2021년 주목되는 레드바이오 유망 기술은?

합성면역, 단일세포 교정기술, 나노백신·항체 눈길

코로나19로 인해 백신 개발 기간이 15년 이상에서 18개월 이하로 혁신적으로 단축되는 모습이다. 

이는 그간 인류가 개발·발견해 온 생명과학 연구 성과와 바이오 기술이 집약된 결과로, 향후 바이오기술과 바이오산업 전반에도 영향을 끼칠 것이라고 각국 전문가들은 추측하고 있다.

국내에서도 코로나19는 위기이자 기회 요인으로 평가된다. 국가의 팬데믹 대응 역량을 기반으로 바이오 혁신 기술 R&D 지원 체계가 잘 마련되면 향후 또다른 팬데믹 발생 시 가장 먼저 치료제와 백신을 개발해 위기를 극복할 수 있을 것이라는 기대다.

코로나19는 생명공학정책연구센터가 2015년부터 매년 발표해온 바이오 미래유망기술 발굴 연구에도 영향을 미쳤다. 10대 미래 유망기술 중 무려 5개의 감염병 대응 기술이 선정됐다.

그 중에서도 헬스케어 분야로 분류되는 레드바이오 계열은 단연 주목된다. 레드바이오 계열에는 합성 면역, 단일세포 교정기술, 나노백신·나노항체가 선정됐다.

합성 면역이란 유전적으로 면역회로를 합성해 면역 세포의 활성을 높이거나 면역 물질 생성을 조절하는 기술이다.

그간 기존 면역세포 치료제의 고형암에 대한 낮은 치료 효능과 부작용에 대한 한계점을 보완하기 위한 암종·환자별 맞춤형의 고효율 융복합 면역세포치료 기술 개발이 요구돼왔다. 특히 고령화 사회 진입 속도가 빨라지는 만큼 암환자 수도 증가하면서 효과적인 항암 치료 및 면역 최적화를 위한 혁신적 치료기술의 필요성이 두드러지고 있다.

합성 면역 기술은 기존 면역세포 치료의 효능을 극대화하면서도 사이토카인 방출 증후군과 같은 부작용에 대해 대한 한계를 극복해 감염병이나 암은 물론 다양한 질환 치료제 개발에 활용할 수 있다는 장점이 있다.

해외에서는 최근 코로나19와 같이 백신∙치료제 개발에 시간이 소유되는 감염병에 대해 체내 면역시스템을 조절하는 면역치료법을 주목하고 있으며, 국내에서도 면역 조절∙치료 관점에서 감염병에 대한 연구개발을 추진하고 있다. 

코로나19와 같은 RNA 바이러스 침입 시 면역체계의 중요 조절 역할을 수행하는 ‘MARCH5’ 단백질 기능을 규명한 연구결과가 3월 발표됐고, 쎌마테라퓨틱스와 제넥신은 면역물질 중 하나인 인터페론을 타깃으로 코로나19 치료제를 개발 중이기도 하다.

CAR-T 치료제 관련 기술 개발도 진행하고 있지만 한국얀센은 3상시험 승인, GC녹십자랩셀은 전임상단계 승인 등의 단계에 그쳐 아직까지는 초기 파이프라인이 대부분이다. 

생명공학정책연구센터는 글로벌 CAR-T 치료제 시장은 이미 2017년 7200만 달러 규모를 형성했고, 향후 11년간 연평균 성장률 53.9%로 급격히 성장해 2028년에는 83억달러 규모로 확대될 것으로 전망하기도 했다. 즉, 개발에 성공한다면 경제·산업적으로 꽤 긍정적인 효과를 갖다줄 것으로 보인다. 

사회적으로도 코로나19 등의 감염병과, 치료가 어렵고 재발율이 높은 난치성 암에 대한 미충족 의료 수요를 해결함으로써 사회적 비용을 절감하고 전체적인 삶의 질 향상에 기여할 수 있다.

단일세포 교정기술은 유전자 교정 기술 등을 활용해 단일세포 수준에서 질병을 치료하는 기술이다.

그간 최상위 다발성 질환인 암, 뇌질환, 심장질환에 대한 획기적 치료제 개발 기대감이 상승되면서 유전 질환자와 같은 사회적 약자에 대한 치료기회 확대 및 안전한 치료제 수요 증대가 요구됐다.

연구에 의하면 국내에서는 단일세포 교정 기술을 위해 프라임에디팅 기술의 고도화가 진행되고 있다. 연세대에서 AI 기반 프라임에디팅 효율 예측 기술이 개발됐고, 한국생명공학연구원에서 Di-genome seq 기술을 활용한 오프타겟 측정 및 고도화를 시도했다.

CAR-T, CAR-NK 치료제도 개발됐다. 툴젠에서 크리스퍼 국내 원천기술 기반으로 CAR-T 항암면역치료제를 개발했고, 차바이오텍과 생명연에서 CAR-NK 기반의 항암면역치료제를 개발했다.

단세포 유전자분석 및 세포분화 기술도 진행됐다. 테라젠에서는 유도 만능 줄기세포 분화 연구를, 미래의학연구재단에서는 단일세포 시퀀싱 분석을 통한 줄기세포 치료제 연구를 진행했다.

개발에 성공하면 단일세포 기반의 항암, 재생의학, 유전질환 치료, 감염질환 치료제 산업의 확대 및 차세대 바이오산업 경쟁력확보가 가능해진다. 건강사회 구축은 물론, 근본적으로 치료제가 없던 희귀유전질환자의 삶의 질을 제고할 수 있을 것으로 분석된다.

나노백신과 나노항체는 나노구조체 표면에 다량, 다종의 항원을 노출시키거나, 기존 항체보다 작고 효과적인 치료제를 제작하는 기술로 이들 역시 주목되는 분야 중 하나다.

크기가 작아 안전성, 용해도가 높고, 제조하기 용이하며 조직 침투력이 높아 기존 백신이나 항체치료제의 타겟이 되지 못하는 틈새 치료 영역에 적용 가능하다는 장점이 있다.

국내에서는 광범위한 연구가 아직까지는 진행되지 않았지만 나노입자 백신과 나노바디 치료제 개발이 알려져 희망을 보이고 있다.

2020년 카이스트에서는 항암면역치료를 위한 나노입자 백신을 개발에 성공했다. SK바이오사이언스는 ‘GBP510’ 코로나 백신 후보물질 개발, 워싱턴대 자체결합 나노입자 디자인 기술을 적용했다. 

샤페론, 나노바디 기반 차세대 항체 치료제 개발 기술을 바탕으로 면역 항암 및 항바이러스 치료제 파이프라인 구축, 코로나19 나노바디 항체 치료제를 개발 중이기도 하다. 알티오젠, 나노바디 기반 항암제와 자가면역질환 치료제가 개발 중이다.

감염병을 예방하는 나노백신과 치료용 나노바디 개발은 나노의학 관련 글로벌시장 경쟁력을 제고할 것으로 예측되고 있다. 고효능의 백신 및 소형 항체의 생산 비용 및 환자의 치료 바용 절감으로 미래지향적, 간편성, 범용성이 향상된 나노백신·나노항체 산업화가 가능할 것이라는 게 생명공학정책연구센터의 설명이다.

또한, 사회적으로도 감염병을 사전에 예방하는 나노백신 및 치료용 나노바디 플랫폼 기술개발로 국민의 안전한 생활과 새로운 경제가치 창출에 기여할 것으로 전망된다.