융합 2017 FEBRUARY Vol. 58 Technology Industry Policy 유전체기반정밀의료연구동향 박순영 융합연구정책센터 > 01 인구고령화, 정보통신기술의발달로보건의료의패러다임의변화 * 로의료공급자 치료중심에서 의료소비자 개인화된맞춤형의료로변화 *

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괴옥 창
5 years ago
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1 발행일 발행처융합연구정책센터 2017 FEBRUARY vol.58 Technology Industry Policy 유전체기반정밀의료연구동향 박순영 융합연구정책센터

2 융합 2017 FEBRUARY Vol. 58 Technology Industry Policy 유전체기반정밀의료연구동향 박순영 융합연구정책센터 > 01 인구고령화, 정보통신기술의발달로보건의료의패러다임의변화 * 로의료공급자 치료중심에서 의료소비자 개인화된맞춤형의료로변화 * 1.0( 전염병예방 ), 2.0( 질병치료로기대수명연장 ), 현재 3.0( 예방과관리를통한건강수명연장 ) 으로변화 선정배경 DNA 와단백질분석기술의발전과유전정보와질병관계에대한생물학 의학정보가증가함에따라 유전자수준에서질병재진단및치료가능성증가 질병에대한정확한진단, 적합한치료방법선별을통한맞춤형치료뿐만아니라, 질병의조기발견, 나아가예방까지가능하다는점에서유전체기반정밀 맞춤치료에대한사회 경제적수요증가 > 02 개요 01 개념정의 ( 정밀의료, Precision Medicine) 환자마다다른유전적, 환경적요인과질병경력, 생활습관등을사전에인지해환자에게적정한약과용량으로알맞은시기에사용하여환자별최적화된치료법을제공하는의료서비스 - 정밀의료와맞춤의료를혼용하여사용하는데본질적으로비슷한의미를지니고있지만, 맞춤의학이특정한개인을위해개발된예방및치료법이란오해의소지가있어정밀의료사용을권장 * * 미국립연구회의 (National Research Council), ( 16) 02 Industry

유전체기반정밀의료연구동향 Traditional "One-Size-Fits-All" Approach All patients with the same diagnosis receive same treatment Personalized Medicine Approach

과거와현재의치료방식의변화 출처 PMC Fact Sheet 02 정밀의료실현을위한필수요소 유전체의학인구집단코호트 *, 진료정보 ( 의료기관 ), 유전체정보기반맞춤의료기술 모바일헬스케어보건의료빅데이터 ( 공공기관 ), 모바일헬스케어기술기반건강관리서비스

3 유전체기반정밀의료연구동향 Traditional "One-Size-Fits-All" Approach All patients with the same diagnosis receive same treatment Personalized Medicine Approach Treatment strategy based on patient's unique genetic profile Genetic Profile A : Trageted Therapy Genetic Profile B : Srandard Therapy 그림 1. 과거와현재의치료방식의변화 출처 PMC Fact Sheet 02 정밀의료실현을위한필수요소 유전체의학인구집단코호트 *, 진료정보 ( 의료기관 ), 유전체정보기반맞춤의료기술 모바일헬스케어보건의료빅데이터 ( 공공기관 ), 모바일헬스케어기술기반건강관리서비스 공통기술빅데이터분석 보안기술 * 코호트 (Cohort) : 조사연구와인구학적연구에서, 특별한기간내에출생하거나조사하는주제와관련된특성을공유하는 대상의집단 정밀의료 (Precision Medicine) 그림 2. 정밀의료실현을위한필수요소 출처보건복지부보도자료 융합 Weekly TIP 03

Technology Industry Policy 03 유전체학의발전 ( 인간게놈프로젝트 *, Human Genome Project) 인간유전체지도 (genetic map) 를구축하고모든염기서열을해석하는프로젝트 * 1990년시작되어 2003년에완성, 효율적인 DNA 서열분석법개발과컴퓨터기술의발전등으로예정보다 2년빠르게완성 -

4 Technology Industry Policy 03 유전체학의발전 ( 인간게놈프로젝트 *, Human Genome Project) 인간유전체지도 (genetic map) 를구축하고모든염기서열을해석하는프로젝트 * 1990년시작되어 2003년에완성, 효율적인 DNA 서열분석법개발과컴퓨터기술의발전등으로예정보다 2년빠르게완성 - 프로젝트의완성으로유전자돌연변이연구의토대닦음 (DNA 염기서열분석법, DNA sequencing analysis) 생화학적방법이용 DNA의염기서열을결정하는과정 - 인간게놈프로젝트에생어시퀀싱 * 을사용 * 프레드릭생어 (Frederick Sanger) 에의해개발 ( 77). 단편적인분석방법으로많은시간이소요 - 기술발전으로차세대염기서열분석방법 (NGS, Next Generation Sequencing)* 을통해경제적이고효율적인 DNA 분석가능 * Roche454, 일루미나 (Illumina), 아이온토렌트 (Ion Torrent) 등 Sequencing and Analysis Centers, LSAC 그림 3. 인간게놈프로젝트 출처 Large-Scale Genome 04 Industry

유전체기반정밀의료연구동향 (NGS 보급과초기환자진단사례 ) NGS 기술을환자진단, 치료용으로사용하기위해서는환자의유전체를분석하여병인이되는변이를발견해야함 - 2008년급성골수성백혈병환자의혈액샘플을처음분석한것을효시로환자의유전체분석이급속도로증가 - 2009년바터증후군 (Bartter Syndrome)* 으로진단된터키환자의 DNA 염기서열분석 ** 한결과,

5 유전체기반정밀의료연구동향 (NGS 보급과초기환자진단사례 ) NGS 기술을환자진단, 치료용으로사용하기위해서는환자의유전체를분석하여병인이되는변이를발견해야함 년급성골수성백혈병환자의혈액샘플을처음분석한것을효시로환자의유전체분석이급속도로증가 년바터증후군 (Bartter Syndrome)* 으로진단된터키환자의 DNA 염기서열분석 ** 한결과, SLC26AC 유전자의돌연변이발견 * 신장의세뇨관에선천적인결함으로발생하는유전적병인과환경적요인의다인자성질환 ** 실제단백질을합성하는부분인엑솜 (exome) 만을분석 (whole exome sequencing, WES) 한결과로, 전체가아닌유전체의 1% 인엑솜만타깃으로분석하여유전체분석비용이매우경제적 그림 여년간유전체분석비용의변화 출처 LSAC ( 유전체학에의거한분자유전학적환자진단 ) 엑솜시퀀싱 (WES, Whole Exome Sequencing) 의성공적인 적용후, 기존의유전질환의유전자기반발병원인을밝혀내려는시도증가 * * 2015 년서울대학교어린이병원에서자가면역증세로고통받던환자에게 WES 방법을이용한유전자분석을시행한결과, CTLA4 유전자상의돌연변이를발견했으며해당유전자역할을대신할수있는아바타셉트라는약제를환자에게투여하여 증세를개선 - 희귀질환의유전적인발병원인에대한연구는시작단계에머물러있으며, 특히초희귀성질환 * (ultra-rare disease) 에대한연구는전무한상태 * 유전자에무작위적돌연변이로발생하는질환으로대부분자가면역질환을일컬음 융합 Weekly TIP 05

Technology Industry Policy ( 빅데이터활용한유전자분석 ) 정밀의료와사전관리를위해개인유전체분석정보와과거병력 치료전력 생활습관등의환자유래데이터의수집과분석이필수 - 정보통신기술 (ICT) 과유전체분석기술을융합하여적극활용하고방대한환자의의료정보를빅데이터로관리 연결함으로써치료의정확도를높임 그림 5.

6 Technology Industry Policy ( 빅데이터활용한유전자분석 ) 정밀의료와사전관리를위해개인유전체분석정보와과거병력 치료전력 생활습관등의환자유래데이터의수집과분석이필수 - 정보통신기술 (ICT) 과유전체분석기술을융합하여적극활용하고방대한환자의의료정보를빅데이터로관리 연결함으로써치료의정확도를높임 그림 5. ICT 빅데이터와결합된정밀의학개념도 출처매일경제 > 03 응용분야 01 약물유전체맞춤치료개인의유전적요인에따른약물반응의다양성및차이관찰과약물유전체검사를통해환자별특정유전자유무에따른특정치료제의안전성, 유효성, 약물용량을결정하는개인맞춤형치료사례 효소 Cytochrome P450 2C9은간에서비스테로이드성소염진통제, 항우울제, 항경련제, 항응고제등약 100종이상의의약품대사및배설을담당하고있는데, 이유전자의변이가있는환자가항응고제의일종인 Warfarin을복용할경우, Warfarin의대사가원활하지않아급성신부전증, 출혈, 괴사, 골다공증등의부작용이발생가능 이때맞춤약물치료를통해특정개인에게적정한용량의적정한약물을복용하게하여부작용을예방하고치료효과높임 06 Industry

7 유전체기반정밀의료연구동향 02 동반진단 특정약물치료에대한환자의반응성을예측하기위한분자진단기법의일종 사례 HER2/NEU 단백질의과발현으로인한유방암은전체유방암환자의 20~30% 를차지하며, 이에초점을맞춘 HER2 또는 HER2/NEU 진단을위한 FDA 승인을받은동반진단기법이실제임상치료에활용 03 표적치료 생체지표와동반진단을활용하여실제임상현장에서행해지는정밀맞춤치료의총화 - 질환발생의생물학적프로세스를표적으로하는모든형태의치료방법포괄 사례 항암제표적치료는종양이자라거나인접세포로전이되는것과관련있는특정분자의기능을저해하거나, 종양이성장하기위한필수적인혈관의생성을억제하거나, 특정부위의암세포를공격하도록면역체계를자극하거나, 암세포만을선택적으로괴사시킬수있도록독성물질에표지자를달아전달하는등의다양한범주를포함 - 잘알려진표적치료제는페암치료제인 Elrotinib, Gefitinib, Cetuximab 등존재 04 유전체분석을통한질병위험도예측 다양한질병에서유전체분석을통한유전정보를바탕으로질병의발병가능성을낮출수있는치료 등예방적조치가가능해임상의다양한분야에서활용 사례 美영화배우안젤리나졸리는유전체분석을통해유방암에걸리지않았음에도, 가족력과 BRCA1 유전자돌연변이 보유를근거로유방절제술을함 융합 Weekly TIP 07

8 Technology Industry Policy > 04 국내외정책동향 국가 미국 중국 정책정밀의학이니셔티브 (Precision Medicine Initiative) 를예산안우선정책중하나로선정 ( 16) 하고, NIH와 FDA에중점적으로 22억달러 ( 약 2,370억원 ) 를투자하여의학의새로운장을열것으로선언 15년간 ( 16~ 30) 600억위안 ( 약 92억달러 ) 규모의정밀의학에대한투자정책인정준의료계획 ( 精準醫療計劃 ) 을언급했으며, 차기 5개년계획을승인한후정밀의학발전계획을공식발표할예정 ( 17.3) 유럽 주요기초과학연구프로그램인 FP7(7th Framework Programme for research and technological development) 에서보건 의료부문으로투자된총 61억유로중 9억유로 (14.8%) 를정밀의학에투자하였으며, 800억유로규모의연구개발투자가이뤄지는 Horizon 2020 program( 14~ 20) 에서도정밀의료를주요과제로인식 일본 의료혁신 5개년전략 ( 12.6) 에서맞춤의료 ( 개별화치료, 個別化治療 ) 를주요과제로삼아, 맞춤의료에관련된혁신적인신약과의료기기를개발해의료산업을주요성장산업으로육성현재 3개의바이오뱅크에축적되어있는유전체정보를취합해연구에활용하여원인불명의질병을가진아동의유전체를분석하여치료에활용하는프로젝트개시. 국내 2014년부터시행된 포스트게놈신사업육성을위한다부처유전체사업 이대표적으로향후 8년간약 5,788억원을투입할예정이며그중개인별맞춤의료에배정된예산은 1,577억원한 미정밀의료연구협력을통해아시아정밀의료산업주도권을확보하는계기를마련하고미국과함께세계정밀의료시장을선도하는동반자적협력관계의구축을위해 한 미정밀의료 / 메르스연구협력의향서 (LOI) 를체결 ( ) > 05 국내외연구동향 01 해외연구동향 ( 약물유전체맞춤치료가이드라인개발 ) 약물-유전자쌍에대한평가를통한근거획득후, 이것을기반으로임상적으로활용할수있는가이드라인의개발은맞춤치료구현을위한선결조건 08 Industry

9 유전체기반정밀의료연구동향 해외맞춤치료가이드라인 이름 내용 PharmGKB ( 미국 ) 약물유전체학정보를저장하는장소로약물유전체에관한기초연구와임상적용에관한정보들을다루고있음현재 5,000여개유전자변이, 900개이상약물관련유전자, 600개이상의약물관련정보축적 CPIC ( 미국 ) 약물-유전자쌍의우선순위를결정하여유전형에따른표현형을할당하고유전형에기반한용량변경또는약물변경등근거기반의맞춤치료를권고안으로제시현재까지약 30개이상의 CPIC 가이드라인과그근거기반으로분류된약물-유전자쌍정보를작성및배포 DPWG ( 네덜란드 ) 근거수준및임상적타당성에대한등급을정해해당환자의정도에따른맞춤치료권고의필요유무를결정, 용량조정, 치료전략, 대체약물선택등의내용을제시현재까지 53개의약물과 11개의유전자에대한권고안이 2008년과 2011년두차례에걸쳐발행 P&T Committee ( 미국 ) 안전성과효율성을고려한약물선택및대체약물처방의방법을규정하는것을목적으로각 기관들의약물처방집의관리 개정을포함한약물사용과관련된업무를담당 ( 보건정보기술과맞춤치료의결합 ) 다양한유전정보를프로그램에의해자동분석 통합의과정을거쳐 임상에빠르게적용하는역동적인접근방법 - 미국에서임상시사용가능한유전적정보중핵심정보를선정하여 IT 시스템구축을시도중 ( 의료기관에서의약물유전체기반맞춤치료임상적용 ) 검증된약물유전체정보와전자식의무기록이 연동된의료시스템을바탕으로임상적용이미국의의료기관 * 을통해이뤄지고있음 * 미국의선제적약물유전체검사를기반으로한맞춤약물치료기관 ( 표 ) 미국의맞춤치료임상의료기관 이름 내용 분석가능유전자수 Mayo Clinic PGRNseq 84 Vanderbilt Medical Center VeraCode ADME core panel 34 St. Jude Children s Hospital Affymetrix DMET plus Array 230 Mount Sinai Medical Center Sequenom iplex ADME PGx 36 융합 Weekly TIP 09

10 Technology Industry Policy ( 실용화를위한규제정책개선 ) 최근정밀의학을요구하는세계적추세에따라현장에서의정밀의료임상 구현을위한실용화추진 - ( 미국 ) FDA 의규제와 CLIA* 법령을통해맞춤치료관련의약품및진단검사의안전성, 유효성, 임상적타당성등에대해검토 * CLIA (Clinical Laboratory Improvement Amendments) : 어떠한검사실에서검사가수행되더라도정확성, 신뢰성및적시성이보장될수있도록모든검사의질표준을수립하고진단검사의학검사의질을보장하기위해 88 년미국의회에서 제정 - ( 유럽 ) 유전자검사, 동반진단제를포함하는맞춤의료관련체외검사는모두체외진단용의료기기 지침인 IVD Directive 98/79/EC 에의해효능, 품질, 안전에관해검토 승인 ( 맞춤의료관련보험적용의확대 ) 전세계적으로정밀의학관련보험적용은부분적으로이뤄지고있어, 빠른시일내에보험적용의확대를통해정밀의학이보편적으로이루어질것으로예상 02 국내연구동향 우리나라는주로암질환을대상으로한정밀의학연구를진행중 기관 연구동향 국립암센터 임상유전체분석을통한유전체연구, 맞춤형표적치료법개발, 내성극복치료법개발등연구를수행한 미정밀의학 / 메르스연구협력협약을통해 NIH와연계하여한 미정밀의학공동연구협력에참여 대규모암정밀의학코호트구축을통해암질환관련정밀의학맞춤치료구현을시도 개인별암클리닉운영을통해전체암환자에게개인별맞춤형치료를제공하는것을목표로 유전체기반의개인맞춤의학프로그램을진행 삼성서울병원 KT와의공동연구협약을통해 1천명의암환자유전체정보를분석, 자체적인암질환대상맞춤치료제개발을목표로한미국의 TGen(Translational Genomics Research Institute) 과의공동협약 * * 혁신적개인맞춤암치료프로그램 (IPCP, Innovative Personalized Cancer Program) 을향후 3년간운영할예정 서울대병원 2015년 4월 암맞춤치료센터 를개소하여위암, 대장암, 간암, 유방암, 폐암, 혈액암등한국인에게서많이나타나는주요 6개암을대상으로암환자개개인의유전자를분석하여최적의치료법을제시하는것을목표 10 Industry

11 유전체기반정밀의료연구동향 기관 연구동향 서울아산병원 2012년유전체맞춤암치료센터를설립, 미국하버드의대와공동으로맞춤형암치료시스템인 한국형온코맵 과차세대유전체해독기술을이용한 온코패널 을구축하여암질환대상정밀의학맞춤치료의기반을구축미국 MD Anderson 암센터, 프랑스구스타브로시암연구소, 중국푸단대상하이암센터등세계유명병원과의연구협력을통해연구역량을강화 담도암과폐암의경우실제임상치료에서유전체맞춤표적치료제를적용한맞춤치료를구현 연세대병원 개인맞춤치료센터 (IPCT, Institute for Personalized Cancer Therapy) 를개소 ( 15) 하여 기초 - 임상중개연구의활성화를통해암대상정밀의학구현을위한연구를진행 인제대약물유전체연구센터 한국인의약물유전체특성및약물반응에영향을미치는요인들을규명하고맞춤약물치료의임상적용을위한약물유전체데이터베이스를구축약물대사효소, 약물수송단백, 항암제, 혈당저하제, 중추신경계약물등에대한약물유전체연구와맞춤약물치료기술의개발에주력 부산백병원과연계해약물유전체를기반으로한심혈관질환대상의맞춤약물치료와결핵 맞춤약물치료를실제임상에서구현 바이오헬스규제개혁완화를통한정밀의학발전촉진 - 바이오헬스산업규제개혁및활성화방안 을마련하여정밀의학관련연구및관련산업에대한규제를완화 ( 보건복지부, ) - 유전자검사의경우 LDT 제도 * 를도입하여유전자검사항목을확대하고건강보험급여적용을확대 * LDT (Laboratory Developed Test) : 해당임상검사실의 Medical Director의책임하에필요에따라개발하여제공되는임상검사서비스 ( 미국의 CLIA와유사 ) - 아직까지허가된유전자검사대상질병범위가한정되어있어검사항목의확대등해결해야할문제가남음 융합 Weekly TIP 11

12 Technology Industry Policy > 06 시사점 정밀의료는많은질병들을극복할대안이라는관점에서미래선도의학으로대두현재국내정밀의료실용화는초기단계로서성공적인정밀의료의정착을위해연구정책투자지원전략과지원의확대가필요 - 국민들이정밀의료의혜택을받을수있도록해당분야의전문가배양을위한교육프로그램및인프라구축을위한임상현장적용지원필요 - 의료보험상환제도등정밀의료관련의료보험제도정책지원 수정을통해더많은대중들에게정밀의료가보급될수있도록지원 특히, 약물유전체기반맞춤치료가임상현장에서시행되기위해서는가이드라인개발과 IT 프로그램을통한실시간선제적예방및치료가가능한의료시스템구축시급 - 이를위해, 임상적용을위한예측모델구축등과같은실용화연구에대한집중적인투자와연구지원필요 12 Industry

13 유전체기반정밀의료연구동향 참고자료 > 1. 한국과학기술단체총연합회, 유전체학의발전과정밀맞춤의학시대의도래, 생명공학정책센터, BioINpro 20호, 정밀의학최신동향, 과학기술정책연구원, 개인유전체기반맞춤의료현황과발전과제, PMC Fact Sheet, The Age of Personalized Medicine, What Is Personalized Medicine?, Large-Scale Genome Sequencing and Analysis Centers (LSAC), The Cost of Sequencing a Human Genome, 한국과학기술평가원, 정밀의료의성공전략, 매일경제, 나만을위한 치료법, 정밀의학선점경쟁뜨겁다, Dunnenberger H, Crews K, Hoffman J, Caudle K, Broeckel U, Howard S et al. Preemptive clinical pharmacogenetics implementation: Current programs in five US medical centers. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol., 2015; 55: 보건복지부, 식품의약품안전처, 바이오헬스산업규제개혁및활성화방안, 생명공학정책센터, BioNwatch, 차세대염기서열분석 (NGS) 기반유전체동향, 융합 Weekly TIP 13

14 (02792) 서울특별시성북구화랑로 14 길 5 (TEL) (FAX)