바이오스펙테이터

바이오스펙테이터 박동영 기자

이재성 아주대 분자과학기술학과 교수 연구팀은 지난 16일 열린 바이오파마테크콘서트에서 위치특이적(Site-specific) 유전자 삽입을 통한 개량된 CHO(Chinese Hamster Ovary) 생산세포주 개발 플랫폼에 대해 발표했다.

이 교수는 “이 플랫폼은 원하는 위치에 원하는 유전자를 삽입해 생산성과 품질이 높은 치료용 단백질을 생산해내는 세포주를 2개월 안에 구축하는 기술이다”며 “기존 무작위적(Random Integration) 유전자 삽입 방식의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이 교수는 “삼성바이오로직스는 약 40만리터, 셀트리온은 약 20만리터 규모의 단백질 의약품 생산 능력을 확보했으며 2023년에는 전세계적으로 420만리터 규모의 단백질 치료제 생산 수요가 예상되고 있다”며 “항체의약품을 포함한 단백질 의약품의 수요가 폭발적으로 증가하는 만큼 생산세포주를 기반으로 한 치료 단백질 생산이 바이오산업에서 매우 중요하다”고 말했다.

현재 단백질 의약품 생산을 위해 CHO, HEK(Human Embryonic Kidney) 등의 동물세포가 주로 사용되고 있다. 기존에는 동물세포에 유전자를 도입한 후, 무작위적으로 유전자가 삽입되어 단백질을 만들어내는 세포주를 1차적으로 선별했다. 다음으로 그 중에서 안정적으로 고품질의 단백질을 대량으로 생산하는 세포주를 스크리닝(Screening)해 최적의 세포주를 선별하는 방식을 이용해왔다. 하지만 이 방식은 개발기간이 6개월 이상으로 길며 개발비용도 높다는 단점이 있다. 또한 유전자가 무작위적으로 삽입이 되거나 잘려진 형태로 들어가기 때문에 단백질 발현 효율이 낮다는 단점도 있다.

이를 극복하고자 이 교수 연구팀은 특정 위치에 원하는 유전자를 삽입하는 플랫폼을 개발했다. CRISPR/Cas9 기술로 특정 위치의 유전자를 자르고 그 위치에 원하는 유전자를 상동재조합(Homologous Recombination)으로 삽입하는 전략이다. 이 방식은 생산성이 높은 세포를 스크리닝할 필요가 없어 세포주 개발 시간을 2개월 내로 단축시키는 것이 가능하며 그로 인해 가격 경쟁력도 가진다고 설명했다.

이 교수 연구팀은 위치특이적 유전자 삽입 기반 CHO 생산세포주의 성능을 확인했다. 결과를 보면, 위치특이적 삽입은 무작위적 삽입 방식에 비해 생산능력 안정성이 우수했다. 또한 무작위적 삽입의 경우 세포에 따른 단백질 생산성의 차이가 큰 반면 위치특이적 삽입의 경우 생산성이 거의 일정했다.

이밖에도 현재 이중항체(Bispecific-antibody) 등의 생산을 위해 한 세포주에 서로 다른 2개의 독립적인 유전자를 도입하는 다중 유전자 삽입 기술을 개발했다. 또한 오믹스(Omics)와 컴퓨터 기술을 기반으로 안정적인 유전자 발현 효율이 높은 삽입위치(Integration Site)를 발굴해내는 기술을 개발했으며 생산이 어려운 단백질의 생산 효율을 높이는 연구도 진행 중이다.

이 교수는 “이 플랫폼이 백신 및 치료용 단백질 생산, 후보물질 스크리닝 및 효능테스트, 전임상 및 임상 도입을 위한 물질 생산 등에 이용 가능하다”며 “유전자 삽입을 통한 세포치료제 개발에도 확장 가능하다”고 말했다.

▲* 위치특이적 유전자 삽입 기반 CHO 생산세포주의 생산능력 안전성, 생산성, 세포주 간 생산량 차이(* 바이오파마테크 콘서트 이재성 연구팀 발표자료)