RNAi 기술을 이용한 특발성 폐 섬유증 치료제 개발 과정 및 기술이전

 

윤평오. 바이오니아 책임연구원

 

유전자 기술의 Pioneer, Bioneer!

㈜바이오니아는 1992년 대한민국 바이오벤처 1호로 출발, Innovation, Value, Discovery를 모토로 생명공학연구기자재의 국산화를 목표로 창립한 이래, 국내 최초로 DNA/RNA합성과 PCR용 효소의 국산화를 시작으로 생명공학연구에 필요한 핵심 연구시약과 첨단장비들을 자체 개발한 유전자 기술 전문기업이다. 대전에 본사를 두고 있으며, 기술성 평가를 통해 2005년도에 KOSDAQ에 상장된 중소기업이다.

 

2001년부터 siRNA 연구에 R&D 역량을 집중하여 siRNA 합성에 필요한 원료물질들을 모두 자체 개발 양산하고 있으며, 항체치료제의 뒤를 잇는 차세대 신약으로서 RNAi 신약개발의 핵심기술인 새미알앤에이 (SAMiRNA™) 기술을 독자적으로 개발해 이에 대한 원천 특허 및 90여 건의 관련특허를 국내/외에 출원 및 등록함으로써 RNAi 기반의 각종 난치병치료 신약개발을 위한 원천기술의 독점적인 지위를 확보하였으며, 다양한 응용 특허 포트폴리오를 구축하고 있다.

 

이러한 SAMiRNA™ 신약기술과 역량으로, 지난 2015년에 유한양행과 면역항암치료제 및 면역마커 동반분자진단 기술 개발을 위한 공동연구 협약에 이어 고형암 및 폐섬유화증, 피부질환 대상 세가지 신약후보물질을 기술이전 하며 전략적 관계를 구축해 차세대 신약개발에 박차를 가하고 있다.  아울러, 신약연구소의 주력 연구 분야인 SAMiRNA™, miRNA, 신약후보물질에 대한 독성 및 작용점 분석이 가능한GPScreen™ 시스템의 내용으로 2015년에 혁신형제약기업으로 재 인증되었으며, 두뇌역량우수전문기업 (K-BrainPower) 으로도 선정됐다.

 

RNAi 신약개발 개요

화학물질로 된 약품들이나 최근 들어 바이오시밀러로 부각되고 있는 항체 의약품들을 포함하는 지금까지의 의약품들은 대부분 병의 원인이 되는 단백질에 작용, 그 기능을 저해시키기 위해 개발되었다. 반면 RNAi 신약은 단백질에 작용하는 것이 아니라 단백질을 만드는 유전자의 mRNA 단계에서 공격하여 분해함으로써 질병 단백질의 생성 자체를 원천적으로 봉쇄하는 신개념의 차세대 유전자신약 기술로써, 이러한 mRNA를 분해하여 단백질 자체의 합성을 차단하는 기능을 가진 siRNA(짧은 합성RNA물질)를 이용하는RNAi (RNA Interference) 분야는 2006년 노벨 생리의학상으로 선정되는 등, 유전자증폭(PCR) 기술 발명 이후 생명공학분야의 가장 중요한 기술 중 하나로 인정받고 있다.

 

RNAi 기술은 알려진 모든 인간 유전자에 대해 선택적인 공략이 가능하므로 기존의 약물로 치료가 어려웠던 질병 타겟에 대해 제한 없이 치료제 개발이 가능하다는 장점을 가지고 있어 현재 치료제가 없는 난치병에 대한 치료제 개발의 새로운 해결책으로 떠오르고 있다. 이러한 신약으로서의 가능성 때문에 세계적인 제약사와 바이오벤처를 중심으로 막대한 투자와 연구가 진행되고 있으며, 2015년 기준 70여종의 RNAi약물이 임상 및 전임상 연구를 진행 중이거나 (그림 1), 실용화 이전 단계이다. 그러나 이 분야는 선진국과의 기술격차가 적기 때문에, RNAi치료제 기술에 집중적인 투자가 이루어진다면 이미 확보된 기반기술들을 바탕으로 그동안 축적된 게놈 data와 분자세포생물학기반이 합쳐져서, 우리나라가 차세대 세계신약시장을 주도할 수 있는 가능성이 어느 영역보다 크다 할 수 있다.

 

그림 1. Number of Unique RNAi Pipeline Products by Company, 2015

Source: Company reports; visiongain 2015. Pipeline products are represented based on the most advanced phase of development reached for any indication, including preclinical candidates

 

SAMiRNA

SAMiRNA™는 ㈜바이오니아가 독자 개발한 혁신적인 신기술로 기존의 siRNA 치료제기술의 문제점들을 극복하여 siRNA를 생체 내 질병 표적장기 세포까지 효율적이고 안정적으로 전달할 수 있는 나노입자형 RNAi 신약물질이다. SAMiRNA™는 단일 분자구조로 스스로 나노입자로 만들어져 주사제로 사용되었을 때 혈액 내에서 안정적인 나노입자 구조를 유지하며 암 및 질병조직에만 선택적으로 전달된 후, 세포 내에서 활성화된 siRNA로 전환되어 암 및 질병 유발 RNA를 분해시키는 획기적인 치료제이다 (그림 2). 비 임상 동물테스트를 통해 암 및 질병 치료 효과가 입증되었으며, 일반 siRNA에 비해 혈액 내 안정성이 뛰어나고, 기존에 알려진 일반 siRNA 전달체와 비교하여 독성이 매우 적어 신약후보물질로서 뛰어난 장점을 가지고 있다.

 

그림 2. SAMiRNA™ (Self-Assembled Micelle inhibitory RNA)

 

IPF (Idiopathic Pulmonary Fibrosis)란 무슨 질병인가?

우리의 인체 조직은 여러 가지 원인에 의해서 손상(Injury)이 오면, 그것을 복구(repair) 하는 기전이 정상적으로 작동한다. 대부분의 조직 손상은 정상적인 복구 과정을 통해서 회복이 되면 손상이 중단되어 더 이상 진행되지 않는데, 비정상적으로 복구가 일어나게 되면 콜라겐(collagen)과 같은 다량의 세포 외 기질(extracellular matrix)의 축적으로 생기는 섬유화(fibrosis)과정을 통해서 장기의 기능이 상실되게 된다. 이러한 조직의 손상과 복구를 조절하는 대표적인 cytokine이 TGF-β로 알려져 있으며, 이 TGF-β의 계속적인 과다 또는 이상 발현은 여러 장기에서 섬유화 또는 조직 손상으로 치명적인 결과를 초래하는 것으로 알려져 있다. 과도한 섬유화로 인해서 발생하는 대표적인 질환중의 하나가 특발성 폐 섬유화증(idiopathic pulmonary fibrosis)이며, 이외에도 간경화 (liver cirrhosis), 피부경화증, 신부전증 및 만성 심근경색등 다른 장기의 많은 질환들도 조직의 섬유화 과정이 동반되어 그 병의 발생과 진행에 결정적인 요인이 되는 것으로 알려져 있다. 이와 같이 비정상적 섬유화 (abnormal fibrosis)는 심장과 신장을 비롯하여 중요한 인체 장기의 심각한 만성 질환 말기에 공통적으로 발견되는 병리현상으로, 결과적으로는 치명적인 장기손상을 유발시켜 사망에 이르게 하기 때문에, 폐 섬유화증을 대상으로 비정상적인 섬유화 과정을 효과적으로 조절할 수 있는 약물이 개발되면 그 의료적 수요가 다른 섬유화증을 가진 질환으로도 확대 적용될 가능성이 클 것으로 판단된다. 2014년에 InterMune社의 ‘Esbriet (Pirfenidone)’ 및 Boehringer Ingelheim社의 ‘Ofev (Nintedanib)’가 새로운 특발성 폐 섬유화증 치료제로 승인을 받았지만 여러 임상실험에서 상기 치료제의 효과는 아주 제한적이기 때문에 (약 10% 정도 폐 기능을 개선시키는 효과와 갑자기 증상이 나빠지게 되는 가능성을 약간 낮추어 줌), 새로운 치료약의 개발의 필요성이 매우 절실한 실정에 있다.

 

글로벌 마켓 다이렉트 (Global Market Direct)에서 2015년 발간한 “특발성 폐 섬유화증(IPF) 치료제-파이프라인 리뷰 2015 (Idiopathic Pulmonary Fibrosis. Pipeline Review, H1 2015)” 보고서에 따르면 현재 62종의 특발성 폐 섬유화증 치료제 파이프라인이 개발단계에서부터 임상 3상에 진입하여 치료제 개발을 진행 중에 있으며, 본 연구팀에서 수행한 결과도 Preclinical stage의 기술로 소개되었다. 이는 (주)바이오니아의 기술이 특발성 폐 섬유화증 치료제로써 인정받고 있음을 보여준다고 할 수 있다 (그림 3).

 

그림3 . Number of Products under Development for Idiopathic Pulmonary Fibrosis

 

(주)유한양행과의 기술이전에 대하여

㈜바이오니아는 그 동안 미국 브라운대 이춘근교수 연구팀과의 공동연구 수행을 통하여, TGF-β 형질전환 쥐 및 기존에 확립된 질병동물모델을 이용하여, 폐 섬유화증에서 중심적인 역할을 하는 후보유전자를 발굴하고 그 작용기전을 규명하여 왔으며, 그 유전자들에 대한 siRNA를 이용하여 항 섬유화증에 대한 직접적 차단 효과를 동물모델을 통해 효과를 검증하였고, 이 호흡기 질환에 대하여 SAMiRNA 기술을 적용하여 안전성평가연구소(KIT)와 공동 수행한 동물모델 실험을 통해 새로운 치료제로의 개발 가능성이 높음을 확인하여 그 결과를 2015년 2월 JBC논문에 투고 하였으며, 타겟 유전자에 대한 PCT특허를 출원하여 지적재산권을 확보하였고, 범부처 전주기사업의 지원을 받아 특발성 폐 섬유화증에 특화된 동물모델에서의 효능 및 PK/PD분석을 완료함으로써, 비임상 후보물질 발굴을 완료하였다.

 

㈜바이오니아가 독자 개발한 SAMiRNA™는 차세대 치료제로 각광받고 있는 siRNA를 핵심으로 하는 Platform 기술이다. 생체 내로 들어갔을 때 불안정한 특성을 갖는 siRNA를 그 동안의 기술 개발을 통해 보다 안정한 미셀(micelle) 구조를 만들기 위해 제조과정에 많은 시도를 하였다. 특히, 보관 및 유통에 유리한 동결건조 파우더상을 갖추기 위한 시도를 하였는데, 동결과정에서의 온도 하강 속도, 온도 지속 시간과 건조 과정에서의 건조 시간 및 적정 압력, 그리고 버퍼의 종류와 농도, 마지막으로 SAMiRNA™의 적정 농도와 볼륨, 이 모든 조건들에 대해 안정성을 분석하기 위해 동적 광산란법(dynamic light scattering)을 이용한 크기와 분산도 및 제타 전위 측정, 그리고 세포 내 타겟 유전자 저해율을 분석하여 최적의 조건을 확립하였다.

 

SAMiRNA™가 타겟 질병 장기에 정확히 전달되는지 확인하기 위해 여러 조건 실험을 수행하였으며, 한국기초과학지원연구원과의 공동연구를 통해 마우스 실험동물모델에서의 표적지향성 유무 확인을 위한 조건실험들을 진행하여, 마침내 마우스에 투여한 SAMiRNA™가 표적 조직인 폐(lung)에 도달하는 것을 확인하였으며 이 결과를 바탕으로 시험물질인 SAMiRNA™를 이용한 효능실험(efficacy test)을 진행할 수 있었다. 본 치료제 후보물질의 효능 검증을 위해서는 다양한 폐 섬유증 쥐 모델에서 확인이 필요하였고, Bleomycin 투여를 통한 폐섬유증모델 및 TGF-b형질전환 쥐 모델을 대상으로 시험물질인 SAMiRNA™의 효능실험을 확인하기 위한 예비실험들을 수없이 반복하였으며, 효과가 나타나는 유효용량을 결정하였다. 또한, 경쟁사에서 임상 개발 진행중인 약물들을 확인하고, 발표한 논문을 참고하여 경쟁사 물질 대비 SAMiRNA™의 효과를 입증하기 위해 ‘Head to Head 비교실험’을 수행하였다.

 

상기 연구 결과를 토대로 국내외 제약기업과의 활발한 기술 소개를 통해 다수의 글로벌제약사의 관심 및 기술이전에 대한 협의를 진행하였다. 하지만, 대부분의 글로벌 제약기업들은 본사의 전임상 연구 결과 및 원천기술에 대한 기술력은 인정을 하였지만, 실제 임상에서의 성공 가능성에 대해 확신을 갖기는 이르다는 반응을 보였으며, 이는 기존 본사에서 추진하는 비즈니스 전략을 수정하기에 이르렀고, 전임상 연구결과만으로는 라이선싱아웃Big deal을 하는데 어려움이 있다고 판단되었고, 이를 극복하기 위해서는 단기간 내에 임상 진입이 필수 불가결 하기에, 이를 위해서 국내 제약사 중에서 풍부한 임상시험 경험 및 자본을 구축한 기업인 (주)유한양행과 기술이전을 위한 협상을 진행하였다.

 

㈜바이오니아와 ㈜유한양행은 2015년 9월 나노입자형 RNAi 물질인 SAMiRNA™를 이용해 고형암, 특발성폐섬유화증, 및 피부질환 등을 대상으로 질병유발 유전자 발현을 효율적으로 억제하는 신약들을 개발하기 위한 기술이전과 전략적 투자를 포함한 전략적 제휴를 체결하는 성과를 보였다.

 

바이오니아는 유한양행과의 기술이전을 통해 향후 전임상 및 임상시험 수행에 필요한 나노입자형 RNAi 치료제 신기술인 SAMiRNA™ 신약후보물질을 유한양행에 공급하고, 유한양행은 비임상/임상연구를 통해 국내 및 글로벌 신약 사업화를 추진할 계획이다.