림프구 침전물을 얻었다. 상기 활성화 림프구 침전물을 세포보존액(7 ~ 15 % DMSO, 0.1 ~ 10 % penta-starch, 0.1 ~ 10 % heparin 및 1 ~ 20 % albumin이 포함된 Medium199)과 잘 혼합한 후 배양 조건별로 10개의 1.8 ml의 세포 보존용 튜브 (corning)에 각각 1.0 ml씩 분주하였다. 그런 다음 controlled rate freezing system을 이용하여 동결 튜브의 온도를 -90 ℃(-1 ℃/min씩 감소)까지 떨어뜨리고 질소탱크로 옮겨서 보관하였다.
실시예 6: 동결 보존 활성화 림프구의 융해, 검사
보관 60 일 후, 상기 제 4 단계에서 동결보존해둔 튜브를 배양 조건별로 3개의 동결튜브를 각각 꺼내어 25 ~ 37℃ 항온수조에서 1 ~ 4분간 해동하고 세포보존액을 제거하기 위하여 배지를 이용하여 3 회 세척하고 상기의 배양용 배지로 현탁 하였다. 그런 다음 trypan blue 용액을 이용하여 생존율을 측정한 결과 생존율은 배양조건별로 70 ~ 80 %의 범위를 나타내었다 (표 1). 한편 상기 활성화 림프구 현탁액을 배양조건별로 각각 T75 cm2 플라스크 용기에서 37 °C, 5 % CO2 존재 하에서 2 ~ 3일간 배양 후, 활성화 림프구의 생존율을 검사한 결과 생존율은 95 % 이상이었으며 CD3, CD16, CD56와 NKG2D에 대한 표면항원 분석 결과 동결 보존 전·후 각 표면항원에 대한 비율이 거의 유사하였다. 이러한 결과로 유추해 볼 때, 장기간 동안의 동결보존이 활성화림프구의 활성도에 별다른 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다(도 5).
[표 1]. 동결 전·후의 배양조건별 세포생존률
Figure 112007035092325-pat00001
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 기존의 활성화 림프구 제조상의 한계점을 극복하기 위하여 사람의 말초혈액에서 분리한 림프구를 항 CD3 항체, IL-2 및 IFN-γ가 있는 상태에서 배양함으로써 종양세포 및 바이러스 감염세포에 대한 살해 능력이 뛰어난 CD56+ 및 NKG2D+ 세포를 대량 배양할 수 있는 제조 방법을 개발하였다. 따라서 상기의 방법으로 증식 및 활성화 시킨 활성화 림프구를 세포면역치료제로서 활용함으로써 항암 효과를 훨씬 높일 수 있을 것이다. 또한 자신이 건강할 때의 말초혈액 림프구로 증식 및 활성화 시킨 활성화 림프구를 장기간 냉동·보관함으로써 이후에 면역세포가 투여가 필요한 질병의 발생시 이를 사용하여 세포면역치료제로서 활용하여 질병을 치료할 수 있다.

Claims (8)

  1. 말초혈액에서 림프구를 채취하여 분리하는 단계; 상기 림프구를 시험관내에서 인터페론 감마 (IFN-γ)를 처리한 후, 인터루킨-1 (IL-1)을 처리하지 않고 인터루킨-2 (IL-2) 및 항 CD3 항체를 처리하여 활성화 림프구를 배양하는 단계; 상기 활성화 림프구를 일정기간 동결 보존하는 단계; 및 상기 동결 보존단계 단계의 세포를 융해, 복원하는 단계를 포함하는, CD4+CD25+의 비율이 5 % 이하이고, CD3-CD56+의 비율이 47 % 이상이고, NKG2D+의 비율이 90 % 이상인 활성화 림프구 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 활성화 림프구는 CD16+를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 활성화 림프구 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 항 CD3 항체는 배양용기에 고형화하여 사용하는 것을 특징으로 하는 활성화 림프구 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 동결 보존은 동결 튜브 (tube) 또는 백 (bag)을 사용하여 0.5 ~ 10.0 × 107 세포/동결 튜브, 0.05 ~ 10.0 × 1010 세포/동결 백의 세포수로 동결하는 것을 특징으로 하는 활성화 림프구 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 따른 제조방법으로 증식시킨 활성화 림프구를 유효성분으로 함유하는 세포면역치료제 조성물.
KR1020070046070A 2006-08-23 2007-05-11 면역치료용 활성화 림프구 제조방법 KR100943087B1 (ko)

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