한 번의 약물 투여로 평생의 질병을 치료하는 세상이 온다면 어떨까요? 3세대 바이오의약품 세포·유전자 치료제는 질병의 증상을 완화하는 대신, 손상된 세포나 유전자를 직접 교정해 질병의 원인을 근본적으로 해결하며 그 가능성을 열고 있습니다. IMAGINE 이번 시리즈에서는 그 가능성의 최전선에 선 연구자, 심재혁 교수와 함께 세포∙유전자 치료제가 그리는 내일을 이야기합니다.
세포∙유전자 치료제란 무엇이고, 기존의 항체 의약품과는 어떤 차이가 있는지 궁금합니다.
세포 치료제는 아주 쉽게 말해 사람의 세포를 꺼내서 강화하거나, 고장 난 세포를 꺼내서 고친 다음 몸에 다시 집어넣어 주는 방식의 치료제입니다. 새로 주입한 그 세포가 몸속에서 질병의 원인과 직접 싸우게 만드는 거예요. 우리에게 가장 친숙한 줄기세포 치료제, 차세대 면역 항암제로 잘 알려진 CAR-T(Chimeric Antigen Receptor-T) 치료제가 세포 치료제에 해당합니다.
유전자 치료제는 세포를 고장 낸 설계도(유전자) 자체를 직접 고쳐 정상적인 기능을 되찾게 만드는 원리입니다. 세포가 지닌 비정상적인 유전자를 정상 유전자로 바꿔주거나 새 기능을 더해서, 고장 난 세포가 제 기능을 되찾도록 하죠. AAV (Adeno Associated Virus) 치료제가 대표적입니다.
세포∙유전자 치료제는 3세대 의약품이에요. 1세대 의약품은 아스피린과 같이 우리가 약국에서 쉽게 볼 수 있는 합성 의약품, 2세대 의약품이 바이오 의약품인데, 삼성바이오로직스가 만드는 항체 의약품도 바이오 의약품에 해당하죠.
기존 항체 의약품과 세포∙유전자 치료제 사이 가장 큰 차이는 작용 기전에 있습니다. 항체 의약품이 세포 밖에서 세포 표면 단백질을 차단하거나 신호를 조절하면서 질병을 치료한다면, 세포∙유전자 치료제는 세포 안으로 직접 DNA나 RNA를 전달해 체내 세포가 스스로 새로운 단백질을 만들거나 결함을 개선하게 만드는 게 특징입니다. 게다가, COVID mRNA 백신처럼 플랫폼 기술을 통해 다양한 질병들에 대한 치료제를 쉽고 빠르게 생산할 수 있습니다.
세포∙유전자 치료제 중에서도, 유전자 치료제 중 하나인 AAV(Adeno-Associated Virus)를 오랜 시간 연구해 오셨습니다. AAV 치료제란 무엇이고, 어떻게 환자의 질병을 치료하나요?
AAV는 크게 단백질 껍데기인 캡시드(Capsid)와 그 안에 실린 유전 정보(Genome) 두 가지 요소로 이뤄져 있습니다. 이 AAV가 환자의 몸으로 들어가서 유전 정보를 세포 안까지 전달하면, 세포는 새로 받은 유전 정보를 읽고 정상적인 단백질을 만들어내기 시작합니다. 이게 AAV의 치료 기전이에요.
유전자 치료제는 희귀 질환 치료를 목적으로 많이 사용되는데요, 희귀 질환 환자는 특정 단백질을 보유하고 있지 않은 경우가 많습니다. 그래서 그 단백질을 만들어 내는 유전자를 삽입하는 거에요.
유전자 치료제가 치료 가능성을 활발하게 열고 있는 질환에는 또 어떤 것들이 있을까요? 더불어 현재 글로벌 유전자 치료제 시장에서 눈에 띄는 변화나 트렌드는 무엇인지 궁금합니다.
현재 가장 유명한 AAV 치료제로는 척수성 근위축증 치료제인 졸겐스마(Zolgensma)가 있습니다. 척수성 근위축증은 SMN1(Survivor Motor Neuron 1) 유전자가 손상되어 SMN 단백질을 만들지 못하는 것이 원인인데, 이때 AAV 기반 유전자 치료제가 정상 유전자를 세포 안에 삽입해 세포가 스스로 SMN 단백질을 생성하도록 돕습니다. 그러면 신경세포가 죽지 않고 근육 기능을 유지할 수 있어, 질환의 근본 원인에 접근해 장기적인 개선을 기대할 수 있죠.
AAV 치료제가 모든 희귀 질환 환자에게 잘 적용되면 좋았겠지만, 한계도 있습니다. 인체가 오히려 결손 상태의 유전 정보에 적응해 새로 삽입한 유전 정보가 제대로 작동하지 않는 경우, 투입된 AAV 치료제가 체내에서 의도치 않은 강한 면역 반응을 일으키는 경우도 있거든요. 이러한 한계들을 극복하기 위해 유전자 치료제의 연구 흐름도 비바이러스계(Non-virus) 전달체를 활용하거나 유전 정보의 형태도 DNA에서 mRNA. siRNA, ASO 등으로 확장되는 움직임을 보이고 있습니다.
유전자 치료제 기술이 세포 치료제 기술을 보완하는 면도 있어요. 환자의 세포를 채취해 실험실에서 다시 프로그래밍할 때, 중증 환자의 경우 세포를 꺼내는 것 조차 어려운 경우가 많습니다. 이에 최근에는 세포 채취 과정 없이 체내 유전 정보를 변화시키는 유전자 치료제 방식으로 다수의 임상 연구가 진행되고 있습니다.
모든 신기술에는 넘어야 할 벽이 있을 것 같은데요. 세포∙유전자 치료제가 지금의 항체 의약품처럼 많은 환자들에게 닿기 위해 극복해야 할 과제에는 어떤 것들이 있는지 궁금합니다.
치료제의 비용이 천문학적인 수준이에요. 몇몇 선진국에서는 정부의 개입으로 가격을 조금이나마 낮추긴 했지만, 여전히 높은 게 현실입니다. 이를 해결하고자 연구 시설을 거치지 않고 병원에서 곧바로 환자 개인별 맞춤 세포∙유전자 치료제 제작이 가능하도록 만드는 소형 장비들도 개발 중에 있습니다. 언젠가 세포∙유전자 치료제가 실험실이 아닌 병원 자체에서 만들어지는 시대가 오면 환자들의 치료 접근성도 많이 달라질 겁니다.
삼성바이오로직스의 GMP 생산 시설
미래에 병원에서 진단과 투여, 환자 맞춤형 치료제 제작이 모두 가능해지는 그런 세상이 오더라도, 맞춤형 치료제 제조 과정에서는 여전히 잘 갖춰진 GMP 시설에서 생산된 항체, 벡터, 유전자 조각 같은 핵심 원료들이 필요합니다. 삼성바이오로직스와 같은 CDMO가 환자에게 바로 투여 가능한 완제 의약품을 만들어 내는 것에 더해, 원료 공급자로서의 역할도 함께 수행하게 될지도 모르겠습니다.
세포∙유전자 치료제 관련 기술이 발전하면서, 앞으로의 의료 패러다임도 크게 달라질 것 같습니다. 교수님께서 꿈꾸시는 세포·유전자 치료제의 미래, 더 나아가 이 치료제가 바꿀 ‘인류의 내일’은 어떤 모습일까요?
불과 몇 년 전까지만 해도 ‘정밀의학(Precision Medicine)’이라고 하면, 특정 유전자를 검사해 암이나 희귀 질환의 발병 가능성을 예측하는 진단 기술 정도로만 이해됐습니다. 그런데 최근 인간의 유전자 전체를 분석(Sequencing)하는 비용이 빠르게 떨어지면서 이제는 누구나 자신의 유전자를 비교적 저렴한 비용으로 검사할 수 있게 되었어요. 문제는 데이터가 너무 방대해서 이를 어떤 기준으로 분석하고 실제 치료에 연결할 수 있을지 해석하는 능력이 부족했었는데, AI가 등장하면서 이 병목도 해결됐어요. AI 기술의 접목을 통해 기존에는 진단에 머물렀던 정밀의학이 진단을 기반으로 맞춤형 치료 설계가 가능하도록 발전하고 있습니다.
이 과정에서 가장 주목받는 영역이 바로 유전자 치료제입니다. AI가 특정 유전자에 문제가 있다는 사실을 찾아내면, 해당 유전자가 체내에서 제대로 작동할 수 있도록 만드는 치료제를 환자 맞춤형으로 빠르게 설계할 수 있는 시대가 올 거예요.
AI 기술, 유전체 분석 기술, 유전자 치료제 개발 기술까지. 이렇게 전 세계에서 수많은 연구진들이 분야를 넘나들며 의약학의 패러다임을 변화시키고 있습니다. 좀 더 좋은 환경에서의 질 좋은 연구를 위해 저희도 치열하게 경쟁 프레젠테이션에 참여했던 적이 있어요. 30개 팀 중에서 딱 세 팀만 막대한 연구비 지원을 받을 수 있었는데, 꽤나 고생했던 기억이 있네요. (웃음)
결국 이 노력이 다 환자 한 명 한 명에게 전달되는 거거든요. 설령 그 대상이 소수의 희귀질환 환자일지라도요. 앞으로는 환자의 유전자 정보가 곧 치료제의 설계도가 되는 시대가 올 거라고 믿습니다.
*본 글은 전문가와의 인터뷰를 바탕으로 작성되었으며, 삼성바이오로직스의 공식 보도 방향과 다를 수 있습니다.
한 번의 약물 투여로 평생의 질병을 치료하는 세상이 온다면 어떨까요? 3세대 바이오의약품 세포·유전자 치료제는 질병의 증상을 완화하는 대신, 손상된 세포나 유전자를 직접 교정해 질병의 원인을 근본적으로 해결하며 그 가능성을 열고 있습니다. IMAGINE 이번 시리즈에서는 그 가능성의 최전선에 선 연구자, 심재혁 교수와 함께 세포∙유전자 치료제가 그리는 내일을 이야기합니다.
세포∙유전자 치료제란 무엇이고, 기존의 항체 의약품과는 어떤 차이가 있는지 궁금합니다.
세포 치료제는 아주 쉽게 말해 사람의 세포를 꺼내서 강화하거나, 고장 난 세포를 꺼내서 고친 다음 몸에 다시 집어넣어 주는 방식의 치료제입니다. 새로 주입한 그 세포가 몸속에서 질병의 원인과 직접 싸우게 만드는 거예요. 우리에게 가장 친숙한 줄기세포 치료제, 차세대 면역 항암제로 잘 알려진 CAR-T(Chimeric Antigen Receptor-T) 치료제가 세포 치료제에 해당합니다.
유전자 치료제는 세포를 고장 낸 설계도(유전자) 자체를 직접 고쳐 정상적인 기능을 되찾게 만드는 원리입니다. 세포가 지닌 비정상적인 유전자를 정상 유전자로 바꿔주거나 새 기능을 더해서, 고장 난 세포가 제 기능을 되찾도록 하죠. AAV (Adeno Associated Virus) 치료제가 대표적입니다.
세포∙유전자 치료제는 3세대 의약품이에요. 1세대 의약품은 아스피린과 같이 우리가 약국에서 쉽게 볼 수 있는 합성 의약품, 2세대 의약품이 바이오 의약품인데, 삼성바이오로직스가 만드는 항체 의약품도 바이오 의약품에 해당하죠.
기존 항체 의약품과 세포∙유전자 치료제 사이 가장 큰 차이는 작용 기전에 있습니다. 항체 의약품이 세포 밖에서 세포 표면 단백질을 차단하거나 신호를 조절하면서 질병을 치료한다면, 세포∙유전자 치료제는 세포 안으로 직접 DNA나 RNA를 전달해 체내 세포가 스스로 새로운 단백질을 만들거나 결함을 개선하게 만드는 게 특징입니다. 게다가, COVID mRNA 백신처럼 플랫폼 기술을 통해 다양한 질병들에 대한 치료제를 쉽고 빠르게 생산할 수 있습니다.
세포∙유전자 치료제 중에서도, 유전자 치료제 중 하나인 AAV(Adeno-Associated Virus)를 오랜 시간 연구해 오셨습니다. AAV 치료제란 무엇이고, 어떻게 환자의 질병을 치료하나요?
AAV는 크게 단백질 껍데기인 캡시드(Capsid)와 그 안에 실린 유전 정보(Genome) 두 가지 요소로 이뤄져 있습니다. 이 AAV가 환자의 몸으로 들어가서 유전 정보를 세포 안까지 전달하면, 세포는 새로 받은 유전 정보를 읽고 정상적인 단백질을 만들어내기 시작합니다. 이게 AAV의 치료 기전이에요.
유전자 치료제는 희귀 질환 치료를 목적으로 많이 사용되는데요, 희귀 질환 환자는 특정 단백질을 보유하고 있지 않은 경우가 많습니다. 그래서 그 단백질을 만들어 내는 유전자를 삽입하는 거에요.
유전자 치료제가 치료 가능성을 활발하게 열고 있는 질환에는 또 어떤 것들이 있을까요? 더불어 현재 글로벌 유전자 치료제 시장에서 눈에 띄는 변화나 트렌드는 무엇인지 궁금합니다.
현재 가장 유명한 AAV 치료제로는 척수성 근위축증 치료제인 졸겐스마(Zolgensma)가 있습니다. 척수성 근위축증은 SMN1(Survivor Motor Neuron 1) 유전자가 손상되어 SMN 단백질을 만들지 못하는 것이 원인인데, 이때 AAV 기반 유전자 치료제가 정상 유전자를 세포 안에 삽입해 세포가 스스로 SMN 단백질을 생성하도록 돕습니다. 그러면 신경세포가 죽지 않고 근육 기능을 유지할 수 있어, 질환의 근본 원인에 접근해 장기적인 개선을 기대할 수 있죠.
AAV 치료제가 모든 희귀 질환 환자에게 잘 적용되면 좋았겠지만, 한계도 있습니다. 인체가 오히려 결손 상태의 유전 정보에 적응해 새로 삽입한 유전 정보가 제대로 작동하지 않는 경우, 투입된 AAV 치료제가 체내에서 의도치 않은 강한 면역 반응을 일으키는 경우도 있거든요. 이러한 한계들을 극복하기 위해 유전자 치료제의 연구 흐름도 비바이러스계(Non-virus) 전달체를 활용하거나 유전 정보의 형태도 DNA에서 mRNA. siRNA, ASO 등으로 확장되는 움직임을 보이고 있습니다.
유전자 치료제 기술이 세포 치료제 기술을 보완하는 면도 있어요. 환자의 세포를 채취해 실험실에서 다시 프로그래밍할 때, 중증 환자의 경우 세포를 꺼내는 것 조차 어려운 경우가 많습니다. 이에 최근에는 세포 채취 과정 없이 체내 유전 정보를 변화시키는 유전자 치료제 방식으로 다수의 임상 연구가 진행되고 있습니다.
모든 신기술에는 넘어야 할 벽이 있을 것 같은데요. 세포∙유전자 치료제가 지금의 항체 의약품처럼 많은 환자들에게 닿기 위해 극복해야 할 과제에는 어떤 것들이 있는지 궁금합니다.
치료제의 비용이 천문학적인 수준이에요. 몇몇 선진국에서는 정부의 개입으로 가격을 조금이나마 낮추긴 했지만, 여전히 높은 게 현실입니다. 이를 해결하고자 연구 시설을 거치지 않고 병원에서 곧바로 환자 개인별 맞춤 세포∙유전자 치료제 제작이 가능하도록 만드는 소형 장비들도 개발 중에 있습니다. 언젠가 세포∙유전자 치료제가 실험실이 아닌 병원 자체에서 만들어지는 시대가 오면 환자들의 치료 접근성도 많이 달라질 겁니다.
삼성바이오로직스의 GMP 생산 시설
미래에 병원에서 진단과 투여, 환자 맞춤형 치료제 제작이 모두 가능해지는 그런 세상이 오더라도, 맞춤형 치료제 제조 과정에서는 여전히 잘 갖춰진 GMP 시설에서 생산된 항체, 벡터, 유전자 조각 같은 핵심 원료들이 필요합니다. 삼성바이오로직스와 같은 CDMO가 환자에게 바로 투여 가능한 완제 의약품을 만들어 내는 것에 더해, 원료 공급자로서의 역할도 함께 수행하게 될지도 모르겠습니다.
세포∙유전자 치료제 관련 기술이 발전하면서, 앞으로의 의료 패러다임도 크게 달라질 것 같습니다. 교수님께서 꿈꾸시는 세포·유전자 치료제의 미래, 더 나아가 이 치료제가 바꿀 ‘인류의 내일’은 어떤 모습일까요?
불과 몇 년 전까지만 해도 ‘정밀의학(Precision Medicine)’이라고 하면, 특정 유전자를 검사해 암이나 희귀 질환의 발병 가능성을 예측하는 진단 기술 정도로만 이해됐습니다. 그런데 최근 인간의 유전자 전체를 분석(Sequencing)하는 비용이 빠르게 떨어지면서 이제는 누구나 자신의 유전자를 비교적 저렴한 비용으로 검사할 수 있게 되었어요. 문제는 데이터가 너무 방대해서 이를 어떤 기준으로 분석하고 실제 치료에 연결할 수 있을지 해석하는 능력이 부족했었는데, AI가 등장하면서 이 병목도 해결됐어요. AI 기술의 접목을 통해 기존에는 진단에 머물렀던 정밀의학이 진단을 기반으로 맞춤형 치료 설계가 가능하도록 발전하고 있습니다.
이 과정에서 가장 주목받는 영역이 바로 유전자 치료제입니다. AI가 특정 유전자에 문제가 있다는 사실을 찾아내면, 해당 유전자가 체내에서 제대로 작동할 수 있도록 만드는 치료제를 환자 맞춤형으로 빠르게 설계할 수 있는 시대가 올 거예요.
AI 기술, 유전체 분석 기술, 유전자 치료제 개발 기술까지. 이렇게 전 세계에서 수많은 연구진들이 분야를 넘나들며 의약학의 패러다임을 변화시키고 있습니다. 좀 더 좋은 환경에서의 질 좋은 연구를 위해 저희도 치열하게 경쟁 프레젠테이션에 참여했던 적이 있어요. 30개 팀 중에서 딱 세 팀만 막대한 연구비 지원을 받을 수 있었는데, 꽤나 고생했던 기억이 있네요. (웃음)
결국 이 노력이 다 환자 한 명 한 명에게 전달되는 거거든요. 설령 그 대상이 소수의 희귀질환 환자일지라도요. 앞으로는 환자의 유전자 정보가 곧 치료제의 설계도가 되는 시대가 올 거라고 믿습니다.
*본 글은 전문가와의 인터뷰를 바탕으로 작성되었으며, 삼성바이오로직스의 공식 보도 방향과 다를 수 있습니다.
Share article
Related Content