KR20190129424A

KR20190129424A - 알파-갈락토실세라마이드 및 esat6를 적재한 b 세포를 포함하는 결핵 치료 및 예방용 세포 백신

Info

Publication number: KR20190129424A
Application number: KR1020180054050A
Authority: KR
Inventors: 고현정; 권보은; 박은경; 안재희; 정현진; 정혜숙; 신은경; 유정식
Original assignee: 강원대학교산학협력단
Priority date: 2018-05-11
Filing date: 2018-05-11
Publication date: 2019-11-20
Also published as: WO2019216543A1; KR102122802B1

Abstract

본 발명은 자연살해 T 세포의 리간드와 항원을 적재한 B 세포를 매개로 한 세포백신에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 자연살해 T 세포의 리간드로 알파-갈락토실세라마이드 (α-galactosylceramide, αGC) 를 사용하고, 항원으로 ESAT6을 사용함으로써 우수한 항결핵 효과를 갖는 세포백신에 관한 것이다.
본 발명은 결핵의 항원 중 ESAT6를 타겟으로 하여 백시니아 바이러스에 발현시킴으로써 항원 전달을 극대화시키고, 이를 B세포에 형질도입한 후 자연살해 T 세포의 리간드인 알파-갈락토실세라마이드를 적재함으로써, 효과적인 면역반응 유도효과 및 감염에 대한 CFU감소 효과를 가지는 세포백신 (cell-based vaccine) 을 제공한다.

Description

알파-갈락토실세라마이드 및 ESAT6를 적재한 B 세포를 포함하는 결핵 치료 및 예방용 세포 백신 {Vaccine for treating and preventing tuberculosis comprising B cell loading α-galactosylceramide and ESAT6}

본 발명은 자연살해 T 세포의 리간드와 항원을 적재한 B 세포를 매개로 한 세포백신에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 자연살해 T 세포의 리간드로 알파-갈락토실세라마이드 (α-galactosylceramide, αGC) 를 사용하고, 항원으로 ESAT6을 사용함으로써 우수한 항결핵 효과를 갖는 세포백신에 관한 것이다.

결핵은 Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis) 에 의해서 감염되어 발병하는 만성 전염성 질환으로 전세계적으로 가장 심각한 감염성 질환 중의 하나로 알려져 있다. 또한, 결핵은 결핵균이 발견된 이래 전세계적으로 사망률이 가장 높은 질병으로 알려져 있다 (Paulson, T. 2013. Epidemiology: A mortal foe. Nature 502: S2-3). 결핵은 가난으로 인한 열악한 생활환경, 과밀 거주, 영양실조, 알코올 남용 및 인간면역결핍 바이러스 (HIV) 감염 등의 원인으로 발병되는 것으로 알려져 있다 (JAMA 300: 423-430., Lancet 375: 1814-1829.R, BMC Public Health 9: 450). 또한, 만성 신부전증, 당뇨 환자들에서 결핵의 감염 위험이 더 높은 것으로 알려져 있다 (American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 2000;161:S221-S247).

M. tuberculosis로 인한 결핵 감염은 대부분 증상이 없는 잠복 결핵이 대부분이지만, 약 12% 정도의 비율로 활동성 결핵으로 발달하는 것으로 알려져 있다 (World Health Organization. 2016. Global Tuberculosis Report. World Health Organization, Geneva, Switzerland).

현재 BCG (Bacillus-Calmete-Guerin) 예방백신이 전세계적으로 널리 이용되고 있어 (Tuberculosis (Edinb) 104: 46-57), BCG 백신이 아동기의 결핵성 수막염 및 결핵의 전염을 예방하는 기능을 하고 있지만, 초기 감염에 대한 방어 효과는 떨어지는 것으로 알려져 있다. 또한 BCG 백신은 잠복기 결핵 감염에 대한 예방효과가 없고 폐결핵에 대해서도 효율이 0 내지 80%인 것으로 보고되고 있다. 특히 성인의 경우에는 BCG 백신의 효율이 매우 가변적인 것으로 나타난다 (Clin Infect Dis 31 Suppl 3: S64-67). 따라서, 이러한 BCG 백신의 한계점 및 문제점을 보완 및 극복하기 위한 대책이나 새로운 백신의 개발이 필요한 실정이다.

최근 100여년 동안 효과적인 결핵 백신을 개발하고자 수많은 연구가 진행되었다. 결핵 백신에는 예방 백신과 치료 백신의 두 가지의 형태가 있다. 예방 백신은 프라이밍 백신과 부스팅 백신을 포함한다. 상기 예방 백신의 프라이밍 백신은 영아기에 투여하며 M. tuberculosis 초기 노출을 목적으로 한다. 대표적으로 VPM1002와 같은 재조합 BCG 및 MTBVAC와 같은 약독화 M. tuberculosis 백신이 존재한다 (Vaccine 31: 1340-1348.Cell host & microbe 3: 97-103).

또한, 예방 백신의 부스팅 백신은 청소년기 또는 성인에게 투여하며 프라이밍 백신이나 잠복 결핵 감염 후의 면역반응의 증가를 유도하기 위한 목적으로 사용된다. 부스팅 백신은 Hybrid 1-IC31, Hybrid 1-CAF01, ID93 등과 같은 subunit 백신, MVA85A, Crucell Ad35/Aeras 402, Ad5-Ag85A와 같은 바이러스 벡터를 이용한 백신, 또는 DAR-901와 같은 세포백신 등이 존재한다 (Vaccine 32: 7098-7107.Vaccine 33: 4130-4140.,Vaccine 34: 2179-2187.,Pathog Dis 74: ftw016.,Am J Respir Crit Care Med 195: 1171-1180.,PloS one 4: e5856.,Vaccine 33: 3047-3055.).

치료 백신의 경우 짧은 기간에 직접 약물을 투여하는 방법이며 RUTI, Vaccae (SRL-172) 등이 알려져 있다 (Scandinavian journal of immunology 84: 204-210.J Immune Based Ther Vaccines 9: 3).

현재까지 다양한 연구가 이루어졌지만, 약독화시킨 BCG 백신보다 월등하게 우수한 결핵 예방 백신은 아직까지 개발되지 않았다. 특히, 최근 기존의 항결핵제에 대해 저항성을 가지는 다제내성 결핵균의 출현으로 인한 감염 증가와 면역결핍환자에서의 잠복 결핵의 교차 감염 등이 결핵치료를 더욱 어렵게 하고 있는 실정이다. 따라서 기존의 백신과는 다른 새로운 개념의 결핵 백신, 또는 기존 백신을 보완할 수 있는 결핵 백신의 개발이 필요하다.

결핵에 대한 새로운 예방 및 치료용 백신 개발을 위해 다양한 결핵 항원들을 타겟으로 백신 연구가 진행되어 왔다.

항원 중 ESAT6는 M. tuberculosis에서 발현하는 반면, 현재 상용되고 있는 BCG 백신에는 발현하지 않는 것으로 알려져 있다. 그러나, ESAT6 항원을 이용하여 면역반응을 유도함에 있어서, ESAT6의 효율적인 전달시스템을 개발하는 것에 문제점이 있었다. 특히, ESAT6를 이용한 DNA 백신, 아데노 바이러스 백신 등은 직접적인 결핵균 감염에 대해서 CFU를 감소시키지 못했다 (Infection and immunity 68: 791-795.,Scandinavian journal of immunology 75: 259-265.,Molecular medicine reports 14: 1146-1152).

최근 수지상세포를 이용한 세포백신은 항원 특이적인 T 세포면역을 유도함으로써 새로운 백신의 가능성을 보여주고 있으나, 혈액과 림프 조직에서 수지상세포가 소수이고, 체외에서 증식시키기 어려운 문제점을 갖는다.

또한, B 세포는 혈액과 림프 조직에서 다량 존재하고 체외에서 증식시킬 수 있으나, 약한 면역원성을 가지는 단점을 해결할 필요가 있다.

본 발명자들은 체외에서 대량 증식이 가능하고 우수한 면역원성을 갖는 B세포를 매개로 한, 결핵의 예방 또는 치료용 세포백신을 제공하고자 한다.

구체적으로, 본 발명은 자연살해 T 세포의 리간드와 항원을 적재한 B 세포를 제공한다. 즉, 본 발명은 자연살해 T 세포의 리간드로 알파-갈락토실세라마이드를 사용하고, 항원으로 ESAT6을 사용함으로써 우수한 항결핵 효과를 갖는 백신을 제공한다.

본 발명자들은 결핵의 항원 중 ESAT6를 타겟으로 하여 백시니아 바이러스에서 발현시킴으로써 항원을 극대화시키고, 이를 B 세포에 형질도입 시킨 후 자연살해 T 세포의 리간드인 알파-갈락토실세라마이드를 적재시킴으로써, 효과적인 면역반응 유도 효과를 가질 뿐만 아니라, 결핵균의 CFU를 직접적으로 감소시키는 효과를 가지는 세포백신 (cell-based vaccine) 을 개발하였다.

본 발명은 자연살해 T 세포의 리간드 및 ESAT6를 적재한 B 세포를 포함하는 결핵 치료 및 예방용 백신에 관한 것이다.

상기 리간드는 알파-갈락토실세라마이드인 것이 바람직하다.

상기 ESAT6은 M. tuberculosis 균주의 ESAT6 유전자 서열을 백시니아 바이러스 벡터에 도입하여 제조될 수 있다.

본 발명의 세포백신은 MHC class II, CD1d 및 CD86의 함량을 증가시킬 뿐만 아니라, TNFα와 IFNγ의 함량을 증가시킴으로써, 우수한 면역반응 유도 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 세포백신은 BGC 백신과 병용하여 또는 순차로 투여될 수 있다. 세포백신 및 BGC 백신을 순차적으로 또는 병용하여 투여할 경우, 각각을 단독으로 투여할 때보다 더 우수한 항결핵 효과를 갖는다.

본 발명은 하기 단계를 포함하는 결핵 치료 및 예방용 백신의 제조 방법을 제공한다:

(i) M. tuberculosis 균주의 ESAT6를 백시니아 바이러스에서 발현시키는 단계;

(ii) 상기 발현된 ESAT6를 B 세포에 형질 도입시키는 단계; 및

(iii) 알파-갈락토실세라마이드를 B 세포에 적재시키는 단계.

본 발명의 세포백신은 우수한 T 세포 면역반응을 유도할 수 있을 뿐만 아니라, 직접적으로 결핵균의 CFU를 감소시키는 우수한 효과를 갖는다.

또한, 기존의 결핵 백신으로 알려진 BCG 백신이 발현하지 않는 ESAT6을 항원으로 하기 때문에, BCG와 병용할 경우 BCG의 한계점을 보완할 수 있어, 새로운 결핵 백신으로 개발할 수 있다.

도 1은 각 그룹에서 MHC class II의 MFI 값을 나타낸다.
도 2는 각 그룹에서 CD1d의 MFI값을 나타낸다.
도 3은 각 그룹에서 CD86의 MFI값을 나타낸다.
도 4는 각 그룹에서 TFNα 및 IFNγ의 실험결과를 나타낸다.
도 5는 각 그룹에서 IFNγ 분비량을 나타낸다.
도 6은 in vivo 감염실험에서 CBA를 통해 cytokine을 측정한 결과를 나타낸다.
도 7은 폐를 H&E 염색법으로 염색하여 염증정도를 확인한 결과를 나타낸다.
도 8은 폐에서의 CFU 측정의 결과를 나타낸다.
도 9는 간에서의 CFU 측정의 결과를 나타낸다.
도 10은 BCG와 세포백신을 투여한 경우의 실험결과를 나타낸다.

상기의 자연 살해 T 세포의 리간드는 스핑고모나스 속 (Sphingomonas spp.) 기원의 알파-갈락투로노실세라마이드 (alpha-galacturonosylceramide) 및 알파-글루쿠로노실세라마이드 (alpha-glucuronosylceramide), M. tuberculosis 유래의 포스파티딜이노시톨테트라만노사이드 (phosphatidylinositoltetramannoside), 자가 항원인 이소글로보트리섹소실세라마이드 (isoglobotrihexosylceramide), 갱글리오사이드 GD3(ganglioside GD3), 포스파티딜콜린 (phosphatidylcholine), 베타-갈락토실세라마이드 (betagalactosylceramide,), Leishmania 표면 당결합 리포포스포글리칸 (lipophosphoglycan), 글리코이노시톨 포스포리피드 (glycoinositol phospholipids), 알파-갈락토실세라마이드의 유사체인 베타-아노머 갈락토실세라마이드 (beta-anomeric GalCer), 알파-아노머 갈락토실세라마이드 (alpha-anomeric GalCer), 알파-갈락토실세라마이드의 변이체 (J. Am. Chem. Soc. 126:13602, 2004), 및 박테리아 지질 항원, 예를 들어 노카디아 팔시니카 (Nocardia falcinica) 유래의 글루코스 모노마이콜레이트 (glucose monomycolate, Moody, D. B. et al.J. Exp. Med. 192:965, 2000) 를 포함할 수 있다. 바람직하게 자연 살해 T 세포의 리간드는 알파-갈락토실세라마이드일 수 있다.

알파-갈락토실세라마이드는 설치류 및 원숭이에서 독성을 유도하지 않는 것으로 보고된다 (Nakata etal., Cancer Res., 58: 1202-1207, 1998). 2200 ㎍/Kg의 알파-갈락토실세라마이드가 주입된 마우스에도 부작용은 없는 것으로 보고된다 (Giaccone et al., Clin. Cancer Res., 8: 3702, 200). 진행 중인 임상 시험에서도 알파-갈락토실세라마이드의 전신 투여에 의하여 경미한 두통과 같은 부작용이 일부 보고되었으나 (Mie Nieda et al., Blood, 103: 383-389,Giaccone et al., Clin. Cancer Res., 8: 3702, 200), 파라세타몰 (paracetamol) 투여에 의해 예방될 수 있고, 미약한 전신적 부작용이 반드시 나타나는 것은 아니다 (Giaccone et al., Clin. Cancer Res.,8: 3702, 200).

본 발명에서도 알파-갈락토실세라마이드는 용량제한독성 (dose-limiting toxicity) (50-4800 ㎍/m²) 을 야기하지 않고, 용량증가실험 (dose escalation study) 에서도 내성을 보여 알파-갈락토실세라마이드는 안전한 물질로 판단된다.

결핵 항원 발현을 위해 B 세포에 도입될 수 있는 바이러스는 아데노 바이러스 (Adeno virus), 레트로 바이러스 (Retro virus), 백시니아 바이러스 (Vaccinia virus), 폭스 바이러스 (Pox virus), 신드비스 바이러스 (Sindbis virus) 등일 수 있으며, 바람직하게는 백시니아 바이러스이나, 이에 한정되지 않는다.

상기 바이러스를 이용하는 방법 외에도 항원 유전자 전달로 적용 가능한 방법은 (1) DNA를 리포좀 (liposome) 에 결합시켜 형질 도입하여 효소 분해로부터 DNA를 보호하거나 엔도솜 (endosome)으로 흡수하도록 하는 방법, (2) DNA에 단백질로 구성된 분자 콘쥬게이트 (molecular conjugate) 또는 합성 리간드를 결합하여 세포로 DNA를 전달 효율을 높이는 방법 (예를 들어, 아시알로글리코프로테인 (Asialoglycoprotein), 트랜스페린 (transferrin), 폴리머 IgA (polymeric IgA)), (3) PTD (Protein transduction domain) 을 이용한 새로운 DNA 전달 시스템으로 세포로 DNA의 전달 효율을 높임으로써 항원 유전자를 전달하는 방법 (예를 들어, Mph-1), (4) 펩티드를 사용하는 방법 등을 이용하여 항원 단백질을 B 세포에 적용함으로써 B 세포가 항원을 제시하도록 할 수 있다.

본 발명의 백신은 비경구로 투여될 수 있으며, 비경구 투여는 피하주사, 정맥주사, 근육내 주사 또는 흉부내 주사 등의 방식을 포함한다. 비경구 투여용 제형으로 제제화하기 위해서, 본 발명의 세포백신을 안정제 또는 완충제와 함께 혼합하여 용액 또는 현탁액으로 제조하고 이를 앰플 또는 바이알의 단위 투여형으로 제제화한다. 백신은 환자에서 면역반응을 자극하기에 효과적인 양으로, 일회 내지 수회로 투여될 수 있다.

본 발명의 "항원"은 숙주의 체내에 들어왔을 때, 숙주의 면역계에 의하여 인식되어 면역반응을 일으킬 수 있는 모든 물질 (예를 들면, 단백질, 펩타이드, 암세포, 당단백질, 당지질, 생바이러스, 사바이러스, DNA 등)을 의미한다. 본 발명에서는 결핵균 및 결핵균이 발현하는 단백질, 펩타이드, 당단백질 등을 의미한다.

항원은 또한 정제된 또는 정제되지 않은 형태로 제공될 수 있으며, 정제된 형태로 제공되는 것이 바람직하다.

본 발명의 “ESAT6 (Early Secretory Antigen Target-6)”은 Mycobacterium이 발현하는 항원으로써, ESAT6의 초기 감염 단계 이후 발현 수준은 M. tuberculosis CFU 당 0.8 전사물로 안정된다. 이러한 수준은 감염 후 적어도 100일까지 안정적으로 유지된다 (Rogerson, BJ 등 2006). 또한 전사 데이터는 감염 부위에서 감염의 후 단계에서의 ESAT6의 강한 T 세포 인식을 보이는 면역 데이터에 의하여 뒷받침된다. 이러한 구조적인 발현 패턴은 병원체가 면역 숙주 내에서 생존하기 위하여 구조적으로 발현될 필요가 있는 유전자들에 의존하는 기능을 달성한다는 것을 보여주는 중요한 특징이다.

이하 본 발명의 실시예를 기재한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

전달 벡터 pVVT1-C7L-tPA-ESAT6의 제작

M. tuberculosis H37Rv 균주의 ESAT6 유전자 서열을 이용하여 세포 내에서 발현율을 높이기 위해 서열 변형 (sequence modification) 을 진행하였다. M. tuberculosis ESAT6 유전자 서열을 이용하여 인간화 코돈 최적화 (humanized codon optimization) 를 진행 후, 유전자 상류에 세포 내 분비 신호펩타이드인 tPA (tissue plasmodium activator) 서열과 함께 유전자 합성을 진행하였다. 합성된 유전자는 Sfi1 제한 효소를 이용하여 절단 후 백시니아 바이러스 전달벡터인 pVVT1-GFP-C7L 플라스미드에 결찰 (ligation) 하여 pVVT1-C7L-tPA-ESAT6를 제작하고, 이를 E. coli DH5α에 형질전환 (transformation) 하였다. 제작된 pVVT1-C7LtPA-ESAT6는 VVTK-F와 VVTK-R 프라이머를 사용한 유전자 서열분석을 통해 삽입된 유전자의 염기서열을 확인하였으며, 엠피실린이 포함한 배지에 대량 배양하고 미디프렙트 (midiprep kit)를 이용하여 대량 분리하였다. 여기서, 시퀀싱 프라이머 서열은 하기 표 1에 나타내었다.

프라이머	서열
VVTK-F	5`-TTTGAAGCATTGGAAGCAACT-3`
VVTK-R	5`-ACGTTGAAATGTCCCATCGACT-3`

[실시예 2]

재조합바이러스 제조

백시니아 바이러스 균주인 KVAC103 (기탁번호 KCCM11574P) 과 클로닝 된 전달벡터를 베로 세포 (Vero cell) 에 공-형질감염 (co-transfection) 시켰다. 베로 세포는 형질감염 하루 전 12-웰 플레이트에 OPTI-MEM (2% FBS) 배지를 사용하여 1x10⁵ 세포/웰로 시딩 (seeding) 하였다. 모 바이러스인 KVAC103 균주를 0.02 M.O.I 비율로 2시간 동안 감염시킨 후 리포펙틴 (lipofectin) 2000과 클로닝 된 전달벡터 1.5 ㎍ 혼합액을 미리 감염시킨 베로 세포에 뿌려주고, 4시간 동안 감염시킨 후, 5% CO₂ 배양기에서 3 내지 4일 동안 배양하면서 CPE (cytopathic effect) 를 확인하였다.

5% FBS DMEM 배지에서 배양한 베로 세포를 이용하여 재조합 바이러스를 2 내지 3회 계대 배양한 후, 2회 플라크 분리 (plaque isolation) 실험을 진행하여 CPE가 확인된 플라크는 전달벡터의 프라이머를 이용해 PCR을 수행하여 재조합바이러스 제작 성공 여부를 확인하였다. 제작된 재조합바이러스는 웨스턴 블럿 실험 결과 항원 유전자의 단백질 발현이 확인되었다.

[실시예 3]

재조합바이러스 배양 및 농축

재조합바이러스 배양 및 농축은 베로 세포 (Vero cell, SFM, OptiMEM) 에 제작된 재조합바이러스를 감염시킨 후, 2 내지 3일 동안 CPE를 확인하였다. CPE가 확인되면 동결 및 해동을 2 내지 3회 반복하여 세포를 깨고 배지와 세포를 회수하였다. 4000 rpm으로 30분간 원심 분리하여 세포잔존물이 제거된 상층액만을 회수한 후, 포어 사이즈 100,000NMWL의 아미콘 필터 (amicon filter) 을 이용하여 재조합 바이러스를 농축하였다.

[실시예 4]

마우스 비장세포에서의 B 세포 분리

본 발명에서는 6-8주령인 암컷 C57BL/6 사용하였다. 마우스는 ORIENTBIO Inc. 에서 구입하였고, 모든 마우스는 강원대학교 실험동물센터에서 보존되었다.

마우스 유래의 B 세포를 순수 분리하기 위하여, 마우스로부터 비장을 적출하여 균질화 (homogenization) 하였다. 비장세포에 CD45R/B220z biotin (BD bioscience, Cat.553085) 과 Anti-Biotin Microbeads (Miltenyi Biotec, Cat.130-090-485) 를 이용하여 B220⁺하여 적혈구를 제거하였다. CD45R/B220 biotin 10ul를 PBS+FBS 1% (이하, “PBS+”로 기재함) 990ul에 넣어 적혈구가 제거된 비장세포에 혼합하였다. 4°C에서 5분마다 흔들어주며 총 15분 동안 배양하였다. 배양 후 PBS+를 첨가하여 세척 및 원심분리 후, PBS+ 900ul에 Anti-Biotin Microbeads 100ul를 넣어 biotin이 붙은 세포에 혼합한 후 4°C에서 5분마다 흔들어주며 총 15분 동안 배양하였다. 배양 후 세포를 세척 및 원심분리 후, 최종적으로 세포를 PBS+ 1ml에 준비하였다. 이후 LS column (Miltenyi Biotec, Cat.130-042-401) 을 magnetic에 위치 시키고 PBS+ 3ml씩 2번 pre-washing 하였다. 이후 세포를 넣고 PBS+ 3ml씩 2번 세척하였다. 최종적으로 LS column을 magnetic에서 제거한 후 새로운 conical tube에 위치시킨 후, PBS+ 5ml을 넣은 후 피스톤을 이용하여 세포를 분리하였다.

[실시예 5]

마우스 비장세포에서의 T 세포 분리

마우스 유래의 T 세포를 순수 분리하기 위하여, 마우스로부터 비장을 적출하여 균질화 (homogenization) 하였다. 비장 세포에 CD8alpha-PE 항체를 염색한 후 Anti-PE Microbeads (Miltenyi Biotec, Cat.130-097-054) 를 이용하여 세포 분리를 하였다. 세포 분리의 방법은 균질화된 비장세포를 RBC lysis buffer를 이용하여 적혈구를 제거하였다. PBS+ 100ul에 CD8alpha-PE 항체 3-5ul를 섞어 적혈구를 제거한 비장세포에 넣었다. 4°C에서 10분 배양 후 세척 및 원심 분리하였다. 세포를 PBS+ 80ul에 풀어주고 Anti-PE Microbeads 20ul를 추가한 후 4°C에서 15분 배양 후, 세척 및 원심분리 하였다. 최종적으로 세포를 PBS+ 1ml에 준비하였다. 이후 LS Column (Miltenyi Biotec, Cat.130-042-401) 을 magnetic에 위치시키고 PBS+ 3ml씩 2번 pre-washing 하였다. 이후 세포를 넣고 PBS+ 3ml씩 2번 세척하였다. 최종적으로 LS column을 magnetic에서 제거한 후, 새로운 conical tube에 위치시킨 후, PBS+ 5ml을 넣은 후 피스톤을 이용하여 세포를 분리하였다.

LS Column 통해 양성 선택된 세포는 CD8α⁺세포이며, 음성으로 분리된 세포는 CD4⁺ T Cell Isolation Kit mouse (Miltenyi Biotec, Cat.130-104-454) 를 이용하여 추가로 세포 분리를 진행하였다. 음성으로 분리된 세포에서 CD4⁺ T 세포 분리 방법은 negative selection으로 얻은 세포를 원심분리한 후 PBS+ 100ul에 준비하였다. CD4⁺ T Cell Isolation Kit에 구성품 중 Biotin-Antibody Cocktail 30ul를 넣어주었다. 4°C에서 10분 배양한 후, 세척 및 원심분리한 후, 세포를 PBS+ 200ul에 준비하고 Anti-Biotin Microbeads 60ul를 추가하였다. 4°C에서 15분 배양한 후, 세척 및 원심분리 하여 최종적으로 PBS+ 1ml에 준비하였다. 이후 LS Column (Miltenyi Biotec, Cat.130-042-401) 을 magnetic에 위치시키고 PBS+ 3ml씩 2번 pre-washing 하였다. 이후 새로운 conical tube를 column 아래에 위치시킨 후 세포를 넣고 PBS+ 3ml씩 2번 세척하였다. 사용한 CD4⁺ T 세포 분리 키트가 negative selection이기 때문에 이 과정에서 conical tube에 받아지는 세포가 CD4⁺ T 세포이다.

[실시예 6]

마우스 비장세포에서의 수지상 세포 분리

마우스 유래의 수지상 세포를 순수 분리하기 위하여, 마우스로부터 비장을 적출하여 균질화 (homogenization) 하였다. 균질화된 비장 세포에 collagenase D (Worthington, LS0004186) 1mg/ml 처리한 후 37℃에서 30분간 반응시킨 후 원심분리 하여 세포를 얻었다. 이후 CD11c Microbeads (Miltenyi Biotec, Cat.130-108-338) 을 이용하여 CD11c⁺ 세포를 분리하였다. 세포 분리의 방법은 균질화된 비장세포를 RBC lysis buffer를 이용하여 적혈구를 제거하였다. 적혈구를 제거한 비장세포를 PBS+ 400ul에 풀어주고 CD11c Microbead 100ul를 첨가한 후 4°C에서 10분 배양하였다. 세척 및 원심분리한 후 최종적으로 세포를 1ml에 준비하였다. 이후 LS Column (Miltenyi Biotec, Cat.130-042-401) 을 magnetic에 위치시키고 PBS+ 3ml씩 2번 pre-washing 하였다. 이후 세포를 넣고 PBS+ 3ml씩 2번 세척하였다. 최종적으로 LS column을 magnetic에서 제거한 후 새로운 conical tube에 위치시킨 후, PBS+ 5ml을 넣은 후 피스톤을 이용하여 세포를 분리하였다.

[실시예 7]

세포백신 제조 및 T 세포 반응 확인

B 세포를 분리한 후 6-well plate에 혈청이 포함되지 않은 RPMI (WELGENE, Cat.LM 011-01) 배지에서 B세포 및 실시예 2에서 제조한 Vacciniavirus-ESAT6 재조합 바이러스를 공동 배양하여 형질도입을 유도하였다.

37℃ CO₂ 배양기에서 2시간 공동배양 후 FBS (Gibco, Cat.26140-079) 및 RPMI 배지를 첨가한 후, 알파-갈락토실세라마이드 (이하 “αGC”로 기재함) (Enzo, Cat.BML-SL232) 를 적재하는 well은 1μg/ml의 농도로 첨가하였다. 37℃ CO₂ 배양기에서 22시간 추가 배양한 후 세포를 획득하여 1X PBS로 3번 세척한 후, C57BL/6 마우스에 B세포 단독, B/αGC, B/αGC/VacESAT6를 각각 정맥 투여한 그룹과 BCG 균주를 근육 주사한 그룹에서 생체 내의 T 세포 반응을 확인하였다.

유세포분석기는 BD Biosciences FACSVerse flow cytometer를 사용하였다. 항체는 PE Mouse Anti-Mouse H-2kb (BD bioscience, Cat.553570), PE Rat Anti-Mouse I-A/I-E (BD bioscience, Cat.557000), alpha GalCer:CD1d Complex Monoclonal Antibody (L363) PE (ebioscience, Cat.12-2019-82), PE Hamster Anti-Mouse CD80 (BD bioscience, Cat.553769), PE Rat Anti-Mouse CD86 (BD bioscience, Cat.553692), (550954) PerCP-Cy™Rat Anti-Mouse CD4 (BD bioscience, Cat.550954), (553033) PE Rat Anti-Mouse CD8α (BD bioscience, Cat.553033), TNF alpha Antibody, APC (Monoclonal, MP6-XT22) (ebioscience, Cat.17-7321-82), IFN gamma Antibody, PE (Monoclonal, XMG1.2) (ebioscience, Cat.12-7311-82), Anti-Mouse CD16/CD32 Purified (ebioscience, 14-0161-85)를 사용하였으며, 세포 염색 후 유세포 분석기를 이용하여 세포집단을 측정하였다.

[실시예 8]

M. Kasnsasii 균주의 준비

Mycobactirum Kansasii (M. Kansasii) 는 ESAT6를 발현하는 균주로, 상기 균주를 1.5x10⁹CFU/ml로 보관하고, 10⁷ CFU/mouse로 마우스 감염실험을 진행하였다.

균의 CFU 측정을 위한 배지는 Difco™Middlebrook 7H10 Agar (BD, Cat.262710) 및 Difco™Middlebrook 7H9 Broth (BD, cat.271310)를 이용하였다. 7H10 agar 배지는 OADC를 만들어 supplement로 넣어준 후 최종적으로 페트리 접시에 넣어 굳혀 사용하였다. OADC는 Sodium Chloride (Duchefa, Cat.S0520.5000), Dextrose (SHOWA, Cat.0402-2160), Bovine Albumin Fraction V (MPBio, Cat.160069), Catalase (Sigma, Cat.C1345), Oleic acid (Sigma, Cat.O1383) 을 3차 멸균 증류수에 희석하여 제조하였다.

7H9 broth 배지는 ADC를 만들어 supplement로 넣어준 후 최종적으로 50ml conical tube에 분주하여 사용하였다. ADC는 Sodium Chloride, Dextrose, Bovine Albumin Fraction V, Catalase를 3차 멸균 증류수에 희석하여 제조하였다. OADC 및 ADC는 필터 하여 사용하였다.

[실시예 9]

M. Kasnsasii 감염 후 조직에서 CFU 확인 방법

M. Kansasii 는 stock vial을 1x PBS에 희석하여 10⁷ CFU/mouse로 정맥주사를 통해 감염을 진행하였다. 감염 2주 후 마우스를 희생하여 폐와 간 조직을 얻었다. 각 조직은 125mg/ml로 균질화하여 배지에 적정을 진행하였고, 폐 조직의 경우 1x PBS에 0.04% Tween80을 넣은 완충용액으로 균질화하였고, 간 조직의 경우 1x PBS에 1mM EDTA를 넣은 완충용액으로 균질화하였다. 균질화된 조직을 10^-1-10^-5까지 7H9 broth (ADC 포함) 로 희석하였다. 이후 7H10 agar에 희석한 조직액을 도말하고 3주 동안 37℃ 배양기에서 배양한 후, 콜로니 개수를 세어 CFU를 계산하였다.

[실시예 10]

조직에서의 cytokine 및 RNA level 확인 방법

상기 방법으로 균질화된 조직을 CFU 측정에 사용한 후, 13000rpm, 10분, 4℃ 원심분리한 후 상층액을 수득하여 보관하였다. 조직 상층액으로 BD™Cytometric Bead Array (CBA) Mouse Inflammation kit (BD bioscience, Cat.552364) 를 이용하여 조직 내의 cytokine을 확인하였다. 또한 조직 상층액으로 QIAamp Viral RNA Mini Kit (QIAGEN, Cat.52906) 를 이용하여 RNA 추출한 후 THUNDERBIRD®Probe qPCR Mix (Toyobo, Cat.QPS-201)를 이용하여 qPCR를 진행하여 유전자 레벨을 확인하였다.

[시험예 1]

세포백신의 면역반응 유도 확인 (MHC class II, CD1d 및 CD86의 MFI 값 측정)

B세포에 vacciniaESAT6를 형질 도입한 후 αGC를 적재시키는 실험방법이 B세포에서 면역반응을 유도하는지 여부를 확인하기 위하여, in vitro 배양 실험을 진행하였다.

비장에서 B220⁺ 세포 분리한 후, 플레이트에 seeding하였다. 각 well에 대조군 (B세포만), B/BCG (B세포에 BCG 도입), B/αGC (B 세포에 αGC 도입), B/vacciniaESAT6 (B세포에 vacciniaESAT6를 도입), B/αGC/vacciniaESAT6 (B세포에 vacciniaESAT6 및 αGC를 도입) 를 처리하고 24시간 배양한 후 형광 염색을 하여 유세포분석기로 확인하였다.

도 1에 나타낸 바와 같이, B220⁺세포에서 MHC class II의 MFI 값이 대조군에 비해 다른 모든 그룹에서 증가한 것을 확인할 수 있었다. 또한, B/αGC/vacciniaESAT6 그룹이 다른 B/BCG, B/αGC 및 B/vacciniaESAT6 그룹과 비교하여 MFI 값이 유의적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 자연살해 T 세포 (Natural Killer T cell, 이하 “NKT”로 기재함) 를 지표하는 분자인 CD1d의 MFI 값은 NKT의 ligand인 B/αGC 그룹에서 증가하였다. 또한, B/αGC/vacciniaESAT6 그룹이 B/αGC 그룹과 비교하여 더욱 증가한 것을 확인할 수 있었다.

도 3에 나타낸 바와 같이 T cell의 공-자극 (co-stimulatory) 분자인 CD86의 MFI 값은 대조군에 비해 다른 모든 그룹에서 증가한 것을 확인할 수 있었다. 또한, B/αGC/vacciniaESAT6 그룹이 다른 B/BCG, B/αGC 및 B/vacciniaESAT6 그룹과 비교하여 MFI 값이 가장 많이 증가한 것을 확인할 수 있었다.

상기 시험 결과를 통해, 본 발명의 세포백신 (cell-based vaccine) 은 면역반응을 충분히 유도할 수 있는 것을 확인하였다.

[시험예 2]

세포백신의 면역반응 유도 확인 (동물실험)

백신 반응 및 항결핵에 대한 기전에는 T 세포의 활성, 공-자극 (co-stimulatory) 분자, T 세포가 분비하는 cytokine인 TNFα와 IFNγ가 매우 중요하다고 알려져 있다. 시험 예 1에서 본 발명의 세포백신 (cell-based vaccine) 이 충분히 면역반응을 유도하는 것을 확인했기 때문에, 마우스에 투여한 후의 면역반응 실험을 추가로 진행하였다.

BCG는 근육주사로 투여하였으며, 세포백신 (cell-based vaccine) 은 정맥주사로 투여하였다. 세포백신 (cell-based vaccine)은 2주 후에 부스팅 하였다. 부스팅 2주 후, 각 그룹의 비장에서 CD4⁺ T 세포를, Naive 마우스 (C57BL/6) 의 비장에서 CD11c⁺ 수지상 세포를 각각 분리하여 공동 배양 하였다.

공동배양한 세포에 자극원으로 ESAT6-specific CD4 peptide, H37Rv (live) 0.1 MOI, H37Rv (Heat-Killed) 0.1 MOI로 각각 자극을 준 후, 72시간 동안 37℃ CO₂ 배양기에서 공동 배양 하였다. 이후 세포를 수득하여 형광시료로 염색하고 CD4⁺ T 세포에서 TNFα와 IFNγ 분비량을 유세포분석기를 이용하여 확인하였다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 자극원의 유무에 상관없이 CD4⁺ T 세포에서 TFNα와 IFNγ에 모두 양성인 개체수가 B/αGC/vacESAT6 그룹에서 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

도 5에서 나타낸 바와 같이, 배양액 상층액으로 ELISA 기법을 통해 IFNγ의 분비량을 확인한 결과, H37RV (live) 자극원을 제외한 나머지 자극원에 대해 B/αGC/vacESAT6 그룹의 IFNγ 분비량이 월등하게 증가하였음을 확인할 수 있었다.

상기의 결과를 통해 본 발명의 세포백신 (cell-based vaccine)은 in vivo 조건에서도 충분히 T 세포를 활성화시킬 수 있다는 것을 확인하였다.

[시험예 3]

세포백신과 BCG 백신의 효능 비교

상기 시험예 1 및 2를 통하여, in vitro와 in vivo에서 세포백신 (cell-based vaccine) 으로 인한 면역반응 유도를 충분히 확인하였다. 따라서, 감염에 대한 방어와 치료효과를 확인하기 위하여 ESAT6를 발현하는 M. kansasii 균주를 이용하여 in vivo 감염 실험을 진행하였다.

In vitro 실험을 통해 본 발명의 세포백신이 결핵균(MTB)에 대한 면역반응을 유도하는 것을 확인하였으며, M. Kansasii 감염 모델에서 효과를 검증함으로써 ESAT6를 발현하는 Mycobacterium에 효과가 있는지를 추가로 확인하고자 하였다.

BCG는 10⁵ CFU/mouse 근육주사 투여하였고, B/αGC/vacESAT6는 정맥주사로 투여하였으며, 투여 1주일 후 세포백신 (cell-based vaccine) 은 부스팅을 진행하였다. 처음 투여 2주 후에 M. kansasii를 10⁷ CFU/mouse 정맥주사 투여로 감염을 진행하였고, 감염 진행 2주 후에 희생하여 감염정도를 확인하는 실험을 진행하였다.

상기 시험 결과 체중에는 차이가 없었으나, 비장, 폐, 간의 크기를 비교해 보았을 때 감염 그룹에서 크기가 증가되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, M. kansasii 감염 후에 비장, 폐, 간의 크기가 증가한다고 알려져 있으므로 실험군에서 감염이 정상적으로 진행이 되었다는 것을 확인할 수 있었다.

도 6에 나타낸 바와 같이, CBA를 통해 폐에서 cytokine을 측정한 결과 TNF, MCP-1 및 IL-6의 염증성 cytokine이 감염 그룹에 비해 BCG 및 세포백신 투여 그룹에서 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 폐를 H&E 염색법으로 염색하여 염증정도를 확인한 결과, 감염 그룹과 투여 그룹에서의 차이가 크지 않았다.

그러나, 도 8 및 9에 나타낸 바와 같이, 폐 및 간을 균질화 (homogenization) 하여 배지에 도말하고 3주 후 균을 세어 본 결과, 폐와 간에서 감염 그룹과 비교하여 BCG 및 세포백신 투여 그룹에서 CFU가 감소한 것을 확인하였으며, 세포 백신 투여 그룹에서 CFU 감소가 BCG 투여 그룹에서 더 큰 것을 확인할 수 있었다.

상기 결과로부터 M. kansasii 감염에 대해서 B/αGC/vacESAT6의 세포백신의 투여가 염증성 cytokine을 감소시킬 뿐만 아니라, 폐와 간에서 직접적으로 CFU가 감소시키는 효과를 가지며, CFU를 감소시키는 효과가 BCG 투여보다 더 큰 것을 확인하여, 우수한 항결핵 효과를 갖는 것을 알 수 있다.

[시험예 4]

BCG 백신 접종 후 세포백신으로 2차접종 할 경우의 효과 실험

BCG를 투여한 후에 B/αGC/vacESAT6의 세포백신을 부스팅 투여하는 경우, BCG의 효과를 더욱 증진시킬 수 있는지 여부를 확인하기 위해, 다음과 같이 실험을 진행하였다.

선제적으로 BCG를 투여한 그룹에 2주 후 부스팅으로 세포백신을 투여하고, BCG 단일 투여 그룹과 비교하였다. 부스팅 투여 2주 후에 M. kansasii를 정맥 주사하여 감염 진행하였으며 3주 동안 마우스의 체중을 측정하였다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 감염이 되지 않은 대조군의 초기 체중을 100%로 하였을 때 대조군의 3주차 체중은 110%이고, 감염 그룹의 3주차 체중은 약 90% 정도인 것을 확인할 수 있었다. 또한, BCG 단독 투여 그룹은 약 100%로 원래 체중을 유지하고 있었고, 세포백신으로 부스팅 투여한 그룹은 약 105%로 BCG 단독 투여 그룹 보다 더 큰 체중을 나타내었다.

결국, 상기 시험 결과를 통해, B/αGC/vacESAT6 세포백신은 자체 투여만으로도 충분한 T 세포 면역반응을 유도할 수 있음을 확인하였으며, 기존의 항결핵 백신으로 알려진 BCG와 병용할 경우, BCG의 효과를 증가 및 보완할 수 있음을 확인하였다.

Claims

자연살해 T 세포의 리간드 및 ESAT6를 적재한 B 세포를 포함하는 결핵 치료 및 예방용 백신.
제1항에 있어서, 상기 리간드는 알파-갈락토실세라마이드(α-galactosylceramide)인 것을 특징으로 하는 결핵 치료 및 예방용 백신.
제1항에 있어서, ESAT6가 백시니아 바이러스에서 발현되는 것을 특징으로 하는 백신.
제1항에 있어서, 상기 백신은 MHC class II, CD1d 및 CD86의 함량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 백신.
제1항에 있어서, 상기 백신은 TNFα와 IFNγ의 함량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 백신.
제1항에 있어서, 상기 백신은 BGC 백신과 병용하여 또는 순차로 투여될 수 있는 것을 특징으로 하는 백신.
하기 단계를 포함하는 결핵 치료 및 예방용 백신의 제조 방법:
(i) Mycobacterium tuberculosis 균주의 ESAT6를 백시니아 바이러스에서 발현시키는 단계;
(ii) 상기 발현된 ESAT6를 B 세포에 형질 도입시키는 단계; 및
(iii) 알파-갈락토실세라마이드를 B 세포에 적재시키는 단계.