바이오스펙테이터

바이오스펙테이터 장종원 기자

새로운 PNA(peptide nucleic acid) 기반 바이오텍이 연이어 괄목할 만한 성과를 내면서 주목받고 있다. 대전 배재대 산학협력관에 자리한 시선바이오머티리얼스(SeaSun Biomaterials, 시선바이오) 이야기다. PNA로 진단키트를 넘어 동반진단과 연계한 신약개발이라는 미지의 영역에 도전하고 있다.

2012년 4월 문을 연 시선바이오는 올해 초 첫 제품인 선천성 난청 조기진단 유전자 진단키트의 국내 식품의약품안전처 허가를 받았다. 설립한 지 4년도 안돼 제도권 진입에 성공한 것이다.

지난 10월에는 30억원을 지원받는 산업통상자원부 포스트게놈다부처유전체사업의 '혈액기반 생체 검사를 위한 표적 유전자 선별 키트 개발' 과제 주관기관으로 선정되면서 다가올 액체생검, 동반진단 시대를 준비할 기회를 잡았다.

시선바이오의 시선은 진단시장에만 머물지 않는다. PNA 신약개발을 목표로 'PON-Train'이라고 명명한 핵심 플랫폼 기술을 독자 확보했다. 박희경 대표는 "친수성과 세포투과성이 낮은 PNA의 한계를 극복할 새로운 기술을 개발했다"면서 "정밀의료 시대를 위한 동반진단과 유전자치료제 개발에 나서겠다"고 말했다.

◇PNA로 진단부터 신약개발까지

시선바이오는 PNA를 활용해 유전체에 기반을 둔 진단과 분석, 그리고 치료제를 개발한다.

PNA는 우리 몸에 존재하는 유전체 DNA, RNA의 뼈대 구조를 펩타이드로 치환한 유기 합성 인공물질로, PNA는 DNA와 달리 전하를 띠지 않아 강한 결합력을 가지는 것이 특징이다. 또한 화학적으로 핵산보다는 단백질(펩타이드)에 가까워 체내의 핵산분해효소 등에 강한 저항성을 가지고 있으며 인공 합성물이기 때문에 2차 변형이 쉽다는 것도 장점이다.

이러한 PNA의 특성을 활용하면 질환 여부를 진단할 수 있는 핵산(DNA, RNA)내 돌연변이를 고민감도로 검출할 수 있으며 이를 직접 타깃하는 유전자 치료제 개발도 가능하다.

시선바이오는 PNA 기반의 'MeltingArray', 'Insight NGS(Next Generation Sequencing)', 'PON-Train' 등의 핵심 기술을 확보했다.

이미 성과가 나오기 시작한 것은 PNA와 실시간 PCR(real-time PCR)을 기반으로 한 고해상도 유전자 변이 검사인 MeltingArray다. 이 검사는 기존 마이크로어레이(microarray)에 비해 분석시간, 확장성, 민감도 등이 개선됐으며 차세대염기서열분석(NGS) 보다는 훨씬 저렴하다.

◇'선천성 난청 조기진단 키트' 승인..양성 예측도 100%

시선 바이오는 MeltingArray를 활용한 선천성 난청 조기 진단 유전자 진단키트인 ‘유톱 히어링 로스 유전자분석 키트(U-TOP™ HL Genotyping Kit)'를 올해 1월 식품의약품안전처 체외진단의료기기 3등급으로 승인 받았다.

분당서울대 이비인후과 최병윤 교수팀과의 공동연구로 탄생한 키트는 실시간 PCR 방식으로 유전자분석을 시행, 유전성 난청을 진단하는 국내 최초 제품이다.

시선바이오는 선천성 난청 유전자 분석에 활용돼온 기존 GJB2, SLC26A4, 12S rRNA 등 3종 유전자에 CDH23과 TMPRSS3 등 2종의 유전자 돌연변이를 진단기준으로 추가해 선천성 난청 검사의 정확도를 높였다. 최 교수팀이 DNA 샘플과 유톱 히어링 로스 유전자분석 키트의 결과를 비교한 결과 양성 예측도와 음성 예측도가 100%로 나타났다.

박 대표는 "선천성 난청 유전자를 찾기 위한 NGS 등 염기서열분석 검사는 비용만 80만~100만원에 이르기 때문에 의사나 부모 모두 부담스러워 저렴하고 보편적으로 사용 가능한 진단키트에 대한 요구가 있었다"고 개발 이유를 설명했다. 이 진단키트를 활용하면 기존보다 10분의 1 수준의 저렴한 비용으로 조기진단이 가능하고, 돌연변이 종류에 따라 보청기착용, 인공와우이식, 언어치료 등 맞춤치료가 가능하다.

시선바이오는 또 산모의 혈액을 이용해 태아의 염색체 이상 여부를 확인하는 비침습적 염색체이상증후군 진단(NIPT) 키트도 실시간 PCR을 기반으로 개발하고 있다. NIPT(Non-Invasive Prenatal Test)는 산모의 배에 주사를 찔러 양수를 직접 채취하는 방식의 '양수검사' 와 임신 중기 기형아 검사인 '3중표지자 검사(트리플 검사)' ' 4중표지자 검사(쿼드 검사)'를 대체하는 검사로 주목받고 있다.

시선바이오는 현미부수체 불안정성 진단 키트(U-TOP™ MSI Detection Kit)에도 도전한다. 현미부수체는 DNA 복구 유전자의 기능이상으로 발생되는 유전자 변이의 일종으로 최근 MSI를 가진 위암·대장암 환자가 면역치료제에 대한 예후가 좋다는 연구가 보고되고 있다. 이를 활용해 동반 진단 키트로의 가능성을 타진하고 있다.

◇"혈액에서 0.01% 암세포 돌연변이의 검출이 가능한 유전체 분석"

혈액을 통해 암 등 각종 질병을 간편하게 진단하는 액체생검(Liquid biopsy)은 진단시장을 획기적으로 변화시킬 폭발력을 가진 것으로 평가받고 있다. 특히 특정 바이오마커 보유여부를 진단하는 동반진단과 표적치료제를 연계한 새로운 신약개발 트렌드 확산에 액체생검은 필수적이다. FDA는 2014년 신약개발과 동반진단을 의무화하는 가이드라인까지 내놨다.

암 치료를 살펴보면 환자의 상태를 모니터링하고 다음 치료 과정 결정에 앞서 여러 차례 조직생검(tissue biopsy)을 실시하는 게 일반적이다. 하지만 진행성 암 환자들은 여러 개의 종양을 보유하고 있는 경우가 많기 때문에 하나의 종양이라도 부위에 따라 상이한 약제 저항성을 나타낼 수 있다. 따라서 현재의 표준 진단방법인 조직생검은 해석에 한계가 있다.

혈액을 이용한 액체생검은 수술적인 절제를 필요로 하지 않아 환자의 위험성이 낮고 주기적인 검사가 가능해 편의성이 높다. 또 온몸을 순환하는 혈액을 검체로 하기 때문에 종양의 다양성을 반영할 수 있어 임상적 유용성이 높다.

시선바이오는 고민감도 차세대염기서열 분석기법인 'Insight NGS'을 통해 액체생검시대를 준비하고 있다.

박 대표는 "항암제는 6개월~1년이 지나면 내성이 생긴다. 그러나 매번 조직생검을 할 수 없기 때문에 혈액방식의 진단이 필수적"이라면서 "PNA를 활용한 Insight NGS는 혈액에서 0.01% 돌연변이 검출도 가능하다"고 설명했다. 혈액 속에서 암 유전정보는 0.1~0.5% 수준에 불과해 기존 NGS를 뛰어넘는 정밀한 검사법이 필수적이다.

시선바이오는 SK텔레콤과 혈액 내 미량 암 유전자 분석용 고민감도 NGS키트를 개발하고 있다. 연구개발 완료후 3년간 중국 상용화를 위한 1만 5천건의 최소 공급 계약도 완료했다.

또한 포스트게놈다부처유전체사업의 '혈액기반 생체 검사를 위한 표적 유전자 선별 키트 개발' 과제의 주관기관으로도 선정됐다. 2년 5개월 동안 정부출연금 약 30억원을 지원받아 혈액에 포함된 종양 유래 유전자를 검사하는 키트를 개발한다. 암 관련 유전자를 포괄하는 다중진단키트(Cancer panel)를 구성하고 주요암의 유전정보를 혈액으로 분석할 수 있는 제품을 개발할 계획이다.

박 대표는 "이미 개발된 고민감도 NGS 기술과 표적유전자 선별 기술을 적용하면 혈액 내 암 유전자 검사가 가능한 키트를 성공적으로 개발할 수 있다"며 "우선 폐암(Insight Onco Lung Panel)과 대장암(Insight Onco Colon Panel) 돌연변이 분석에 초점을 맞추고 있다"고 말했다.

◇PNA 신약 개발..핵심 기술 내년 공개공격적인 R&D 진행

유전체 분석이 가능해지면서 DNA나 RNA를 직접 타깃하는 새로운 치료제 개발에 대한 요구가 나오고 있다. 유전자가위나 RNAi(RNA interference) 등의 기술이 대두되고 있지만 아직은 기술장벽에 막혀 있다.

박 대표는 "정밀의료 실현을 위한 진단은 DNA나 RNA를 타깃하지만 표적치료제는 단백질을 타깃으로 한다. 바이오마커 서열과 치료제간의 직접적인 관계가 없는 셈"이라고 지적했다.

시선바이오는 PNA를 활용해 RNA를 직접 타깃하는 신약을 개발한다. 하지만 PNA가 진단과 달리 신약개발에 활용되지 못한 이유가 있다. PNA가 생체안정성, 변이 구별 능력 등은 뛰어나지만 친수성과 셀 투과성이 낮아 치료제로 개발하기에 한계가 있었다.

시선바이오는 이 문제를 극복하기 위한 'PON-Train' 핵심 플랫폼 기술을 개발했다. 박 대표는 "생명체의 세포에 핵산을 전달할 수 있는 플랫폼 기술로 친수성과 셀투과성의 문제를 해결했다"면서 "내년 핵심 기술을 공개할 계획"이라고 설명했다.

회사는 최근 레고켐바이오사이언스와 새로운 표적치료제를 개발하기 위한 공동연구계약을 체결하기도 했다. 특정 유전자 차단 PNA와 레고켐바이오의 ADC(Antibody-drug-conjugate)를 접목해 목표한 타깃만을 대상으로 작용하는 인간 질병치료제를 개발할 계획이다. 2020년까지 전임상 진입이 목표다.

◇탄탄한 성장로드맵, 중국시장 진출 노린다

시선바이오의 장점은 탄탄한 성장로드맵을 갖고 있다는 것이다. 단기는 'MeltingArray'를 통한 진단키트, 중기는 'Insight NGS'를 통한 액체생검, 장기로는 'PON-Train'을 활용한 신약개발이 회사의 성장을 견인한다.

박 대표는 "올해 하나 내년에 3~4개의 진단제품이 허가될 것으로 기대하고 있다"면서 "매출 역시 올해 20억원, 내년에는 40억원을 예상하는 등 지속 늘어날 기대하고 있다"고 말했다.

시선바이오는 2017년을 본격 도약할 '원년'으로 삼았다. 글로벌 시장 진출도 본격 모색한다. 유톱 히어링 로스 유전자분석 키트 등으로 중국, 대만에 진출하거나 기술이전을 추진할 계획이다.

박 대표는 "유전체 연구, 동반진단, 맞춤형 치료제 기술의 유기적 활용을 통해 정밀의료를 실현하겠다"고 강조했다.