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1 R&D 동향분석보고서 유전자치료용 바이러스성 벡터 개발동향 손은수

2 <목 차> Ⅰ. 서 론 1 Ⅱ. 기술개발동향 1 1. 기술의 개요 1 2. 연구개발동향 2 1) 레트로바이러스(Retrovirus) 2 2) 아데노바이러스(Adenovirus) 3 3) 아데노바이러스 관련 바이러스(AAV; adeno-associated virus) 4 4) 렌티바이러스(Lentivirus) 5 5) 헤르페스 바이러스(HSV; Herpes simplex virus) 5 Ⅲ. 기술특성분석 8 1. 키메릭(chimeric) 바이러스 벡터 8 2. 벡터의 변형 9 3. 숙주의 면역반응을 조절하는 방법 9 4. 표적지향적 유전자치료를 위한 벡터개발 기타 10 Ⅳ. 전망 및 결론 11 <표 차례> <표 1> 바이러스성 운반체계 활용프로그램이 있는 회사들 7 <표 2> 비바이러스성 운반체계 활용프로그램이 있는 회사들 8 <그림 차례> <그림 1> 임상시험에 이용되는 유전자치료 벡터 2

렌티바이러스(Lentivirus) 5 5) 헤르페스 바이러스(HSV; Herpes simplex virus) 5 Ⅲ. 기술특성분석 8 1. 키메릭(chimeric) 바이러스 벡터 8 2.

3 Ⅰ. 서 론 유전자치료(gene therapy)란 유전자 재조합 기술을 이용하여 치료유전자를 환자의 세포 안에 이입시켜 대상세포의 유전적 변형을 통하여 암, 감염성 질 환, 자가면역질환과 같은 유전적 질환을 치료하거나 예방하는 방법을 말한 다. 기존의 약물들이 대부분 질환의 증상에 대한 치료에 초점을 맞추었다면 유전자치료는 질병의 원인을 유전자 차원에서 해석하여 근본적으로 원인을 제거함으로써 치료하는 방법이며 이는 유전적 질환 및 난치병 극복을 해결 할 것으로 기대되는 혁신적인 신개념의 치료법으로 인식되고 있다. 유전자치 료는 한번의 투여로서 치료용 물질이 체내에서 장기간 지속적으로 발현될 수 있다는 점, 유전자 전달 및 발현을 인위적으로 조절함으로써 치료제 작용 의 선택성을 추구할 수 있다는 점과 경우에 따라서는 환자의 변이된 유전 정보를 유전자 재조합에 의해 교정할 수 있다는 점 등이 종래의 치료법과는 근본적으로 다른 작용기전을 가진다. 유전자치료제 개발의 필수적인 요건은 치료유전자의 개발과 벡터(vector)의 선정 및 조작에 있다. 치료유전자는 실제 치료 효과를 나타내는 물질로 대상 질 환에 따라 종류가 매우 다양하지만, 현재까지 유전자 기능이 규명되어 치료에 시도되는 유전자는 소수이며 인간게놈프로젝트의 완성으로 유전자 기능연구가 이루어질 경우 유전자치료의 적용범위는 크게 확대될 것으로 예측하고 있다. Ⅱ. 기술개발동향 1. 기술의 개요 유전자를 생체 내로 전달하는 물질을 운반체 또는 벡터라고 하는데, 벡터 는 바이러스 이용 및 활용 여부에 따라 크게 바이러스성 벡터와 비바이러스 성 벡터로 구분된다. 벡터 시스템의 개발은 유전자치료의 성공을 좌우하는 가장 중요한 요소로서 이에 관련된 연구가 세계적으로 활발히 진행되고 있 다. 현재 임상에서는 바이러스성 벡터가 주로 사용되고 있는데, 레트로바이 러스(Retrovirus) 벡터가 28%, 아데노바이러스(Adenovirus) 26%로 가장 많이 이용되고 있고, 비바이러스성 벡터로 naked DNA 14%, 리포좀(liposome) 9%의 순이다(<그림 1>)

유전자치 료는 한번의 투여로서 치료용 물질이 체내에서 장기간 지속적으로 발현될 수 있다는 점, 유전자 전달 및 발현을 인위적으로 조절함으로써 치료제 작용 의 선택성을 추구할 수 있다는 점과 경우에 따라서는 환자의 변이된 유전 정보를 유전자 재조합에 의해 교정할 수 있다는 점 등이 종래의 치료법과는 근본적으로 다른 작용기전을 가진다.

4 <그림 1> 임상시험에 이용되는 유전자치료 벡터 Others 3% (n=23) RNA transfer 1.1% Adeno-associated virus 2.1% Herpes simplex virus 2.8% Vaccinia virus 3.3% Pox virus 5.7% Lipofection 9.3% Naked/Plasmid DNA 14% N/C 5.1% (n=47) Retrovirus 28% Adenovirus 26% Retrovirus 28% (n=254) Adenovirus 26% (n=240) Naked/Plas mid DNA 14% (n=132) Lipofection 9.3% (n=85) Pox virus 5.7% (n=52) V accinia virus 3.3% (n=30) Herpes simplex virus 2.8% (n=26) Adeno-associated virus 2.1% (n=19) RNA trans fer 1.1% (n=10) Others 3% (n=23) N/C 5.1% (n=47) * N/C=not communicated. 2. 연구개발동향 유전자치료에서 벡터시스템으로 가장 널리 이용되고 있는 것은 바이러스성 벡터로 유전자 전달 효율이 높고 발현율 및 지속성이 우수하기 때문이다. 치 료유전자를 약화시킨 바이러스에 주입한 다음 바이러스가 인체내 표적 세포 를 공격해 세포로 하여금 유전자에 감염되도록 하는 것이다. 이는 바이러스가 세포 속에 침입하면 자신의 유전물질을 즉시 세포에 옮기는 특성을 이용한 것으로, 이 방법은 유전자치료 전체의 약 70%를 차지하고 있다(<그림 1>). 1) 1) 레트로바이러스(Retrovirus) 레트로바이러스는 RNA 바이러스로 치료유전자를 안정하게(stability) 삽입 하기에 가장 유용한 벡터로 여겨지고 있다. 크기는 약 8kb로 다른 바이러스 성 벡터에 비하여 비교적 큰 유전자를 삽입할 수 있으며, 역가도 10 6 ~ 10 7 pfu(plaque forming units)/ml 정도에 이르기 때문에 대상세포에의 감염 에도 큰 문제가 없다. 그러나 레트로바이러스는 분열하는 세포에만 삽입되고 분열이 이루어지지 않는 세포에는 치료유전자 이입이 불가능하기 때문에, 2) - 2 -

3% (n=30) Herpes simplex virus 2.8% (n=26) Adeno-associated virus 2.1% (n=19) RNA trans fer 1.1% (n=10) Others 3% (n=23) N/C 5.1% (n=47) * N/C=not communicated. 2. 연구개발동향 유전자치료에서 벡터시스템으로 가장 널리 이용되고 있는 것은 바이러스성 벡터로 유전자 전달 효율이 높고 발현율 및 지속성이 우수하기 때문이다.

5 주로 생체 외에서 배양한 대상세포에 유전자를 이입시킨 후, 이 세포를 생체 내에 이식하는 ex vivo 방법의 유전자치료에서 이용되고 있다. 따라서 레트로 바이러스 벡터는 분열이 계속 일어나는 암세포 치료에 주로 사용된다. 레트로바이러스는 packaging cell line(포장세포주)이 개발되어 있어 제조방 법이 용이하다. 레트로바이러스 plasmid 내로 치료유전자를 삽입하고 이를 포장세포내로 감염시키면 재조합 바이러스가 생성되고, 이를 대상세포에 감 염시키는 방식으로 scale-up도 가능하다. 또한 단백질 생산율이 비교적 높고, 일단 세포 내로 이입된 유전자는 세포의 염색체 내에 provirus의 형태로 계 속 존재하기 때문에, 이입된 유전자의 생성물질이 오랜 기간 안정적으로 생 산되어 발현이 장기간 지속된다는 장점이 있다. 이러한 특징 때문에 장기간 안정적인 유전자산물의 생성이 필요한 선천성 유전질환에 이 바이러스벡터 가 이용된다. 그러나 한편으로는 대상세포 염색체 내로 이입되는 레트로바이 러스의 특징으로 삽입돌연변이(insertional mutagenesis)를 유발할 수 있다는 가능성이 제기되고 있다. 레트로바이러스는 분열 중인 세포에만 사용할 수 있다는 제한점 외에도 복제가능성이 잔존하는 RCR(replication-competent retrovirus)이 나타나는 문 제점과 혈청 보체(serum complement)가 레트로바이러스를 불활성화 시킬 수 있다는 단점이 있다. 최근 연구에서는 혈청 보체에 의한 불활성화를 억제 할 수 있거나 RCR이 나타나지 않는 새로운 packaging cell line의 개발이 이 루어지고 있다. 3) 2) 아데노바이러스(Adenovirus) 이중가닥 DNA 형태인 아데노바이러스는 분열세포와 비분열세포 모두에서 높은 발현율을 나타낸다. 바이러스의 게놈 크기가 36kb에 달하기 때문에 크 기가 큰 치료유전자도 삽입할 수 있으며, 생체내에서 직접 대상세포를 감염 시킬 수 있어 in vivo 유전자 치료가 가능하다 ~10 12 pfu/ml의 높은 역가 바이러스 입자를 얻을 수 있어 scale-up이 가능하며 레트로바이러스보다 제 조하기가 간편하다. 아데노바이러스는 레트로바이러스와는 달리 세포내에 침입하면 endosome 을 형성한다. 형성된 endosome이 파괴되면서 나온 바이러스 게놈은 핵 내로 이동하여 바이러스 자신의 증식에 필요한 단백질을 합성하지만 대상세포의 염색체에 이입되지는 않는다. 대상세포에 유전자가 이입된 형태가 아니므로 바이러스의 유전자 발현은 일시적이다. 따라서 아데노바이러스성 벡터는 만 - 3 -

또한 단백질 생산율이 비교적 높고, 일단 세포 내로 이입된 유전자는 세포의 염색체 내에 provirus의 형태로 계 속 존재하기 때문에, 이입된 유전자의 생성물질이 오랜 기간 안정적으로 생 산되어 발현이 장기간 지속된다는 장점이 있다. 이러한 특징 때문에 장기간 안정적인 유전자산물의 생성이 필요한 선천성 유전질환에 이 바이러스벡터 가 이용된다.

6 성질환의 장기적 치료에는 적합하지 않으며 일부 급성질환에서 세포를 직접 죽이는 데는 유용하게 사용할 수 있다. 일시적이며 높은 발현율이 필요한 종 양치료나 낭포성 섬유증(cystic fibrosis)과 같은 치명적이지 않은 질병의 치료 에도 사용할 수 있다. 최근에는 뇌암이나 간암의 치료에서 HSV-TK 유전자 전달에 이용되었으며, 4) 폐암, 두경부암, 간암에 p53 유전자를 직접 전달하는 데 이용되었다. 5,6) 아데노바이러스는 분열 비분열세포 모두에 유전자를 전달하여 바이러스 입자가 거의 모든 세포에 감염될 수 있기 때문에 주변 정상세포에 독성을 가질 수 있으며 소량의 바이러스 입자에 대하여 면역반응이 과다하게 일어 나는 단점이 있다. 쉽게 면역반응을 유도하기 때문에 대부분의 사람들이 자 연에 존재하는 아데노바이러스에 노출된 결과로 아데노바이러스에 대한 항 체를 가지고 있어 벡터가 효과를 나타내지 못하는 경우도 있으며, 벡터를 재 주입할 경우 이미 바이러스에 대해 확립된 면역반응에 의하여 매개체가 파 괴됨으로써 반복적인 유전자 치료를 불가능하게 만든다. 이에 아데노바이러 스는 47개의 다른 serotype이 있으므로 항체 반응에 의해 중화되지 못하게 하기 위해서 독특한 serotype이 순차적으로 주입된다. 따라서 연구자들은 아 데노바이러스의 어떤 단백질에 의하여 면역반응을 초래하여 항체가 형성되 는지를 규명하고 있으며, 그 단백질을 제거시킨 아데노바이러스 벡터를 제작 하여 유전자 발현이 감소되었을 때 반복적으로 이용할 수 있도록 하고 있다. 3) 아데노바이러스 관련 바이러스(AAV; adeno-associated virus) Parvovirus에 속한 아주 작은 바이러스로 10 6 ~10 7 cfu/ml 정도의 역가를 가지며 세포분열 여부에 상관없이 다양한 세포(근육, 뇌, 폐, 망막, 간, 귀, 심 장, 혈관 등)에 효율적으로 감염시킨다. 병원성이 없으며 바이러스 게놈 대부 분이 치료유전자에 의해서 대치될 수 있으므로 면역반응을 유도하지 않아 반복투여도 가능하다. 또한 AAV는 대상세포의 염색체내로 삽입됨으로써 치 료단백질이 장기간 안정적으로 발현된다. 레트로바이러스와는 달리 대상세포 의 특정 염색체(19번)에 대부분이 융합되므로 삽입돌연변이의 위험성이 적어 AAV는 레트로바이러스와 아데노바이러스의 장점을 모두 갖고 있는 이상적 인 벡터시스템으로 인정받아왔다. 그러나 AAV는 크기가 작아 삽입될 수 있는 유전자의 크기가 4.5kb 미만 으로 제한이 따르고, 아직까지 높은 역가를 생산하는 packaging cell line이 확립되지 않아 제조방법이 번거롭고 까다롭다. 또한 helper virus로 이용되고 - 4 -

5,6) 아데노바이러스는 분열 비분열세포 모두에 유전자를 전달하여 바이러스 입자가 거의 모든 세포에 감염될 수 있기 때문에 주변 정상세포에 독성을 가질 수 있으며 소량의 바이러스 입자에 대하여 면역반응이 과다하게 일어 나는 단점이 있다.

7 있는 아데노바이러스의 오염을 제거해야 하는 어려움이 있다. AAV는 현재 낭포성 섬유증 유전자치료에 응용되고 있으며, 7) 또한 인체 제9혈액응고인자 유전자를 가진 AAV vector를 쥐의 간세포에 감염시켰을 때 6개월 이상 안 정적으로 제9혈액응고인자가 생성된다는 보고는 이 벡터시스템의 유용성을 증명해 주고 있다. 8) 4) 렌티바이러스(Lentivirus) 최근 각광받고 있는 벡터는 앞에서 설명한 AAV로서 안전하고 효과적이지 만 바이러스 크기가 작아 운반할 수 있는 유전자의 크기가 제한되어 있다. 그러나 레트로바이러스의 일종인 렌티바이러스는 인체 면역반응을 회피할 수 있을 뿐만 아니라 망막, 신경, 근육 그리고 간세포와 같은 분열하지 않는 세포에도 8kb정도 크기의 유전자 전달이 가능하다. 렌티바이러스는 1990년대 후반부터 개발되기 시작한 비교적 새로운 레트로바이러스 벡터로 HIV(human immunodeficiency virus) 골격을 변형한 것이다. 9) HIV 벡터를 이용한 유전자 치료는 현재 유전자를 쥐의 뇌, 간, 근육, 골수, 각막세포에 결합시키는데 사용하고 있는데 삽입된 유전자들은 몇 개월 동안 기능을 지속하는 것으로 나타났으며 아직까지 병리학적 변화는 보고되지 않 았다. 10) 그러나, HIV를 이용한 유전자치료는 독력형태(virulent form)로 재조 합하여 AIDS를 일으킬 수 있다는 안전성 문제로 아직 개발단계에 있으며, 그 밖에도 packaging cell line의 개발, HIV의 보관 및 품질관리 등 여러 가 지 해결해야 할 문제점들이 남아있다. 최근 연구는 HIV 단백질 막을 인간세 포를 감염시킬 수 있는 소면역결핍바이러스(BIV; Bovine immunodeficiency virus) 막으로 대체시키거나, 바이러스 복제를 완전히 억제할 수 있는 효과적 인 약물 개발 등으로 HIV 사용에 대한 위험성을 보완해 줄 수 있는 방향으 로 연구가 진행 중이다. 11) 5) 헤르페스 바이러스(HSV; Herpes simplex virus) 중추신경계에 특이적으로 감염하는 DNA 바이러스로 152kb의 큰 게놈사이즈 를 가지고 있다. HSV는 80개 이상의 유전자를 포함하고 있어 벡터를 제조하기 가 힘들지만, 반면에 여러 가지 유전자를 동시에 운반할 수 있다는 장점을 가진 다. 현재 사용되고 있는 HSV 시스템은 복제결함재조합(replication-defective recombinant) HSV와 바이러스 유전자 중에 최소한의 복제, 패키징(packaging) - 5 -

그러나 레트로바이러스의 일종인 렌티바이러스는 인체 면역반응을 회피할 수 있을 뿐만 아니라 망막, 신경, 근육 그리고 간세포와 같은 분열하지 않는 세포에도 8kb정도 크기의 유전자 전달이 가능하다.

8 부분만을 가지고 있는 amplicon system vector가 있다. HSV 벡터는 감염효 율이 낮고, 경우에 따라 세포독성을 보이며, 유전자 발현 기간이 짧지만 큰 치료유전자를 전달할 수 있다는 점과 신경세포를 감염을 할 수 있어 알츠하 이머병, 파킨슨병 등의 신경계 질환이나 중추신경계 종양에 사용될 수 있다 는 특징을 가지고 있다. 바이러스벡터와 비바이러스성 벡터를 동시에 사용하는 방법으로 바이러스 성 벡터를 리포좀에 봉입한 virosome을 이용하여 면역반응을 회피함으로써 유전자 전달 효율을 높인 결과가 보고된 바 있다. 12) 차세대 벡터시스템으로 유전자 전달 효율이 우수한 바이러스성 벡터의 장점과 안전성이나 면역반응 면에서 우수한 비바이러스성 벡터의 장점을 모두 가지는 혼성화벡터(hybrid vector) 개발이 기대된다

등의 신경계 질환이나 중추신경계 종양에 사용될 수 있다 는 특징을 가지고 있다.

9 <표 1> 바이러스성 운반체계 활용프로그램이 있는 회사들 회사 바이러스성 벡터 기술 Amsterdam Molecular Therapeutics AAV Applied Immune Science AAV ARK Therapeutics Adenovirus, HSV, baculovirus Austrian Nordic Biotherapeutic AG Retrovirus Aventis Gencell Adeno-mediated gene expression Avigen AAV Biovex (UK) HSV-1 Calydon Adenovirus Canji (Schering Plough) Adenovirus Cantab Pharmaceuticals DISC-HSV, TA-HPV Cell Genesys AAV, Lentivirus, Retrovirus, Adenovirus Ceregene Retrovirus Chiron AAV, Retrovirus Clontech Retrovirus Cobra Therapeutics Adenovirus Collateral Therapeutics Adenovirus, AAV, Retrovirus Crucell Adenovirus, AAV DeveloGen Baculovirus, Sheep Adenovirus DNAVEC Research Inc. Sendai GenEra S.p.A. Retrovirus Genetic Therapy (Novartis) Adenovirus, Retrovirus, HSV-tk Genetix Pharmaceuticals Lentivirus, Retrovirus Genopoetic-AVAX Europe Retrovirus, Adenovirus Genotherapeutics, Inc. Vesicular stomatitis virus(vsv) GenStar Therapeutics Adenovirus GenVec Adenovirus Genzyme AAV, Adenovirus Henogen Parvovirus Introgen Adenovirus InvivoGen Adenovirus Lexicon Genetics Inc. Retrovirus MediGene AG AAV, HSV MondoGen GmbH Hepatitis B virus (HBV) Onyx Adenovirus Oxford BioMedica Retrovirus Qbiogene Adenovirus Somatrix Therapy Retrovirus Targeted Genetics AAV Therion Biologics Poxvirus TRANSGENE Adenovirus, Retroviral, Vaccinia 자료: US Gene Therapy Market, Frost & Sullivan (2002); Gene therapy, KISTI (2003) - 7 -

Lentivirus, Retrovirus, Adenovirus Ceregene Retrovirus Chiron AAV, Retrovirus Clontech Retrovirus Cobra Therapeutics Adenovirus Collateral Therapeutics Adenovirus, AAV, Retrovirus Crucell Adenovirus,

10 <표 2> 비바이러스성 운반체계 활용프로그램이 있는 회사들 회사 비바이러스성 벡터 기술 Athersys Systemetic microchromosomes Aventis Gencell naked DNA Biovector Therapeutics (France) Liposome Chiron Liposome, naked DNA Chromos Molecular Systems (Canada) ACse Artificial chromosomes Copernicus Therapeuics, Inc. PLASmin DNA Complexes Darwin Molecular HSV-tk Gentric Liposome Gentric Therapy System Synthetic gene delivery systems Genzyme Liposome InvivoGen Lipofection MediGene AG (German) Bacterial artificial chromosomes Neurotech SA (France) Immortalised brain cells, retinal pigment cells Qbiogene Liposome Replieor Artificial chromosome Schering Plough Canji Mammalian artificial chromosomes Targeted Genetics Liposome Tosk Transposon based vectors TRANSGENE Synthetic lipids, cellular vectors Transkaryotic Therapies Liposome Valentis Liposome Vical Liposome, naked DNA 자료: US Gene Therapy Market, Frost & Sullivan (2002); Gene therapy, KISTI (2003) Ⅲ. 기술특성분석 유전자치료의 개념이 처음 도입되면서 바이러스성 벡터가 가장 많이 이용 되었으나 분열 중인 세포만을 감염시키거나 복제 가능성이 잔존하거나, 심한 면역반응을 일으키는 등 안전성에 대한 문제점이 발견되었고, 그 밖에도 유 전자 발현이 일시적이거나 유전자를 삽입하는데 제약이 따르는 등이 한계점 이 드러났다. 이에 여러 개 벡터시스템의 장점을 혼합한 키메릭(chimeric) 바 이러스 벡터의 등장이나 벡터를 변형시키거나 숙주의 면역반응을 조절하는 방법 등 새로운 바이러스성 벡터 개발이 이루어졌다. 13) 1. 키메릭(chimeric) 바이러스 벡터 아데노바이러스와 레트로바이러스의 장점을 혼합한 키메릭(chimeric) 바이 - 8 -

PLASmin DNA Complexes Darwin Molecular HSV-tk Gentric Liposome Gentric Therapy System Synthetic gene delivery systems Genzyme Liposome InvivoGen Lipofection MediGene AG (German) Bacterial artificial

11 러스 벡터에 대한 연구가 진행 중인데, 이 시스템에서 아데노바이러스는 대 상세포가 일시적으로 in vivo 상태에서 레트로바이러스를 증식시키는 기능을 가지고 있다. 여기서 만들어진 대량의 레트로바이러스는 주변의 세포로 안정 적으로 전파된다. 14) 이와 같이 키메릭 바이러스 벡터는 현재 사용 가능한 여 러 가지 벡터를 조합하여 새로운 특징을 가진 벡터를 생산하는 방법이다. 2. 벡터의 변형 벡터를 변형시키는 방법으로 항원으로 작용하는 바이러스의 단백질을 변형 시키는 방법과 면역반응을 조절하는 물질이 벡터에 의하여 만들어지도록 하는 방법이 있다. 전자의 경우 바이러스의 정제가 어려울 뿐만 아니라 벡터로서의 특성을 잃어버릴 가능성이 많아 후자의 경우를 많이 사용하고 있는데, 여기에 사용되는 물질로는 adenoviral glycoprotein 19K, herpes simplex virus immediate early protein ICP47, IL-10, MHC class I 및 II 단백질 등이 있다. 특히, 생체내에서 강한 면역반응을 유발하는 것이 단점인 아데노바이러스 벡 터에 있어서 벡터의 변형이 연구되고 있는데, 아데노바이러스 벡터에 종양특이 적 또는 조직특이적 프로모터를 넣어 특이성을 높이는 방법으로, 일단 프로모토 의 조작으로 암세포에만 특이적으로 전달되면 아데노바이러스는 복제 능력이 발휘되어 종양세포 용해성 바이러스 벡터(oncolytic viral vector)가 되는 것이다. 현재 조직특이적으로 개발된 프로모터로는 전립선암에서 PSA(prostate-specific antigen) 유전자, 위암이나 결장암에서 CEA(carcinoembryonic antigen)유전자, 간암에서 α-fetoprotein 유전자를 이용하게 되는데, 이 프로모터를 사용하여 유전자 치료를 할 경우 치료유전자는 프로모터가 활성을 나타내는 조직이나 세포에서만 특이적으로 발현하게 되어 선택적으로 암세포를 치료할 수 있게 된다. 또, 최근 AAV에서 변형가능한 capsid region들이 알려지면서 AAV를 특정한 세포로 표적화시키는 가능성들이 연구되고 있다. 3. 숙주의 면역반응을 조절하는 방법 숙주의 면역반응을 조절하기 위해서는 장기이식에서 사용되는 면역 억제 방법을 이용하는데, 실제로 사이클로스포린(cyclosporin), FK506, 항CD4 항체 뿐만 아니라 항-CD40 리간드, CTL4Ig, 항LFA-1과 같은 다양한 방법이 연구 되었으나 이러한 면역 억제에 의한 숙주의 면역반응 조절은 장기적으로는 감염이나 또 다른 종양의 발생과 같은 문제를 야기할 수 있어 암환자의 유 - 9 -

전자의 경우 바이러스의 정제가 어려울 뿐만 아니라 벡터로서의 특성을 잃어버릴 가능성이 많아 후자의 경우를 많이 사용하고 있는데, 여기에 사용되는 물질로는 adenoviral glycoprotein 19K, herpes simplex virus immediate early protein ICP47, IL-10, MHC class I 및 II 단백질 등이

12 전자치료에서 단기적으로 이용하거나 보다 특이적인 면역 억제법의 개발이 요구되고 있다. 4. 표적지향적 유전자치료를 위한 벡터개발 In vivo 유전자치료에서는 치료유전자를 체액 중으로 또는 조직 내로 직접 투여하게 되는데, 유전자가 특히 혈액과 같은 전신 순환계를 통하여 주입될 경우에는 신체의 거의 모든 세포가 유전자 이입의 대상이 될 수 있기 때문에 전신적 부작용, 불필요한 유전형질 변화, 치료효과의 감소 등 여러 가지 문제 들이 생길 뿐만 아니라, 특정 대상세포에 유전자 치료 용량이 전달되도록 하 기 위하여 다량의 유전자를 투여해야 한다. 유전자치료가 이러한 단점들을 지 양하고 궁극적으로 실용성과 효율성, 안전성이 큰 대중적 의료수단의 형태를 갖기 위해서는 유전자를 말초혈관 주사에 의하여 주입하되, 이를 특정세포에 만 선택적으로 전달할 수 있는 표적지향적 벡터의 개발이 필요하다. 최근에는 부작용을 줄인 표적지향적 유전자를 개발하여 유전자를 주사가 아닌 경구투 여에 의해 위암을 치료하는 새로운 유전자치료법을 제시한 바 있다. 15) 5. 기타 바이러스 입자가 아닌 DNA와 대장균의 단백질을 전달 매개체로 사용하여 항생제 저항성 유전자의 발현을 인체 게놈의 유전자 염기서열을 가진 세균을 대상으로 하여 확인한 바 있는데, 이는 바이러스 벡터를 사용한 경우에 야기 될 수 있는 면역반응의 유도를 피할 수 있고, 오직 하나의 유전자 복사체만이 생성된다는 장점을 가진다. 예를 들면 최근에 Salmonella 균을 이용한 벡터가 사용되었는데, Salmonella 균이 정상세포보다 암세포에 200~1000배 친화성을 가지고 있는 점을 이용하여 치료유전자인 cd(cytosine deaminase)를 넣어서 전달하는 방법이 보고되었다. 16) 바이러스성 벡터는 벡터의 기원이 병원성 바이러스이기 때문에 안전성 (safety)에 대한 문제점을 항상 내포하고 있다. 벡터 개발에 있어서 안전성은 매우 중요한데 치료 목적으로 사용된 잘못된 벡터 사용이 치명적인 임상결 과를 가져올 수 있기 때문이다. 일례로 미국에서 아데노바이러스 벡터를 사 용한 유전자치료 임상 시험 중 18세 소년이 사망한 사건이 있었으며(1999), 17) 레트로바이러스를 이용한 유전자치료 중 백혈병이 유발되는 등(2000) 18) 바이

아니라, 특정 대상세포에 유전자 치료 용량이 전달되도록 하 기 위하여 다량의 유전자를 투여해야 한다. 유전자치료가 이러한 단점들을 지 양하고 궁극적으로 실용성과 효율성, 안전성이 큰 대중적 의료수단의 형태를 갖기 위해서는 유전자를 말초혈관 주사에 의하여 주입하되, 이를 특정세포에 만 선택적으로 전달할 수 있는 표적지향적 벡터의 개발이 필요하다.

13 러스 벡터를 이용하는데 위험성이 드러났다. 과거에 유전자치료 시도의 임상 실패 결과는 모두 바이러스성 벡터를 사용한 결과였으며, 이에 미국 식품의 약국(FDA)이나 국립보건원(NIH)은 제품의 신뢰성 및 안정성(stability)을 높 이는 규제를 강화하였고, 강화된 규제는 제품개발을 위한 시간을 지체시키는 요인으로 작용하여 임상에 막대한 금액이 소요되게 되었다. 최근 연구자들은 유전자 발현 효율이 바이러스성 벡터에 비하여 상대적으로 미진하지만 안전 성이 뛰어난 비바이러스성 벡터가 인체에 적용하기 적합한 벡터로서 인식하 고 있으며 이에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 19) Ⅳ. 전망 및 결론 국내 바이로메드 社 가 유전자치료제 분야에서 괄목할만한 연구실적을 내놓 을 수 있었던 이유는 유전자치료제 핵심인 유전자전달체 에서 뛰어난 기술 력을 갖고 있기 때문이었다. 가장 안정되고 안전성을 갖춘 naked DNA전달 체는 유전자 발현 지속시간이 짧다는 단점을 갖고 있지만 대량 생산이 가능 하고 품질 관리가 쉽기 때문에 VMDA3601 개발에 이용되었다. 이와 같이 유전자치료제에 관련된 기반 기술로서 벡터시스템의 개발은 현 시점에서 기 술우위력 및 시장 진입력에 있어 선점할 수 있는 기회를 가질 수 있는 매우 중요한 기술로 평가되고 있다. 최근에 벡터 기술개발에 있어서 가장 중요시 되고 있는 요소는 안전성이 다. 바이러스 벡터 사용으로 인한 사망 및 부작용이 보고된 바 있고, 20-21) 바 이러스 자체가 병원성 유래로 독성, 면역원성, 염증반응을 일으킬 가능성을 가지고 있으며 유전자 삽입으로 인한 돌연변이 발생 등의 위험도 내포하기 때문이다. 따라서 최근에는 유전자 효율이 저하되어 있더라고 비바이러스성 벡터를 사용하는 기술개발이 집중되어 있으며 이에 대한 다양한 연구가 이 루어지고 있다. 현재 유전자치료는 암, 에이즈, 유전질환, 관절염, 다발성 경화증, 낭포성 섬유증 등 난치병 환자를 대상으로 임상실험 중이나, 인간게놈프로젝트가 완 료됨에 따라 향후 유전자의 기능 연구가 보다 진전된다면 심장병, 비만, 골 다공증 등 4천여 종의 질환에 유전자치료가 적용될 수 있을 것으로 예상된 다. 유전자치료제로 현재까지 승인된 제품은 없고 많은 치료제들이 초기 임 상단계에 있어 현재 실제적인 시장을 예측하기는 쉽지 않지만, 유전자치료제 의 시장은 일단 선두 제품이 허가기관의 승인 후에 시장에 나온다면 후발

최근 연구자들은 유전자 발현 효율이 바이러스성 벡터에 비하여 상대적으로 미진하지만 안전 성이 뛰어난 비바이러스성 벡터가 인체에 적용하기 적합한 벡터로서 인식하 고 있으며 이에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 19) Ⅳ.

14 제품은 폭발적인 성장을 이룰 것으로 예상되고 있다. 따라서 국내 개발자들 은 질병치료와 관련된 적절한 유전자가 확보되어야 하고, 우수한 유전자 운 반기법의 벡터 시스템을 개발하여야 하며, 동물을 대상으로 한 전임상실험에 서의 효과와 안전성을 입증받는 완벽한 치료전략이 필요하다. 이에 유전자치 료의 구성 요소 중 가장 낙후된 분야로 평가받고 있는 국내의 벡터 분야기 술에 대하여 박차를 가할 필요가 있다. 벡터는 안전성 검사기간이 비교적 짧 으며, 투입되는 자원에 비해 산출되는 실익이 커서 상업적인 이점이 많은 편 이다. 따라서 이 분야의 기술력 없이는 사실상 상품화가 곤란하다고 볼 수 있으며, 이 분야에 특히 기술개발력이 집중되어야 할 것으로 보인다

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21세기 바이오 혁명

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