바이오테크
모기의 힘을 활용해 헤파린을 구식으로 만들 수 있을까?
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혈액 응고 약물
혈액 응고를 조절하는 것은 의료진에게 매우 중요합니다. 앞서 외상 발생 시 합성 혈소판으로 응급 응고를 유도하는 방법을 다음 기사에서 다루었습니다. “합성 생체재료가 응급 외상 상황에서 중요한 역할을 할 수 있다”.
다른 의료 상황에서는 혈액 응고를 예방해야 합니다. 심장마비와 불안정 협심증 치료, 혈관성형술, 투석, 수술 및 기타 시술이 그 예입니다.
전통적으로 이는 돼지와 소에서 추출한 거의 100년 된 의료 제품인 헤파린으로 관리됩니다.
하지만 듀크 대학교와 필라델피아 어린이 병원의 연구원들 덕분에 보다 진보된 항응고제가 곧 등장할 수 있습니다.
모기로부터 의학까지
연구진은 다음 제목의 과학 논문을 통해 합성 분자를 발표했습니다. “Aptameric hirudins as selective and reversible EXosite-ACTive site (EXACT) inhibitors” 이 논문은 Nature Communications에 게재되었으며, 연구진은 모기 등 흡혈 생물에서 발견되는 항응고 기전을 모방했습니다.
모기 같은 흡혈 생물의 침에는 항응고 물질이 있습니다. 이러한 생물은 표적 단백질의 표면과 활성 부위에 결합하는 두 부분을 활용해 혈액 응고를 억제합니다.
- 침 속의 항응고 물질이 혈액 응고 단백질 표면의 결합 부위에 붙습니다.
- 항응고 물질의 다른 부분은 단백질의 활성 부위를 억제하여 흡혈하는 동안 응고를 막습니다.
이러한 동물의 항응고 방식을 활용하는 것은 합리적입니다. 비슷한 방식이 여러 생물에서 독립적으로 진화했다는 점은 그 효과를 보여줍니다.
이 항응고 기전을 바탕으로 연구진은 사람의 혈액 응고에 관여하는 트롬빈과 Xa 인자를 표적으로 하는 인공 분자를 설계했습니다. 이 분자는 짧은 핵산 가닥인 ‘압타머’를 이용해 혈액 속 트롬빈 단백질에 결합합니다.
출처: Biorender
연구진은 분자의 연결부인 링커(linker)의 길이를 바꾸면 분자의 효능을 조절할 수 있다는 사실을 발견했습니다.
출처: Nature
완벽한 제어
연구진은 새로운 항응고 분자의 작용을 되돌리는 ‘해독제’도 개발했습니다. 이는 향후 의료 현장에서 활용하기 위한 중요한 수단입니다. 의사가 필요할 때 약물의 작용을 중화하여 통제되지 않거나 원치 않는 출혈을 피할 수 있기 때문입니다.
이 접근법은 환자에게 더 안전한 항응고 처치를 가능하게 할 수 있습니다. 염증 감소도 기대되며, 이는 심장마비나 큰 수술 후 회복 중인 환자에게 도움이 될 수 있습니다.
이 방법은 축산업에 의존하지 않는 항응고제 개발의 길을 열어줍니다. 현재 헤파린 공급은 중국의 양돈업에 크게 의존하며, 최근에는 팬데믹과 돼지 전염병으로 공급이 차질을 빚었습니다. 합성 방식은 공급망의 안정성을 높일 수 있습니다.
또한 동물 질병으로 인한 오염 위험과 항응고제 생산 과정의 탄소 배출을 줄일 것으로 기대됩니다.
추가 연구
흡혈 생물의 항응고 물질을 인공적으로 모방하는 이 기술은 다른 생화학적 작용에도 확대 적용할 수 있습니다.
압타머와 활성 부위 억제제를 결합하는 방식은 효과적인 EXACT 억제제 개발에 활용될 수 있습니다.
따라서 명확히 정의된 엑소사이트의 유무와 관계없이, 사실상 어떤 효소에 대해서든 강력하고 선택적이며 가역적인 EXACT 억제제를 만들 수 있습니다.
이 연구는 작용을 신속하게 되돌릴 수 있는 고효능·고특이성 효소 억제제군의 개발 가능성을 보여줍니다.
또한 압타머를 이용해 분자 결합의 특이성을 높이면서 필요에 따라 작용을 되돌릴 수 있는 접근법은 기존 약물이나 과거 임상시험에서 실패한 후보 약물을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.
더 나아가 이 범용적인 분자 설계 접근법은 단독으로는 효능이나 선택성이 충분하지 않아 개발이 중단된 여러 저분자 약물에 새로운 가능성을 제공할 수 있습니다.
압타머 기업
지금까지 압타머의 활용은 제한적이어서 관련 전문기업도 주로 실험실 진단 도구에 집중했습니다. 이번 연구는 그 잠재력이 기존 용도를 넘어 새로운 시장으로 확대될 수 있음을 보여줍니다.
1. Aptamer Group (APTA.L)
이 영국 기업은 압타머 개발·생산 분야의 선두주자입니다. 직원은 37명에 불과하지만 세계 상위 20개 제약사 중 15개사와 관계를 맺어 왔으며, 42개 파트너를 보유하고 있습니다.
Optimer 플랫폼은 치료제, 실험실 측정, 생물학적 제품 제조 등 각각의 용도에 맞는 압타머를 최적으로 발굴하도록 지원합니다.
출처: Aptamer Group
이 플랫폼은 곧 Optimer+로 대체될 예정이며, 압타머 설계와 펩타이드·압타머 상호작용에 더 복잡한 선택지를 제공할 전망입니다.
출처: Aptamer Group
회사는 최근 다음 서비스를 추가하며 제공 범위를 넓히고 있습니다.
- 면역조직화학(IHC) 분석법 개발
- 효소 활성 분석
- 세포 생존율 분석
- 교차반응성 분석
- 결합 쌍 평가
- 유전자 치료 효능 분석
2024년 초 회사의 매출은 전년 대비 약 3배로 빠르게 증가했습니다.
다만 아직 수익성 확보와는 거리가 있어 투자자는 신중히 분석해야 합니다.
2. Twist Biosciences
TWST 가격 차트
이 회사는 DNA 합성을 전문으로 하며, 반도체 산업의 소형화 기술을 활용해, 연구자의 시간과 비용을 절감합니다.
또한 전자 시스템과 별개로 데이터를 보존할 수 있는 DNA 기반 데이터 저장 기술 도 개발하고 있습니다.
이러한 소형화는 반응 부피를 100만 분의 1로 줄이면서 처리량을 1,000배 높여, 완전한 규모로 가동할 경우 실리콘 칩 하나에서 9,600개 유전자를 합성할 수 있게 합니다.
2023년 1월, 회사는 새로 가동한 두 번째 생산시설에서 제품 출하를 시작했습니다. 새 공장은 Twist의 생산능력을 두 배로 늘릴 것으로 예상됩니다.
고도화된 DNA·RNA 합성 역량을 갖춘 Twist는 항응고 제품 시장이 성장할 경우 주요 압타머 제조업체로 빠르게 부상할 수 있습니다.
최적의 가격에 고품질 핵산 서열을 공급하는 데 집중하는 ‘중립적’ 생산업체로서, 듀크 대학교 연구진의 발견을 상용화하려는 제약사에 유력한 제조 파트너가 될 수 있습니다.
