바이오스펙테이터

바이오스펙테이터 김성민 기자

▲25일 카톨릭대학교 의생명산업연구원에서 열린 '카톨릭대-서강대 사업화 유망기술 설명회' 발표현장

바이오제약사들이 사업화 가능성이 있는 초기기술에 눈을 돌리고 있다. 지난 25일 가톨릭대학교 의생명산업연구원에서 열린 '가톨릭대-서강대 사업화 유망기술 설명회'는 대학 연구실에서 시작한 초기기술을 발표하는 자리였다.

기술이전을 위한 자리로 이날 연구자는 6개의 기술을 발표했며, 그중 두가지 기술에 대해 집중적으로 살펴봤다. 류현정 국민대학교 교수는 '바이오마커를 활용한 신속하고 경제적인 파킨슨병 진단키트', 정상택 국민대학교 응용화학과 교수는 'Fc 엔지니어링을 통한 혈중 반감기 증가기반기술'이라는 제목으로 발표했다.

◇micro RNA 바이오마커를 이용한 조기진단키트 연구.."저비용으로 효율적인 검출예상"

류 교수는 중주신경계 퇴행성뇌질환에 대한 연구를 진행하고 있다. 파킨슨병 환자의 흑질부위에는 도파민 신경세포 사멸이 두드러지게 나타나며, 알파시누클레인(alpha-synuclein)이 응집으로 신경염증이 가속화되며 신경퇴행이 일어난다.

류 교수는 "파킨슨병을 확진받은 후에는 치료가 어렵기 때문에 조기에 질환을 발견하는 것이 매우 중요하다"며 "조기진단기술 거의 전무하다고 봐도 된다"고 설명했다. 현재까지는 PET, SPECT의 영상이미지로 진단하고 있으나 고가비용으로 초기환자 접근성이 떨어진다. 류 교수는 손쉬운, 빠른 진단이 가능하다면 파킨슨병을 치료하는데 큰 기여를 할 것으로 기대했다.

류 교수는 "유전물질인 miRNA를 바이오마커로 이용한 진단키트로 환자에서 특이적으로 발현이 높아져 있는 인자를 이용한다"며 "뇌척수액, 혈청은 물론이고 타액, 소변으로까지 검출가능한 기술을 개발하고 있다"고 설명했다. 단 구체적인 타깃은 밝히지 않았다.

microRNA(miRNA)는 20-22 누클레오티드(nucleotide)로 이뤄진 비발현 RNA(non-coding RNA) 분자로 mRNA에 결합해 단백질로 번역(translation)되는 것을 억제하는 등 유전자발현을 조절한다. 실제 환자의 병리증상을 가속화하는 원인단백질인 알파시누클레인 응집을 억제하는데 miR-7/153, miR-132 등이 관여하며 miR-34b/c가 파킨단백질을 낮추는 등 miRNA와 퇴행성뇌질환의 연관성에 대한 연구가 보고되고 있다.

연구팀은 전체 miRNA 얻어 대조군과 비교해 질환군에서 특이적인 발현증감을 보이는 miRNA를 찾은후 타깃스크리닝(target screening)을 통해 파킨슨병 메커니즘과 부합하는 miRNA를 선별했다. 류 교수는 "파킨슨 세포모델(PD cell model)에서 miRNA를 처리했을때 세포생존이 증가하고 도파미뉴런의 사멸을 막는 것을 확인했다"고 말했다. 파킨슨병 모델도 같은 결과가 반복되는 것을 확인했는데 miRNA를 처리한 결과 도파민 뉴런의 사멸이 억제되는 것을 확인했다.

류 교수는 "파킨슨병에서의 miRNA 활용하는 방법으로 현재 진단용 바이오마커로 이용해 질병초기에 진단하는 것이 일차적인 목표다"며 "향후 치료용 소재도 가능할 것으로 생각한다"고 부연했다.

단백질을 기반으로 하는 진단보다 상대적으로 저가이면서 정확한 검출이 가능한 miRNA의 methylation, uridylation 등을 조기진단을 이용하는 최근 트렌드를 주목해야 된다고 강조했다. 그는 "이제까지는 항체로 진단하는게 주를 이뤘지만 miRNA, siRNA에 대한 안티센스(antisense) 뉴클레오티드를 이용해 검출하기 때문에 비용이 저렴하면서 동시에 정확성을 높이는 장점을 가진다"고 강조했다.

◇항체 Fc 변이로 'pH 의존적인 FcRn 결합을 조절→항체의약품 반감기 향상'

정 교수 연구에 대한 발표자로 나선 고상환 연구원은 항체의 Fc에 변이를 통해 체내 항체의약품의 반감기를 향상시키는 기술을 설명했다. 항체의약품은 기존의 저분자화합물에 비해 높은 특이성으로 치료효능은 높고 독성은 낮은 반면 고비용을 지불해야되는 문제가 있다. 이에 항체의 Fc를 변형해 반감기를 증가시켜 투여횟수를 낮출 수 있는 기술을 발표했다.

현재까지 혈중반감기를 증가하기 위한 방법은 크게 세가지다. 첫째 페길레이션을 통한 분자량을 증가해 체내 반감기를 늘리는 방법이다. 둘째 당화(glycosylation0 패턴을 추가해 안전성을 높임으로써 반감기가 증가할 수 있다. 마지막으로 항체의 Fc를 단백질에 융합(fusion)하는 것으로 일반적으로 가장 많이 사용되는 접근방법이다.

항체의 Fc는 핵심적인 두가지 역할을 매개한다. 면역세포의 감마(gamma) 수용체는 Fc를 인식해 타깃세포를 제거하게 된다. 다음 항체의 Fc는 세포막의 FcRn 수용체와 결합하는데 항체의 반감기를 결정하는데 핵심적인 부분으로, pH 의존적으로 결합력이 달라지는 특성을 가진다. 약산성 pH에서 항체는 FcRn 수용체는 엔도좀(endosome)을 형성해 결합한 다음, 다시 혈청의 중성환경에 노출되게 되면 해리되면서 세포밖으로 방출되게 된다. 항체가 세포내에서 제거되지 않고 재사용(recycling)되는 기전으로 체내 반감기가 21일에 이를수 있는 이유다.

Fc 엔지니어링을 통해 반감기를 늘리기 위해서는 두가지 지표를 고려해야 된다. 항체의 반감기는 세포안의 pH6.0 환경과 세포밖의 pH7.4 환경에서의 FcRn 친화도에 따라 결합/해리가 결정된다. pH6.0에서는 결합력이 높아지고 pH7.4에서는 해리가 높아져야 혈중 반감기가 증가하게 된다. Fc 변이를 통해 반감기를 늘린 대표적인 회사로 3가지 예를 소개했다. 메디이뮨(medimune)은 Fc에 M252Y/S254T/T256E(YTE), 제넨텍/로슈는 N434W, Xencor(젠코아)는 M428L/N435S(LS). 영장류에서 약 2~3배의 반감기 향상효과가 있었다.

고 연구원은 "우리는 초고속 스크리닝 시스템을 이용해 pH6.0에서는 결합력이 높으며, pH7.0에서는 낮은 결합력을 보이는 후보물질을 찾았다"며 "가장 우수하다고 보여지는 젠코아와 비교해 pH6.0에서의 결합력은 동등하지만 pH7.0에서는 해리가 더 잘돼, 우리의 Fc 변이 항체가 더 오래지속되는 것을 확인했다"고 설명했다.

실제 연구팀은 현재 시판된 유방암 치료제인 '허셉틴(트라스투주맙)'에 Fc 엔지니어링을 적용해봤을 때 발현정제가 잘되고, 물성이 우수하며 응집현상이 보이지 않는 것을 확인했다.

약동학적(PK) 특징을 확인하기 위해, 인간 FcRn 발현하는 형질전환 마우스에서 반감기 확인했다. 연구팀은 기존의 항체의 반감기가 6일인 것과 비교해 자체항체(PFc29)는 반감기가 2.4배 향상된 것을 확인했다. 기존의 선두그룹의 YTE, LS 변이와 비교했을 때도 더 우수했다. 실제 트라스트주맙, 엔브렐(에터너셉트)에 적용해 쥐에서 평가했을 때 반감기가 더 오래 지속됐다.

한가지 더 고려해야할 점이 있다. 고 연구원은 "YTE 변이의 경우 감마수용체의 효과를 떨어뜨리는 현상을 보이며 젠코아의 LS는 큰 변화가 없다"며 "자체항체(PFc29)의 ADCC(Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity)를 분석을 했을 때 트라스투주맙 보다 우수한 세포사멸을 확인했다"고 설명했다. 그밖에 CDC(complement-dependent cytotoxicity), 보체결합 시그날링을 시작하는 C1q에 대한 결합력에서도 우수한 결과를 확인했다고 전했다.

인실리코 분석을 통해 안전성을 예측해봤을 때 면역원성(immunogenecity)의 이슈도 없을 것으로 예측한다. 고 연구원은 "현재 진행하고 있는 연구는 영장류에서 반감기 변화를 볼 예정"이라며 "xenograft 모델에서 실제 반감기 증가에 따른 항암효과를 확인할 것"이라고 앞으로의 계획을 말했다.