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큐젠바이오텍의 고순도 대량생산 '베타글루칸' 활용법

입력 2018-12-07 12:05 수정 2018-12-07 12:05

바이오스펙테이터 장종원 기자

면역증강, 피부재생 효능 등 통해 화장품원료부터 건기식, 의약품 개발..하이드로겔 제형으로 필러·창상치료제로도 확장

▲이종대 큐젠바이오텍 대표

다당류의 일종인 베타글루칸은 효모의 세포벽, 버섯류, 곡류 등에 존재하는데 그동안 면역증강, 피부재생, 항비만효과 등 다양한 효능에 대한 연구가 진행돼왔다. 하지만 이를 고순도로 대량생산하는 기술이 없어 실제 활용도는 그리 크지 않았다. 단적으로 차가버섯 2톤을 끓이면 겨우 10g정도의 베타글루칸이 추출된다.

큐젠바이오텍은 베타글루칸을 고순도 액상 형태로 대량생산하는 기술을 독자확보한 국내 기업이다. 생산한 베타글루칸 화장품원료는 이미 국내 대형 화장품 제조사에 납품해 안정적인 수익이 발생하고 있으며 이를 바탕으로 의약품, 의료기기까지 연구를 확장하고 있다.

이종대 대표는 국내 바이오의약품 생산연구의 효시격인 한국생산기술연구원 출신으로 2006년 5월 큐젠바이오텍을 설립했다. 이 대표는 "회사 설립 이후 다양한 천연물 발효 추출 기술 개발에 전념해 20여건의 국내외 특허를 출원, 확보했으며 화장품 원료사업을 통해 자립기반을 마련했다"며 "면역항암제, 감염병 치료제 등 여러 신약개발기업과 공동 연구를 통해 차세대 의약품 파이프라인을 확보, 앞으로 제약기업으로 발돋움하기 위한 준비를 진행 중이다"고 말했다.

◇다기능 보유 베타글루칸 발효정제 플랫폼 기술 통해 고순도, 대량 생산

큐젠바이오텍이 주력으로 개발하는 베타글루칸은 특정 유형의 효모, 버섯류, 일부 곡류에서 발견되는 다당류의 일종이다. 가장 기본적인 형태로는 D-glucose 구성단위에 1-3 배당체 연결(glycosidic link)을 가진 구조이며 효모 및 곰팡이, 버섯 등에서 발견되는 베타글루칸의 경우에는 짧은 1-6 분기가 포함되며 세포질에서 합성이 이뤄진 뒤 이동해 세포벽의 구성요소로 자리잡는다.

이 대표는 "세포벽을 구성하는 베타글루칸은 치틴(chitin)이라는 단백질과 단단히 결합하고 있다. 때문에 베타글루칸을 추출, 생산하는데 있어서 어려움이 있었다. 세포벽을 파괴하고 치틴과 분리하기 위해서 화학적, 효소적으로 복잡한 처리 과정이 필요하기 때문"이라고 설명했다.

큐젠바이오텍은 치마버섯의 세포에서 베타글루칸이 합성된 이후 세포벽의 구성요소로 사용되는 것이 아니라 세포 밖으로 분비되도록 하는 균주를 개발했다. 회사 측은 해당 균주를 이용하면 치마버섯 발효물 1리터에서 10g 이상의 베타글루칸을 추출할 수 있어 대량생산이 가능하며 특히 정제를 위해 세포만 따로 제거하면 되기 때문에 과정이 매우 단순하다고 강조했다. 큐젠바이오텍 기술의 가장 큰 장점은 추출 원료의 품질이나 기온 등에 따라 품질의 변화폭이 발생하는 기존 방식과 달리 동일한 균주를 이용해 생산함으로써 표준화된 품질의 베타글루칸 생산이 가능하다는 점이다.

이 대표는 "큐젠바이오텍의 베타글루칸은 세포벽에서 추출한 것이 아니라 세포밖으로 분비된 것이기 때문에 원형 그대로의 삼중 나선 구조 형태를 갖추고 있다. 때문에 베타글루칸이 가진 효능 등이 극대화된 고효능물질"이라고 말했다. 실제로 큐젠바이오텍은 핵자기공명(Nuclear Magnetic Resonance; NMR), 적외선 조사 분석법(FT-IR) 등을 통해 베타글루칸 'GlucanREAL'을 분석해 구조적 형태 등을 증명했다. 뿐만 아니라 정제과정에서 알코올 필요없이 물로만 정제가 가능하며 화학적 냄새 없는 무색무취의 투명한 베타글루칸을 얻을 수 있다.

큐젠바이오텍은 이렇게 추출한 베타글루칸의 제형 개발에도 나섰다. 이 대표는 "정제한 베타글루칸을 의약품 원료로 활용하기 쉽게 파우더 형태로 생산이 가능하며 다른 화학적 가교제를 사용하지 않고 방사선을 조사하는 기술을 이용해 하이드로겔로도 제작할 수 있다"고 설명했다. 베타글루칸 하이드로겔 제형은 필러 뿐 아니라 3차원 세포배양 배지, 인체내 인공지지체, 창상치료제제 등으로도 활용이 가능하다.

▲큐젠바이오텍의 고순도 베타글루칸 하이드로겔 제형 개발도

◇"창상치료제·면역항암 보조제 등 차세대 의료기기, 의약품 연구 확산"

이 대표는 "베타글루칸의 효능은 이미 많은 연구를 통해 밝혀진 상태"라고 소개했다. 실제로 발표된 연구 결과들을 살펴보면 베타글루칸은 콜레스테롤 수치를 감소시키고 체중감량 효과를 가진다. 뿐만 아니라 면역력을 강화시켜 수술이나 외상 후 감염 위험도를 낮추거나, 암환자들의 항암치료 효과를 증대하고 생존기간을 연장한다는 보고도 있다. 이러한 연구결과를 바탕으로 베타글루칸 함유 건강기능식품은 이미 해외를 중심으로 시장이 형성돼 있다.

큐젠바이오텍은 이러한 베타글루칸 기능을 바탕으로 차세대 의약품 및 의료기기 개발을 진행한다는 계획이다. 이 대표는 "개발 기간에 따라 단기와 중/장기로 나눠 다양한 분야의 제품 개발을 진행할 것"이라고 말했다. 단기적으로는 숙취해소제, 건강기능식품, 기능성 화장품, 치과 관련 의약외품 및 외용제를 중장기적으로는 의약품에 집중할 계획이다. 이 대표는 "다양한 연구기관, 기업과 공동연구 협력을 통해 적극적인 기술이전을 모색할 것"이라고 설명했다.

①숙취해소제/건강기능식품

큐젠바이오텍은 베타글루칸 기반의 숙취해소제(SPG)를 개발해 상용화 단계에 근접했다. 베타글루칸을 통한 동물실험 결과 SPG가 혈중 아세트알데히드(Acetaldehyde), 알코올(Alcohol) 농도가 낮아짐을 확인했다. 시험군은 대조군 대비 콜레스테롤 함량이 알코올 대조군은 2배 증가했으나 SPG 투여군은 정상치로 감소했고 혈중 간수치는 알코올 대조군에 비해 크게 감소함을 확인했다.

면역증강 건강기능식품 개발도 가시화되고 있다. 큐젠바이오텍은 베타글루칸이 농도 의존적으로 대식세포를 활성화하고 염증물질인 NO 생성을 증강하고 TNF-알파 분비를 상승시키는 것을 확인했다. 또 큐젠바이오텍과 한양대학교의 공동연구에 따르면 LPS로 염증을 유발한 쥐에 여러 베타글루칸(효모베타글루칸, 박테리아베타글루칸, 곰팡이베타글루칸, 해조베타글루칸, 큐젠베타글루칸) 등을 투여한 결과 면역세포에서 분해되는 TNF-알파, IL-6와 같은 염증 관련 사이토카인은 베타글루칸의 농도에 비례해 감소한 반면 항염증 사이토카인인 IL-10의 변화는 없었다. 특히 여러 종류의 베타글루칸 중 큐젠의 베타글루칸이 염증 완화 효과가 가장 컸다.

②창상/화상 치료제, 필러

베타글루칸은 피부 주름 개선 및 발적, 자극 감소, 수분 공급과 피부장벽 기능 향상 효과가 있는 것으로 알려져 화장품 원료로도 많이 사용되고 있다. 베타글루칸이 피부 장벽을 강화함으로써 피부염과 습진, 상처 및 화상 치료에 도움을 준다는 연구 결과도 존재한다. 큐젠바이오텍은 자신들의 발효정제 핵심기술로 생산한 베타글루칸 하이드로겔을 창상과 화상 피복 치료제로 개발한다. 이 대표는 “손상된 피부 조직에 베타글루칸 하이드로겔을 붙임으로써 감염 및 염증을 방지할 뿐만 아니라 피부 재생을 촉진하는 효과를 가진다”고 설명했다. 회사 측은 비임상을 진행하고 있으며 2020년 2등급 의료기기 제품을 출시하는 것을 목표로 하고 있다. 베타글루칸 필러 역시 기존 히알루론산 필러 대비 유지력이 1.5배 이상 되는 것을 확인하고 기술이전을 통해 본격 개발할 계획이다.

③면역항암 보조제/패혈증 치료제

베타글루칸이 가진 기능 중에서도 가장 주목 받은 것은 면역강화 기능이다. 베타글루칸이 체내로 유입되면 비자기물질로 인식돼 대식세포에 의해 분해가 이뤄진다. 대식세포에 의해 분해된 베타글루칸 조각들은 과립성 백혈구의 CR3 보체수용체와 결합하며 백혈구의 이물질 탐식을 활성화하고, 암세포 특이적 항원을 인지해 공격, 제거하게 만든다.

이렇게 면역세포를 활성화하는 베타글루칸의 기능은 현재 각광받고 있는 면역관문억제 항암제와 병용 투여시 시너지 효과를 일으킬 가능성이 크다는 설명이다. 실제로 키트루다를 개발한 머크는 비소세포폐암과 전이성 흑색종, 삼중음성유방암, 두경부암 등 4종의 암에 대해 키트루다와 효모 베타글루칸을 병용투여 하는 임상시험을 진행하고 있다.

큐젠바이오텍 역시 국내의 항체 개발 기업과 면역항암제와 함께 사용할 보조제 개발을 진행하고 있으며 현재 동물실험을 진행하고 있다. 회사 측은 종양세포를 이식한 마우스 모델에서 면역항암제와 베타글루칸을 병용 투여했을 때, 종양 성장율을 낮추고 이미 성장한 종양의 크기 역시 유의미하게 감소시키는 효과를 확인했다고 밝혔다. 이 대표는 “베타글루칸의 면역기능 강화를 이용해 단독 항암제로도 개발이 가능하다”며 “이미 일본의 경우 자궁경부암 치료제로 치마버섯 추출 베타글루칸 성분의 시조피란을 항암제로 사용하고 있다”고 설명했다.

큐젠바이오텍은 베타글루칸이 가진 항염증 작용을 활용해 패혈증 치료제를 개발한다. 패혈증은 미생물 감염으로 인해 발열, 비정상적인 백혈구 증감 등 전신성 염증반응이 발생하는 질환으로 치사율이 30%에 이른다. 현재 치료제로 사용되고 있는 항생제는 치료 생존율이 40~50%가량으로 한계가 있다.

이 대표는 “CLP(cecal ligation puncture)로 패혈증을 유발한 동물모델에 항생제만 제공했을 때는 생존율이 40%가량에 그쳤지만 항생제와 베타글루칸을 병용 투여하자 90%의 생존율을 보였다. 또한 TNF-α, IL-2, IL-1의 수치가 현저하게 감소된 것이 관찰됐다. 이러한 사이토카인 조절 능력은 패혈증 치료에서 가장 큰 사망원인으로 지적되는 사이토카인 신드롬을 예방할 수 있다는 증거”라고 설명했다.

큐젠바이오텍은 현재 서울 사무소와 시화공장, 제주천연물연구소를 운영하고 있다. 이 대표는 “설립이후 연구 중심 기업을 표방하며 다양한 기술 및 특허를 확보했다. 그 결과 화장품 원료 사업으로 탄탄한 자립 기반을 마련했으며 내년부터는 의약품 원료 및 치료제 개발에 적극 나서게 됐다. 따라서 본격적인 의약품 원료 생산을 위해 GMP 시설을 구축할 것”이라며 투자유치계획도 전했다. 큐젠바이오텍은 2019년말 코스닥 상장도 검토하고 있다.

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