차세대바이오의약품, 유전자치료제는 무엇인가?

안녕하세요. 바이오길라잡이입니다.

오늘 글에서는 세포치료제에 이어서 유전자치료제는 과연 어떤 것을 의미하는지에 대해서 간단하고 명료하게 소개하는 글을 적고자 합니다. 바이오업계에서는 세포 그리고 유전자 치료제라는 의미로 Cell and Gene Therapy라고 많이 칭하고 있습니다. 엄연히 따지면 유전자치료제도 세포를 이용해 야하기 때문에 세포유전자치료제라고 하는 것이 더 정확한 표현일지도 모르겠습니다. 유전자치료제는 어떻게 해서 치료제로 사용되는지 한 번 알아보도록 하겠습니다

 

 

유전자치료제의 관건은 유전자이다.

너무나 당연한 소리를 했나요? 당연하지만 또 틀린 말도 아닌 것이 유전자치료제는 말 그대로 어떠한 유전자를 몸속 세포에 전달하여 그 유전자로 하여금 병을 치료하도록 하는 치료제입니다. 즉, 유전자조작 기술을 통해 치료물질을 만들어내는 유전자 혹은 어떤 질병을 치료하도록 유도하는 물질을 만들어 내는 유전자를 내 몸속의 세포에 전달하여 세포가 그 유전자의 유전정보를 해독하여 물질을 만들 수 있도록 하는 것입니다. 즉, 치료로 사용할 유전자를 어떻게 편집하여 잘 전달될 수 있도록 하는 분자 수준의 작업이 매우 중요하다고 할 수 있습니다. 

 

유전자를 어떻게 체내의 세포에 전달하나요?

우리는 이미 모두 답을 알고 있습니다. 최근에 약 3년간 팬데믹의 과정을 거치면서 바이러스에 대한 정보와 특성에 대해서 많이 들었습니다. 바이러스는 일단 사람의 세포에 쉽게 침투하여 세포가 가지고 있는 기관들을 이용하여 자신을 엄청나게 많이 만들고 결국 세포를 죽이고 바이러스가 세포 밖으로 나오면서 퍼지게 됩니다. 흡사 영화 '에일리언'에 보면 사람을 숙주로 에일리언들이 번식하는 것과 같은 프로세스라고 생각하시면 됩니다. 그럼 만약에 이런 바이러스의 독성 즉, 바이러스에서 질병을 일으키는 스파이크 단백질과 같은 질병원성의 유전자를 제거하고 이를 유전자 운반체로 사용하면 어떨까요? 이보다 더 좋은 유전자 운반체는 없을 것이라 생각됩니다. 이미 유전자치료제는 여러 가지 바이러스를 활용하여 치료제로서 개발이 되고 있으며, 바이러스가 세포에 잘 침투하는 성질은 살리되 독성을 없애고 대신 내가 원하는 유전자를 가지고 있는 바이러스로 제작합니다. 그리고 이렇게 만들어진 바이러스를 숙주세포에 감염시켜 엄청나게 많은 바이러스를 확보한 후 정제와 QC를 통해 최종적으로 목표하는 바이러스만을 얻어 인체에 주사하게 됩니다.

유전자 전달을 위해 가장 많이 사용되는 바이러스는 무엇인가요?

가장 대표적인 예는 AAV (Adeno Associated Virus) 그리고 LV (Lenti Virus)입니다. 각 바이러스에 대한 특성을 간단히 정리해 보겠습니다

1. AAV (Adeno Associated Virus)

말 그대로 아데노바이러와 관련이 있는 바이러스로 아데노바이러스가 있어야지만 복제가 가능한 특성을 가지고 있습니다. 그럼 여기서 의문은 '아데노바이러스는 그럼 조작이 안된 바이러스를 사용하는 건가?'라는 생각이 들 수 있지만 역시 독성을 제거하여 만든 아데노바이러스를 사용하여 AAV를 복제하도록 개발되어 있으며, 혹은 최근에는 아데노 바이러스가 없어도 스스로 복제할 수 있는 기술도 나와 있습니다

일반적은 AAV를 가장 많이 사용하는 이유는 타 바이러스에 비해 안정성이 좋으며 면역학적인 반응이 매우 적기 때문에 유전자 운반체로 많이 사용하고 있으며, 주로 큰 유전자보다는 작은 유전자를 전달할 때 많이 사용됩니다. 그리고 가장 주요한 특징은 AAV는 serotype별로 나뉘는데 AAV1, AAV2-------AAV9 등으로 타입이 나누어져 있고, 이 각 타입들은 어떤 질병이냐에 따라서 용도가 나뉜다고 간단히 생각하시면 됩니다.

2. LV (Lenti Virus)

RNA바이러스의 한 종류로 일반적으로 genome에 끼어들어가서 증식하는 타입의 바이러스입니다. 쉽게 설명하면 AAV의 경우 세포의 유전자에 끼어들어가지 않고 세포질이라는 곳에서 증식하다가 세포를 깨부수고 나오는 바이러스라고 하면 LV의 경우 세포의 유전자에 끼어들어가서 잠복해 있다가 어떤 환경에 노출되면 증식하는 형태입니다. 일반적으로 AAV에 비해서 조금 더 큰 유전자를 운반해야 할 경우 많이 사용되고 있으며 분열하고 있는 세포나 혹은 그렇지 않고 있는 세포 모두에게 감염시킬 수 있다는 장점이 있어 다소 복잡하거나 큰 유전자를 조작하여 전달할 경우에는 LV를 많이 사용하게 됩니다.

3. 단백질 생산과 같이 세포주를 만들 순 없나요?

일반적으로 항체나 단백질의 경우에는 '세포주'라는 것을 만들어서 언제든 세포를 녹여 키우면 바로 단백질이나 항체를 생산할 수 있도록 준비할 수 있는 반면에 바이러스를 생산해야 하는 유전자치료제의 경우에는 현재 세포주개발이 다소 힘든 상황입니다. 물론 기술적으로는 불가능하진 않지만, AAV의 예로 보면 세포의 유전자에 삽입되는 것이 아니라 세포질 즉 쉽게 이야기하면 여러 기관들이 같이 존재하고 있는 호텔로 치면 '로비'에 비유할 수 있을 것 같습니다. 아무튼 이곳에 머물면서 막 불어나면 세포를 부수고 나가다 보니.. 세포주와 같이 보관을 할 수 있는 형태로 제작하기가 쉽지가 않습니다. 설령 만든다고 하더라도, AAV가 있는 세포주를 만들어서 얼렸다가 해동하였을 때 확인해 보니 유전자가 '탈출'되었거나 정상적인 형태로 존재하지 않는 등 문제가 있어 현재는 숙주세포를 어느 정도 키우다가 인위적으로 배양 중간에 바이러스를 감염시키는 형태로 공정이 진행되고 있습니다. 하지만 결국에는 바이러스의 안정적인 생산을 위해서는 '바이러스 생산 세포주'를 만들어야 합니다. 계속 매번 생산마다 바이러스를 인위적으로 감염시키는 공정이 있는 경우 환경에 따라 그리고 그날 감염효율에 따라 생산성이 매번 바뀔 수 있기 때문에 이 부분 역시 지속적인 연구개발로 안정적인 생산 프로세스를 확립하는 것도 중요하다고 할 수 있습니다.

 

바이러스를 이용하면 정말 안전할까요?

물론, 100% 안전하면 좋겠지만 그렇지 않은 경우도 있습니다. 점점 기술이 발전함에 따라 이러한 부분들이 점차 개선되어가고 있지만 아직까지 혹시 모르는 질병의 원인이 될 수 있는 잠재적 위험성은 바이러스이기에 따라오는 위험성 중에 하나입니다. 그래서 최근에는 non-viral (비바이러스) 운반체를 활용한 유전자치료제 개발도 많이 진행되고 있습니다.

 

유전자치료제 결국 세포치료제와 같이 안정성이 관건

모든 의약품이 그렇겠지만 유전자 치료제 역시 안정성 문제는 항상 존재해 왔습니다. 바이러스에 대한 우려와 더불어 유전자가 혹시 다른 기작으로 인해 계속 인체에 유지되면서 생길 수 있는 부작용과 같은 여러 가지 문제들이 있습니다. 결국 이런 것들에 대해서 많은 데이터를 쌓고 안정성에 대한 문제를 최소화하는 것이 가장 중요하다고 할 수 있습니다.