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새롬 좌
5 years ago
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1 4 장. 유전자치료제, 세포치료제 바이오의약품의실제 유전자치료제및세포치료제 미생물면역학전공

2 2 공부할내용 유전자치료제 (Gene therapy) 유전자치료 : 유전자조작및도입 ( 체세포에만도입 ) 체내유전자치료 (in vivo therapy), 체외유전자치료 (ex vivo therapy) 유전자이입방법 :DNA 이입 vs 바이러스벡터이용바이러스벡터 : 레트로바이러스, 아데노바이러스, AAV, 백시니아바이러스유전자치료의실제 : 유전자결함질환치료, 항암치료유전자치료의임상실험및승인현황 : Gendicine, Rexin G 세포치료제 (Cell therapy) 세포치료 : 자가세포치료, 동종세포치료, 이종세포치료체세포치료제 ( 면역세포, 피부연골세포 ), 줄기세포치료제줄기세포 : 배아줄기세포, 성체줄기세포 (HSC, MSC, NSC), ipsc 세포치료의실제 : 국내외허가현황및미래생명체복제기술 : 생식복제기술, 치료복제기술 ( 동종 / 이종교합배아 )

3 3 Gene Therapy The use of DNA as a pharmaceutical agent to treat disease 유전자조작을기반으로유전자를병소로이입 정상유전자로결함유전자를교정하거가새로운기능을제공 단일유전자질환, 암, 감염질환, 면역질환등의치료및예방 치료대상에따른분류 Somatic gene therapy: 체세포에유전자도입 ( 유전되지않음 ) Germline gene therapy: 생식세포에유전자도입 ( 승인되지않음 ) 유전자이입방식에따른분류 In vivo gene therapy: 유전자를개체로직접투입 Ex vivo gene therapy: 유전자이입세포를를개체로투입 유전자치료제

4 4 Gene Therapy In vivo therapy 체내에유전자를적용하여유전자가세포로이입되도록함 liposome, AAV 벡터사용 Ex vivo therapy 조직또는종양에서세포추출후실험실에서유전자를이입한후배양 된세포를다시투입 retrovirus 벡터사용 골수에주로이용 유전자치료제

5 5 유전자전달방법 운반체장점단점 레트로바이러스 아데노바이러스 지속적인발현면역반응이낮음 Ex vivo therapy ( 효율좋음 ) 바이러스역가가낮음삽입유전자크기제한증식세포에만유전자전달안전성문제 ( 돌연변이등 ) In vivo/ex vivo therapy 삽입유전자크기제한증식 / 비증식세포에모두전달안전성문제 ( 돌연변이등 ) 반복투여시면역반응발현지속기간짧음 아데노부속바이러스 지속적인발현 삽입유전자크기제한 In vivo therapy ( 효율좋음 ) 안전성문제 ( 돌연변이등 ) 생산이어려움 노출유전자주입법 조작, 품질관리간단하고저렴 발현지속시간짧음 안전성이우수면역반응이없음 In vivo/ex vivo therapy 전달효율낮음 유전자치료제

6 6 유전자전달방법 종류 레트로 아데노 아데노부속 노출 유전자 바이러스 바이러스 바이러스 유전자 리포좀 삽입체크기 (kb) >20 >20 이입효율고저고저저 정제어려움쉬움쉬움쉬움쉬움 발현율중고고저저 염색체삽입 Ex vivo therapy In vivo therapy 비증식세포에의전달저고고중중 유전자치료제

7 비바이러스성유전자전달방법 7 직접노출유전자주입방법 (naked DNA injection) 플라스미드에치료유전자삽입후근육내직접주입 유전자발현의지속성이낮고, 일부세포 ( 근육 ) 에서만발현 조작, 전달방법이간편하고안전 큰유전자도전달가능 (>20 kb) 전기천공법 (electroporation) 전기펄스로인한세포막구멍을통해 DNA 를도입 발현율이매우높음 유전자치료제

8 비바이러스성유전자전달방법 8 유전자총입자충격법 (particle bombardment by gene gun) 유전자를금가루나텅스텐가루에붙여서강한압력으로도입 10~20% 만이도입, 투과가능한조직의두께가한정 유전자리포좀 (liposome encapsulated DNA) 주입법 DNA를양이온성지질과혼합하여리포좀형성 DNA 리포좀이세포막과융합하여세포내도입, 엔도좀에의해세포질에서 DNA 가방출되고핵안에서발현 매우낮은발현율 (0.1%) 유전자치료제

9 바이러스기반유전자전달방법 9 고효율전달 바이러스의감염을통해유전자전달 ( 일종의 transduction) 주요바이러스벡터 Retorvirus (Lentivirus) Adenovirus Adeno asscoiated virus (AAV) Vaccinia virus 유전자전달을통한 ipsc 유도 유전자치료제

10 10 Retrovirus RNA RT virus (Group VI) infects only dividing cells can insert <8kb DNA can insert DNA into host genome (ensuring stable expression) but, random integration might mutate the host genes other side effects : can elicit an immune response 유전자치료제

11 11 Adenovirus dsdna virus (Group I) can infect dividing and non dividing cells can insert < 7.4kb DNA desirable vector for lung diseases does not integrate into the genome (transient expression) little risk of mutation Several ldrawbacks potential to replicate in infected cells malignant transformation ti of cells and/or toxic gene products may lead to adverse immune response 유전자치료제

12 12 Adeno-associated virus (AAV) ssdna virus (Group II) belonging to Parvoviridae require helper viruses such as AdV, HV etc for replication can infect dividing and non dividing cells can insert < 5kb DNA specific integration (95% into a specific region on Chr 19) usu. does not cause an immune response 유전자치료제

13 13 유전자치료의실제 단일유전자결함질환 ( 약 4,000 여종치료 ), 항암치료 유전자치료의실제

14 14 유전질환치료 중증복합면역결핍증 (SCID) Adenosine deaminase (ADA) 유전자결함 (2 번째로많은이유 ) T 세포분열시대사중간물질축적으로 T 세포괴사 The first ex vivo therapy (1990): 4 세여아 (bubble boy syndrome) 가족형고콜레스테롤혈증 (familial hypercholesterolemia) 간세포표면에 LDL 수용체유전자결함 간세포분리후 ex vivo therapy 효율낮음 ( 소수의간세포만정상화 ): 효과면에서검증필요 낭포성섬유증 (cystic fibrosis) 상피세포에 Cl 이온채널 (CFTR) 유전자결함 In vivo therapy (CFTR cdna): 호흡기상피세포에직접전달 (AdV, 리포좀 ) 효율낮음 ( 소수의상피세포만정상화 ): 적절한효과보임 유전자치료의실제

15 15 항암치료 Cytokine 유전자치료 Ex vivo therapy: 유전자조작된종양세포가국소면역반응유도 GM CSF, IFN γ, IL 2, TNF 등 Suicide 유전자치료 자살유전자를암세포에도입하여암세포의사멸유도 주로사용되는자살유전자 : HSV tk (thymidine kinase) 자살유도약물 : ganciclovir (GCV) TK 에의해 GCV TP 로전환 종양억제 (tumor suppressor) 유전자치료 종양억제단백질을도입하여암세포의자연사 (apoptosis) 유도 주로사용되는종양억제유전자 : p53 cf. 골수세포보호 : 항암제다재내성 (MDR) 유전자 (e.g. DHFR * ) 도입 유전자치료의실제

16 16 항암치료 Cytokine 유전자치료 (in vivo vs ex vivo) 유전자치료의실제

17 17 유전자치료제임상시험 첫임상시험 : SCID 치료 (1990) 20 년간 2,703 건유전자치료제임상계획승인 (1990~2010) 임상대상별분석 ( 미국 ) 질환임상프로토콜수비율 (%) 암 단일유전자질환 감염성질환 심혈관계질환 신경계질환 안질환 기타 유전자치료의실제

18 18 유전자치료제임상시험 운반체비율 Adenovirus (23.6%), Restrovirus (20.6%), 직접주입 (18.6%) Vaccinia virus (6.5%), 리포좀 (6.4%), AAV (4.8%), 기타 (19.7%) Adverse events 1999 미국. OTC 결함 18세치료4일차사망 프랑스. SCID 대상임상소아 2명. 백혈병발병및사망 독일. CGD 대상임상 3명중1명감염질환으로사망. 유전자치료의실제

gp53 두경부암치료제 Rexin G Epeius Biotech 2007년급승인된유전자치료제 ( 필리판 FDA)

19 19 유전자치료제승인현황 Gendicine Shenzhen h SiBiono GeneTech 2003년세계최초로승인된유전자치료제 ( 중국 SFDA) Recombiant AdV expressing epess gp53 두경부암치료제 Rexin G Epeius Biotech 2007년급승인된유전자치료제 ( 필리판 FDA) Recombinant retrovirus expressing human cyclin G1 proto oncogene 유전자치료의실제

20 20 Cell Therapy The therapeutic injection of cellular materials to treat disease 손상된세포와조직의기능을복원시키기위해 자가, 동종또는이종생체로부터얻은조직이나세포를 특정환경에서배양및조작하여사용하는신개념의약품 일종의맞춤의약품 치료방법에따른분류 자가세포치료 (autologous cell therapy) 동종세포치료 (allogenic cell therapy) 이종세포치료 (xenogenic cell therapy) 세포치료제

21 21 Cell Therapy 세포치료제의종류와적응질환 체세포치료제 ( 일부제품화완료 ): 면역세포, 피부연골세포 줄기세포치료제 ( 개발중 ): 성체줄기세포, 배아줄기세포, ipsc 종류대상세포적응증 면역세포치료제 T 세포,NK 세포등폐, 간, 신장, 악성림프종등 피부연골세포치료제피부, 연골유래세포화상, 흉터, 연골손상등 줄기세포치료제 골수, 지방, 제대혈유래줄기세포 뇌졸증, 알츠하이머병, 심혈관질환, 제 1 형당뇨병, 류마티스성관절염등 세포치료제

22 22 체세포치료제 체세포분리및 1 차배양후치료제로사용 Dendritic cell (DC) 이가장많은연구가이루어짐 연골세포, 표피세포, 피부각질세포, 지방세포등상품화 NK 세포, T 세포, 각막세포등개발중 세포치료제

23 23 국내허가체세포치료제 세포치료제의실제

24 24 FDA 허가체세포치료제 세포치료제의실제

25 년글로벌 10 대유망기술 삼성경제연구소 세포치료제의실제

26 26 Stem Cell Therapy 줄기세포란? 태생기의전능세포 (pluripotent cell) 를지칭 어떤조직으로든발달할수있는세포로자가재생능력보유 배아줄기세포와성체줄기세포로구분 줄기세포치료제

27 27 국내허가줄기세포치료제 줄기세포치료제

28 28 배아줄기세포치료제 배아줄기세포란? 수정후 4 5 일경과, 미착상배세포 (blastocyst) 유래미분화세포 배아줄기세포치료제적용가능질환 배아줄기세포활용모식도 줄기세포치료제

29 29 배아줄기세포치료제 배아복제기술 핵치환기술로배아내핵을환자체세포핵으로치환 모든세포및조직으로분화가능 면역거부반응없음 ( 개인화된맞춤형세포로분화 ) but, 윤리적문제 배아분화기술 배아를필요한조직으로분화시키는기술 모든세포및조직으로분화가능 면역거부반응있음 ( 공여세포의면역원성 ) cf. 국내 2011 년배아줄기세포임상시험첫승인 ( 스타가르트질환대상 ) 줄기세포치료제

30 30 성체줄기세포치료제 성체줄기세포 (adult stem cells) 란? 성인에서분리되는줄기세포 ( 장기세포로분화되기전원시세포 ) 와제 대혈에서얻어지는줄기세포 자가증식능, 여러조직세포로의분화능 매우적은양존재 성체줄기세포의종류 조혈모줄기세포 (hematopoietic stem cells): 골수, 제대혈 간엽줄기세포 (mesenchymal stem cells): 골수, 제대혈 신경줄기세포 (nerve stem cells) 줄기세포치료제

31 31 조혈모줄기세포 (HSC) 조혈모줄기세포란? 혈액을구성하는혈구와림프구등각종면역세포로분화하는세포 usu. 골수에존재, 제대혈에도존재 HSC 이식 재생불량성빈혈, 혈액질환, 면역세포이상질환등에적용 냉동보관제대혈이나말초혈관에서수집한 HSC ( 혹은골수 ) 이식 면역거부반응억제필요 HSC 이식과정 줄기세포치료제

32 32 조혈모줄기세포 (HSC) 조혈모줄기세포의분화능 혈구세포, 면역세포이외의세포로분화가능 성체줄기세포의분화유연성 줄기세포치료제

33 33 간엽줄기세포 (MSC) 중간엽줄기세포란? 연골세포, 조골세포, 지방세포등으로분화하는줄기세포 분화능, 자가증식능이다소떨어짐 주로골수에존재, 최근제대혈분리 MSC 주목받음 퇴행성관절염, 골다공증에적용 MSC 분화및이식 베타세포로분화후췌장이식 혈관근육세포로분화유도가능 (by sphingosylphosphorylcholine) : 인공혈관생산가능성? MSC 로부터의혈관생성과정 줄기세포치료제

34 34 신경줄기세포 (NSC) 신경줄기세포란? 미분화상태로계속증식하는신경조직의세포 신경발달신호, 신경손상신호등에다양한신경세포로분화 ( 신경전구세포, 신경모세포, 신경교아세포, 신경원세포, 신경교세포등 ) NSC 의활용 신경이상및손상질환치료가능성 (e.g. 파킨슨, 알츠하이머, 간질, 헌팅턴, 척수손상등 ) 줄기세포치료제

35 국내세포치료제임상개발현황 35 체세포치료제에서줄기세포치료제로전환 줄기세포치료제임상시험증가 : 231건 (2010년 12월 ) 배아줄기세포, 성체줄기세포, 유도만능줄기세포 (ipsc) 연구기반 국내개발중인세포치료제 세포치료제의실제

36 36 줄기세포치료제의미래 줄기세포응용분야 : 심혈관계대세? 줄기세포적응증확대 세포치료제분야국가별경쟁력현황 ( 논문, 특허 ) 세포치료제의실제

37 37 생명체복제기술 생명체복제기술이란? 다세포로조직화된개체를복제하는기술 (animal cloning) 복제양 Dolly 탄생 (1990 년 ) 이후개발본격화 응용방향 난치성손상질환치료제 경제동물품종개량 질환모델동물개발 응용방법에따른분류 생식복제기술 (reproductive cloning): 생식가능한완전한생체로복제 치료복제기술 (therapeutic cloning): 생체조직을복제 생명체복제기술

38 38 생식복제기술 생식복제기술이란? 원하는유전자를가진생명체를복제하는기술 경제동물품종개량, 질환모델동물개발등에응용 Dolly (1990) 세계최초복제양 젖샘세포이용 생식복제과정 : 배아세포를대리모에이식 영롱이 (1999) 국내최초복제소 귀세포이용 생명체복제기술

39 39 치료복제기술 치료복제기술이란? 배아세포로부터유래한세포를생체외에서배양하여특정세포조직을확보하는기술 손상조직이식기술, 이종간복제기술 이종간복제기술 동물난자이용핵제거 환자의체세포핵이식 교합배아줄기세포생산 특정조직세포로분화 해당환자치료에적용동물세포질유래물질및동물유전물질잔류가능성 더많은연구가필요 생명체복제기술 : 복제세포치료제

40 40 치료복제기술 자가치료이식기술 ( 인간배아복제 ) 인간난자이용 : 배아확보과정의의학적, 사회적, 윤리적문제 조직거부반응없음 생명체복제기술 : 복제세포치료제

2016 학년도약학대학면접문제해설 문제 2 아래의질문에 3-4분이내로답하시오. 표피성장인자수용체 (epidermal growth factor receptor, EGFR) 는수용체티로신인산화효소군 (receptor tyrosine kinases, RTKs) 의일종으로서세

2016 학년도약학대학면접문제해설 문제 2 아래의질문에 3-4분이내로답하시오. 표피성장인자수용체 (epidermal growth factor receptor, EGFR) 는수용체티로신인산화효소군 (receptor tyrosine kinases, RTKs) 의일종으로서세 본문제에대한지적소유권은동국대학교에있습니다. 본교의서면허락없이무단으로출판, 게재, 사용할수없습니다. 문제 2 2016 학년도약학대학면접문제 아래의질문에 3-4 분이내로답하시오. 표피성장인자수용체 (epidermal growth factor receptor, EGFR) 는수용체티로신 인산화효소군 (receptor tyrosine kinases, RTKs) 의일종으로서세포의생존과증식