유전자 치료: 암 치료, 진단 및 약물 개발의 혁신을 열다

인간을 치료하는 도구로 유전자를 사용하는 역사는 거의 50년 전으로 거슬러 올라가며, 의학 과학의 중대한 순간을 표시합니다. 

1972년에 유전자 치료 개념이 처음으로 치료 형태로 고려되었습니다. 이 획기적인 아이디어는 Science 저널에 실린 논문 “Gene therapy for human genetic disease?”에서 T Friedman과 R Roblin이 발표했습니다.

그 논문에서 저자들은 “유전자 치료가 미래에 일부 인간 유전 질환을 개선할 수 있을 것”이라고 주장했습니다. 그들은 “유전자 치료 기술 개발을 목표로 하는 지속적인 연구”를 촉구했습니다. 이 연구 촉구는 유전 의학의 새로운 시대의 시작을 알렸습니다.

실제로 첫 번째 인간 대상 유전자 치료 임상시험이 1990년에 이루어지기까지는 또 18년이 걸렸습니다. 이 시험은 중요한 진전이었으며, 향후 발전의 길을 열었습니다. 2003년에는 Human Genome Project의 완성이라는 또 다른 중요한 이정표가 달성되었습니다. 

1990년 10월에 시작되어 2003년 4월에 완료된 인간 게놈 프로젝트는 인간 게놈의 첫 번째 서열을 생성한 인류 역사상 가장 위대한 과학적 성취 중 하나로 평가됩니다. 

이러한 과학적 진보의 흐름을 따라, 중국이 두경부 암 치료를 위한 최초의 유전자 치료를 승인하면서 또 다른 이정표가 달성되었습니다.

이 발전이 여기서 논의하는 치료 가능성의 시작을 의미하므로, 이를 더 자세히 살펴보겠습니다. 

암에 대한 최초 승인된 유전자 치료 제품

2003년에 중국 식품의약품감독관리국(CFDA)은 Shenzhen SiBino GeneTech Co. Ltd.가 개발한 재조합 인간 p53 아데노바이러스인 Gendicine을 승인했습니다. 이는 두경부 암 치료를 위한 유전자 치료 제품으로 상업 시장에 진입했습니다. 이 치료제는 최소 침습적인 종양 내 주사와 공동강 또는 혈관 내 주입을 통해 전달되도록 설계되었습니다. 

첫 12년 동안 치료제의 성능을 조사한 scientific review에 따르면, 회사는 Gendicine을 41배치, 169,571병 제조한 것으로 나타났습니다. 인상적으로, 치료제는 심각한 부작용이 보고되지 않았으며, 50-60% 환자에게서 몇 시간만 지속되는 벡터 관련 일시적 발열만이 관찰되었습니다.

후속 유전자 치료 임상시험

중국의 유전자 치료 임상시험 성공 이후에도 발전은 계속되었습니다. 2005년에는 AAV 벡터 기술을 이용한 혈우병 B에 대한 최초의 유전자 치료 임상시험이 시작되었습니다.

AAV 벡터는 비포장 바이러스를 이용해 영향을 받은 조직과 세포에 유전 물질을 안전하게 운반하고 전달하는 바이오엔지니어링 도구로 활용됩니다. 이후 2017년 미국은 실명을 일으키는 유전 질환에 대한 최초의 유전자 치료를 승인했습니다.

이 분야에서 추가적인 과학적 진보가 이루어짐에 따라, 유전자 기반 치료가 다양한 형태의 암으로 인한 중증 악성 종양을 치료하는 새로운 지평을 열 것이라는 점은 분명합니다.

하지만 이 분야를 더 깊이 파고들기 전에, 유전자 기반 치료와 관련된 용어인 유전공학, 게놈, 유전체학, 그리고 게놈 시퀀싱이 무엇을 의미하는지 아는 것이 중요합니다.

유전공학이란 무엇인가?

국립 인간 게놈 연구소는 유전공학을 “실험실 기반 기술을 사용하여 유기체의 DNA 구성을 변경하는 과정”이라고 정의합니다.

DNA 구성을 변경하는 방법은 다양하며, 여러 기술을 포함합니다. 단일 염기쌍을 바꾸거나, 전체 DNA 영역을 삭제하고 새로운 구간으로 교체하거나, 심지어 서로 다른 종 사이에서 한 종의 유전자를 다른 종의 유기체에 도입하는 경우도 있습니다. 이러한 유전공학의 다재다능함은 암 치료 솔루션 제공자에게 필수적인 도구가 되었습니다.

유전체학이란 무엇인가?

유전체학은 유전자를 연구하는 학문으로, 개인의 모든 유전자가 서로 및 개인의 환경과 어떻게 상호작용하는지를 이해하는 데 초점을 맞춥니다. 이 분야는 DNA, 세포, 히스톤, 뉴클레오솜, 염색체 등 다양한 구성 요소를 심도 있게 연구합니다. ‘유전체학’이라는 용어는 ‘게놈’에서 유래했으며, 이는 유기체의 전체 DNA 집합을 의미합니다. 인간 몸의 모든 세포는 약 30억 개의 DNA 염기쌍을 포함한 전체 사본을 가지고 있습니다.

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게놈 시퀀싱이란?

게놈은 한 유기체를 다른 유기체와 구별하는 유전 코드입니다. 인간마다 지문이 다르듯이, 모든 유기체는 고유한 유전 코드를 가지고 있습니다. 따라서 게놈 시퀀싱은 박테리아, 식물, 포유류 등 각 개별 유기체의 고유 식별 패턴을 인식하는 데 도움을 줍니다.

게놈 시퀀싱을 전체적인 과정으로 만들기 위해 네 가지 주요 구성 요소가 결합됩니다: 

• DNA 절단
• DNA 바코딩
• DNA 시퀀싱
• 데이터 분석

수년간 개발된 이러한 유전자 검사 도구들을 통해 과학 및 의료 커뮤니티는 암을 포함한 생명을 위협하는 질환 치료에서 큰 성공을 거두었습니다. 다음 섹션에서는 유전자 기반 접근이 암 검출 및 치료에 어떻게 기여하고 있는지 살펴보겠습니다.

암의 위협: 모든 질병의 황제

인도 출신 미국 의사이자 종양학자인 Siddhartha Mukherjee는 2010년 저서에서 암을 ‘모든 질병의 황제’라고 적절히 표현했으며, 이는 질병의 영향을 고려할 때 여전히 가슴 아픈 묘사입니다. 이와 같은 견해에 따라, 미국 암 협회는 2022년에 미국에서만 약 200만 건의 새로운 암 사례와 60만 건 이상의 암 사망이 발생했다고 estimates합니다.

또 다른 2020 study에 따르면, 폐암이 전 세계 암 사망 원인 1위이며, 약 180만 명(18%)이 사망했습니다. 그 뒤를 대장암(9.4%), 간암(8.3%), 위암(7.7%), 여성 유방암(6.9%)이 잇습니다.

더 우려되는 점은, 이 연구가 2020년 수준에 비해 전 세계 암 부담이 47% 증가할 것으로 예상했으며, 2040년에는 2840만 건으로 2020년의 1930만 건보다 900만 건 이상 증가할 것으로 전망했습니다.

이러한 수치는 심각한 상황을 보여주며, 암을 조기에 발견할 수 있는 혁신적인 노력을 강화하는 것이 필수적입니다. 이를 통해 의사들이 근본 원인을 충분히 파악하고 치료할 시간을 확보할 수 있습니다. 다행히도, 여러 유전자 기반 노력들이 그 방향에서 긍정적인 결과를 보여주고 있습니다.

암 검출 및 치료를 위해 게놈 시퀀싱을 활용하는 기업들

1. SeekInCare

SeekInCare는 SeekIn Inc.에서 제공하는 솔루션으로, 20가지 이상의 암 유형을 검출할 수 있는 혈액 기반 다중 암 검출 테스트입니다. 이 고급 솔루션은 세포외 DNA에서 전체 게놈 시퀀싱을 활용하며, 이는 진단 능력의 핵심 기술입니다.

미국 질병통제예방센터(CDC)가 정의한 바와 같이, 전체 게놈 시퀀싱은 유기체의 게놈에서 염기 서열을 결정하는 실험실 절차입니다. 뉴클레오티드 염기가 바로 유기체의 고유 유전자를 구성합니다.

연구진은 617명의 암 환자를 대상으로 테스트 효능을 조사했으며, 404명을 식별하는 데 성공했습니다. 민감도는 65.5%, 특이도는 97.9%였습니다. 결과에 따르면 암 단계가 높을수록 테스트 민감도가 증가했습니다. 1기 암에서는 46.9%였으며, 4기 암에서는 81.8%로 상승했습니다.

1203명의 환자를 대상으로 한 전향적 실제 연구에서는 민감도 60.0%, 특이도 96.1%를 보였습니다.

2018년 초에 설립된 SeekIn Inc.는 혈액 기반 판암 조기 검출에 중점을 둔 바이오테크 기업입니다. 이들은 암을 조기에 발견하면 사망률을 15% 정도 감소시킬 수 있다고 믿습니다.

SeekInCare 외에도 SeekInCure와 SeekIn Clarity와 같은 솔루션을 보유하고 있습니다. SeekInCure는 암 재발을 모니터링하고 수술 후 암 환자의 위험을 평가합니다. 이를 위해 환자의 세포외 DNA에서 암 게놈 변이를 감시합니다.

SeekInClarity는 치료 반응 모니터링에 도움을 줍니다. 이를 위해 얕은 전체 게놈 시퀀싱(sWGS) 데이터를 사용하여 전체 암 게놈을 매핑합니다.

중국에 본사를 둔 SeekIn은 비상장 기업으로 2018년에 Green Pine Capital Partners와 또 다른 투자자로부터 angel funding을 받았습니다. 투자 금액은 공개되지 않았습니다.

2. Editas Medicines

Editas Medicine (EDIT ) 은 gene editing을 활용해 암 및 기타 중증 질환 치료제를 개발합니다. 그들의 SLEEK gene editing methods는 암을 위한 차세대 세포 치료제 개발에 기여합니다. Editas는 자체 설계한 AsCas12a 뉴클레아제를 보유하고 있어, 유도만능줄기세포(iPSC), T 세포, 자연 살해(NK) 세포에 대한 고효율 다중 전이형 유전자 삽입을 구현합니다.

최근 Editas는 Q3 2023 results를 발표했으며, 해당 기간 동안 회사의 재무 성과를 제공했습니다. 2023년 9월 30일 종료된 3개월 동안 협업 및 기타 연구개발 수익이 500만 달러 이상 기록되었습니다. 또한 2023년 9월 30일 종료된 9개월 동안 매출은 1,800만 달러 이상이었습니다.

3. Beam Therapeutics

2022년 12월, 미국 식품의약국(FDA)은 임상 보류를 해제하고 재발/불응성 T세포 급성 림프구성 백혈병(T-ALL)/T세포 림프구성 림프종(T-LL) 치료를 위한 신약임상시험(IND) 신청을 승인했습니다. 이는 BEAM-201에 해당하며, Beam Therapeutics가 개발한 anti‑CD7, 다중 편집, 동종 키메라 항원 수용체 T세포 후보물질입니다. Beam Therapeutics는 베이스 편집을 통한 정밀 유전 의약품 개발로 알려져 있습니다.

2023년 9월 30일 종료된 three months ending 동안 Beam Therapeutics Inc. (BEAM ) 는 라이선스 및 협업 수익으로 1,700만 달러 이상을 기록했습니다. 2023년 9월 30일 종료된 9개월 동안 회사 매출은 6,100만 달러 이상으로, 2022년 첫 9개월에 기록된 약 4,100만 달러에 비해 크게 증가했습니다.

Beam과 Editas와 같은 잘 알려진 상장 기업들이 암에 대한 유전공학 솔루션 테스트를 수행하는 것 외에도, 학술 및 조직 연구도 진행 중이며, 이들 중 다수는 향후 암을 크게 치료하거나 감소시킬 수 있는 흥미로운 기회를 열어줄 것으로 기대됩니다.

Beam Therapeutics가 또 다른 선도적인 유전자 편집 기업인 CRISPR Therapeutics와 어떻게 비교되는지 보려면 여기를 클릭하세요. (CRSP )

췌장암 조기 검출 방법

미국, 중국, 한국, 일본의 연구팀은 췌장암 세포에서 방출되어 혈류에 순환하는 소량의 RNA 유전 물질을 검출할 수 있는 바이오마커 패널을 개발·시험했습니다. 이러한 물질은 원형 RNA, 즉 circRNA라고 불립니다.

연구진은 전장 유전체 발현 프로파일링 방법을 활용해 환자 샘플을 포괄적으로 검토했으며, 이를 통해 circRNA 기반의 췌장암 바이오마커를 발견했습니다. 이는 초기 단계 췌장암 환자의 몸에서 정상 조직 표본과 췌장암 종양을 구별하는 데 도움이 됩니다. 연구에 따르면 이 테스트는 “강력한 진단 정확성을 보였다.”

HonorHealth Research Institute 암 연구 부서의 연구 책임자인 Erkut Borazanci 박사는 이 방법의 중요성을 다음과 같이 설명했습니다:

“췌장암을 조기에 발견하면 말기 진단 시보다 생존 확률이 훨씬 높습니다. 따라서 췌장암을 탐지할 새로운 방법을 개발할 필요가 크게 있습니다.” 

이 방법은 그러한 새로운 검출 방식을 개발하기 위한 올바른 단계입니다.

유전자 기반 발견과 암 치료의 미래

의심할 여지 없이 유전자는 우리의 생리적 존재의 핵심에 자리 잡고 있으며, 이는 유전학 연구의 복잡성과 중요성을 강조합니다. 따라서 유전자를 다루는 데는 정교한 방법이 필요합니다. 그러나 신중히 수행될 경우, 유전공학, 게놈 시퀀싱 및 기타 유전자 기반 치료와 같은 접근법은 암 위험을 크게 감소시킬 잠재력을 가지고 있습니다.

하지만 이는 단순히 치료에만 국한되지 않으며, 많은 암을 조기에 발견하는 데에도 도움이 됩니다. 조기 발견은 종종 암을 근본적으로 근절하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

유전자 치료 기반 치료가 장기적으로 더 성공적이기 위해서는 몇 가지 과제를 해결해야 합니다. 샘플 관련 문제, 차세대 시퀀싱 특유의 과제, 비악성 대조군 시퀀싱 등과 같은 문제들을 다루어야 합니다. 또한 계산 분석 및 변이 해석도 장애물이 될 수 있습니다.

하지만 이러한 모든 과제는 혁신적인 연구와 연구소, 의사·종양학자, 의료기관, 제약 기업 간의 협력을 통해 효율적으로 해결될 수 있습니다. 치료는 비암성 부위에 영향을 주지 않아야 하며, 암이 단기적으로 치료되더라도 장기적으로 해로울 수 있는 생리적 변화를 초래하지 않아야 합니다.

앞으로는 암을 위한 유전자 기반 치료 분야에 더 많은 연구개발(R&D) 자금이 몰릴 것으로 기대되며, 전 세계 제약 산업도 투자를 확대할 것으로 예상됩니다. 이는 범위가 매우 크고, 확장 가능하고 안전한 솔루션이 필요하기 때문에 중요합니다.

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