밸류체인으로본글로벌트렌드와과제 윤수영 1. 정밀의료에기반한의료패러다임변화 2. 각국의정밀의료관련정책 3. 정밀의료의밸류체인과주요플레이어 4. 정밀의료확산을위한과제 2016. 12. 6
요약 정밀의료는유전자, 환경, 생활습관등개인의다양성을감안하여질병을치료하고예방하는의료접근법으로, 유전체분석결과및의료 임상기록뿐아니라환경, 생활습관등다양한정보를종합하여어떤치료법과예방전략이가장효과적일지보다정밀하게예측하고대응하는것이다. 정밀의료의꿈은오래전부터있었지만, 그꿈을이루기위한기술적인뒷받침은턱없이부족한상황이었다. 그러나인간유전체시퀀싱데이터가급격하게축적되고있고, 빅데이터분석기술및인공지능의진화가빠르게진행됨에따라정밀의료도약의기반이마련되고있다고볼수있다. 정밀의료가실현되면, 정확하고빠른진단이가능해지고질병가능성이높은사람을위한예방전략을수립할수있게되어개인의건강수명이연장되고의료비용이절감될것이다. 발병후에도진단및치료과정에서의잘못된의사결정이줄어들고적절한치료법과의약품을선택하게되어치료효과가증진되고부작용이최소화될수있다. 질병과관련된모든지식과데이터를통합하여최적의예방과치료를가능케하는정밀의료는의료의패러다임을바꿀것으로기대되지만아직초기단계에불과하다. 각국정부는정밀의료를미래의료의중요한패러다임으로인식하고정책적 경제적지원을통한생태계마련에적극적이다. 유전체시퀀싱, 유전체데이터저장 처리, 유전자진단, 표적치료제등정밀의료관련사업을영위하는기업들도타사업분야기업, 병원, 연구기관과의협업을통해기존사업의강화와밸류체인상의확장을도모하며경쟁하고있다. 이와같이정밀의료를발전시키고글로벌시장을선점하기위한각국정부와기업의노력은이미가시적으로나타나고있고, 이러한미래의료패러다임의변화에뒤쳐지지않기위한대비가필요하다. 정부-병원-기업의협업하에장기적이고거시적인안목과투자가필요하며, 이를통해기술적 사회적이슈를해결해나가야한다. 정밀의료의적용가능성과효과성을제고하고임상적유용성을증명하기위한연구, 대규모이종데이터의축적 연결 통합, 환자 소비자의신뢰획득, 정밀의료의적절한가치에대한분석및가격접근성제고등다각도의과제가요구된다. 우리나라는정부와기업의연구개발투자규모및인구규모등의측면에서미국, 중국등에필적하는데이터축적에는한계가있을것으로보인다. 이를극복하기위해대규모데이터와지식에접근할수있는기회를적극적으로확보하고, 높은수준의의료기술및정보통신기술등을효과적으로활용하여다양한정밀의료솔루션들을개발하는데집중해야할것으로보인다. 이러한노력들을저해하지않고혁신을장려할수있는허가 규제및보험체계의마련또한매우중요하다. 1
1. 정밀의료에기반한의료패러다임변화 (1) 정밀의료의정의전통적인의료는질병치료나예방에있어 보통 의사람을기준으로동일한방법을적용하는형태이다. 물론수혈을할때혈액형을따지고, 약물투여량을정할때체중을감안하는것과같이어느정도의개인맞춤은이루어졌으나, 대부분의경우동일한질병을가진환자들은표준진료지침에따라동일하게치료되었다. 그러나 2003년종료된인간유전체프로젝트 (Human Genome Project) 와함께유전자에대한이해가높아지면서상황은크게바뀌게되었고, 특정질병및치료법에대한민감성에서차이를보이는개인들을소집단으로분류하여특성에맞는 맞춤의료 (Personalized Medicine) 를제공할가능성이열리게되었다. 인간유전체프로젝트가종료되었을때많은사람들은암을비롯한수많은난치병이빠르게정복될것이라고기대했다. 그러나연구가진행될수록, 인간의질병과치료에있어유전자가여전히매우중요한요인이지만이외에도환경, 생활습관등고려되어야하는요소가매우많아더정교하고폭넓은연구가진행되어야한다는인식이발전하게되었다. 따라서개인별유전자차이에주목하는맞춤의료의개념은점차확장되었고 정밀의료 (Precision Medicine) 라는용어가부상하게되었다. 정밀의료의개념 1 현재의의료 미래의의료 암환자암환자 암환자 바이오마커진단 치료 치료 효과있음효과없음부작용 효과있음 자료 : Personalized Medicine against Cancer, The Bayer Scientific Magazine Research, Edition23 (2011) 2 LG 경제연구원
정밀의료는 2015년미국오바마대통령이정밀의료계획 (Precision Medicine Initiative) 를발표하면서주목받게된용어로, 유전자, 환경, 생활습관등개인의다양성을감안하여질병을치료하고예방하는새로운접근법 이다. [1] 즉, 유전체분석결과및의료 임상기록뿐아니라환경, 생활습관등다양한정보를종합하여어떤치료법과예방전략이가장효과적일지보다정밀하게예측하고대응하는것이다 ( 차트 1 ). 맞춤의료와정밀의료의관계에대해서는, 정밀의료가맞춤의료를포함하는더발전된개념이라는시각과동일한개념이라는시각이혼재한다. 미국국가연구위원회 (National Research Council) 는 맞춤 (Personalized) 이라는용어가환자개개인별로모두다른, 맞춤형의치료법과예방법을개발하는것으로오해될소지가있다며, 정밀의료라는용어를사용하도록권고하였다. [1] 하지만여전히두용어는혼용되기도한다. (2) 정밀의료에의한의료패러다임변화인구증가, 고령화, 만성질환의증가등에의해각국의의료비는빠르게증가하고있고, 삶의질에대한소비자의욕구또한증가하고있다. 이에대응하기위해더효과적인의료패러다임을제시하고자하는노력이지속되어왔다. 인간과질병에대한이해를높여질병이생기기전에미리예측해서예방하고, 질병이걸린후에도효과적으로치료하고사후관리하기위한정밀의료의꿈은오래전부터있었지만, 그꿈을이루기위한기술적인뒷받침은턱없이부족한상황이었다. 그러나인간유전체시퀀싱데이터가급격하게축적되고있고, 빅데이터분석기술및인공지능의진화가빠르게진행됨에따라정밀의료도약의기반이마련되고있다고볼수있다. 1990년인간유전체프로젝트가시작되던시점에 10억달러에달하던인간유전체염기서열분석비용은프로젝트완료시점인 2003년경에는 5천만달러로떨어졌으며, 10년후에는 3~5천달러, 현재는천달러수준으로떨어졌다 ( 차트 2, 3, 4 ). 유전체염기서열분석비용 / 시간의변화 2 인간유전체프로젝트시작시점완료시점완료후 10년시점 ( 현재 ) 비용 10억달러 1~5천만달러 3~5천달러인간유전체염기서열분석시간 6~8년 3~4개월 1~2일자료 : PMC, The case for personalized medicine, 4th edition(2014) LG 경제연구원 3
유전체염기서열분석비용 3 무어의법칙보다가파른하락세 정밀의료실현을위한필수요소 4 ( 달러 ) 100M 10M 무어의법칙 인구집단코호트 1M 100K 유전체정보 정밀의료 (Precision Medicine) 스마트헬스케어기술력 10K 건강정보기록 빅데이터분석기술 1K 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 자료 : National Human Genome Research Institute 자료 : 보건복지부보도자료 (2015.10.16) 따라서대량의인간유전체데이터를더빠르고저렴하게축적하는것이가능하게되었다. 이렇게축적된데이터를기반으로특정질병이있는환자들의세포와정상세포의유전체를비교 분석하여특정유전자의변이, 유전정보발현정도등어떤요인이질병을일으키는지밝혀내게된다. 대량의데이터로부터의미있는결과물을얻어내기위해서는컴퓨팅기술의발전뿐아니라생물정보학 (Bioinformatics) 분야의발전또한중요한역할을하고있다. 이렇게질병을일으키는유전자변이가밝혀지면정확하고빠른진단이가능해진다. 1 정확한질병진단을받지못한채병원을전전하던많은환자들이정확한병명을알수있게되고, 증상이나타나기전에조기진단을하는것도가능해지며, 예전에는같은질병으로분류되던환자들이질병유발유전자에따라여러그룹으로나눠질수도있다. 이렇게분류된그룹들은질병에대한민감성, 예후, 치료에대한반응등에서다른결과를보일것이다. 질병을일으킬가능성이높은유전자를보유한사람을위한예방전략이수립되기도한다. 예방전략은운동, 금연, 식이요법등생활습관교정에서부터진단검사빈도를높이거나예방적인수술요법까지다양하다. 유방암과난소암을일으킬확률이높은것으로알려져있는 BRCA 유전자변이를보유한것으로확인되어예방적인수술을미리시행한미국여배우스토리를예로들수있다. 2 또한특정유전자변이를겨냥하는표적치료제가개발되어사용되므로치료효과는높이고부작용은줄일수있게된다. 표적치료제의예로는유방암환자중 HER2 라 1 개별유전자이상으로인한유전질환진단은과거에도가능했지만, 복합유전자질환및원인을알수없던질환에대한진단이가능해지고있다. 2 BRCA1 과 BRCA2 유전자변이가있는여성은평생유방암에걸릴확률이최고 85% 에이른다 ( 일반여성은 13%). 난소암에걸릴확률또한일반여성의 1.7% 에비해 60% 로매우높다 ( 자료 : PMC, The case for personalized medicine, 4th edition(2014)). 4 LG 경제연구원
는유전자가과발현된환자를타깃으로하는 Herceptin을들수있다. 환자들은타깃이되는바이오마커 3 를검사하는진단시험을거쳐그약에효과가있을지를미리확인한후약품을처방받게된다. 종양치료분야에서가장많은성과를내고있는표적치료제는일반화학요법과달리정상세포에는영향을미치지않기때문에심각한부작용을현저히줄이면서높은치료효과를보이고있다. 2015년에미국식품의약국 (FDA) 의허가를받은신약의 28%, 개발중인의약품전체의 42%, 항암제의 73% 가정밀의료의약품의범주에속한다. [2] 약물유전학도정밀의료의중요한분야이다. 약리학과유전학이융합된개념인약물유전학은사람의유전자가약물에대한반응에영향을미친다는사실에기반한다. 특정유전자에변이가일어날경우그렇지않은경우에비해약물부작용이커지거나약물의효과가떨어질수있다. 예를들어 AIDS 치료제인 Ziagen은 HLA-B 5701 유전자에변이가일어난환자들에게치명적인과민반응을일으킨다. 현재임상에서약 20개유전자의변이유무를검사함으로써 80~100 종류의약물에대한반응을예측할수있는데, 그결과에따라약물종류나용량을변경하는등적절한대응을할수있다. 4 [3] 이렇게지속적으로축적되는정밀의료지식과기술은병원의임상결정지원시스템에적용되어의사들의진료를돕게되며, 이를통해우리는비용효과적인방법으로더나은건강을유지할수있을것으로기대된다. 발병전에질병을발견하고예방할수있게되면개인의건강수명이연장되고의료비용이절감될것이다. 발병후에도진단및치료과정에서의잘못된의사결정이줄어들고적절한치료법과의약품을선택하게되어치료효과가증진되고부작용이최소화되어역시의료비용이절감될것이다. 미국인터마운틴헬스케어의연구결과에의하면, 전이성암환자에게정밀의료항암제를투여한결과, 일반적인화학요법으로치료한환자보다생존기간이두배길었으며치료비도더낮았다고한다. [4] 제약기업의신약개발효율성또한제고될것으로기대된다. 폐암치료제인 Xalkori 를예로들면, 이약은 ALK 양성비소세포성폐암 환자에게사용되는약이다. 이타깃환자군은전체폐암환자의 4~5% 에불과한데, 임상시험에서타깃환자군의 83% 에효과를보임으로써 2011년 8월에미국, 12월에한국의식품의약품안전처로부터허가를받았다. 만약전체폐암환자를대상으로임상시험을했다면, 이약은치료효과가너무낮아항암제로허가를받지못했을것이다. 설사허가를받았더라도 3 단백질, DNA, RNA, 대사물질등을이용해몸안의변화를알아낼수있는지표. 바이오마커를활용하면생명체의정상또는병리적인상태, 약물에대한반응정도등을객관적으로측정할수있다 ( 자료 : 한경경제용어사전 ). 4 CPIC(Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium) 은약물반응에영향을미치는유전자리스트를홈페이지를통해발표하고지속적으로업데이트하고있는데, 2016 년 10 월현재 100 종이상의유전자가포함되어있다. 이들유전자는유전자변이와약물반응과의관계가밝혀진정도에따라 1A 부터 4 단계까지로분류되어있다. LG 경제연구원 5
95% 이상의환자는효과도보지못한채약값과부작용의위험을감수해야했을것이다. 이렇듯정밀의료의개념을신약개발에적용하면처음부터특정질병원인을타깃하여치료제연구를집중할수있고, 임상시험에서도치료제에효과가있을만한환자만대상으로함으로써연구개발비용과기간을줄이고성공률을높일수있다. 정밀의료연구가이미인체의신비를다풀어낸것은아니다. 정밀의료는아직초기단계이며대량의데이터축적과통합, 그리고이를해석하여의미있는결과물을얻어내고임상에서검증하는과정이계속되어야한다. 각국정부와기업이정밀의료를미래의료의중요한패러다임으로인식하고연구경쟁에적극적으로뛰어드는이유이다. 2. 각국의정밀의료관련정책 (1) 미국 2015년 1월오바마대통령은정밀의료계획 (Precision Medicine Initiative) 을발표했다. 이계획의단기목표는암연구분야에서정밀의료를발전시키는것이고, 장기목표는건강및헬스케어전반에걸쳐정밀의료를확장하는것이다. 이를위해백만명에대한코호트 5 연구를수행하여, 질병의발병기전에대한이해를높이고발병예측, 진단, 치료전반에걸친발전을도모할계획이다. 이계획의 2016년예산은 2.15억달러로제안되었다. 국립보건원 (NIH) 주도로백만명에대한코호트를구축하는데 1.3억달러가투자되고, 국립암연구소 (NCI) 주도로암유전체및치료제연구를진행하는데 7천만달러, 식품의약국 (FDA) 주도로정밀의료발전을뒷받침할규제현대화에 1천만달러, 국가의료정보기술조정국 (ONC) 주도로개인정보보안시스템및표준을개발하는데 5백만달러가투자될예정이다. [5] 이미작년 9월에정밀의료-코호트운영계획이발표되었고, 12월에식품의약국의유전체정보및의학정보를공유할수있는오픈소스플랫폼인프리시전FDA(Precision FDA) 의베타버전이개시되는등차근차근진행해나가고있는모습이다. (2) 영국영국정부는 2012년 10만유전체프로젝트를발표하고, 보건부산하에 Genomics England라는회사를설립하여프로젝트를추진하도록했다. 2017년까지암환자및희귀병환자와그친척약 75,000명으로부터 10만유전체를분석하여정밀의료서비 5 조사하는주제와관련된특성을공유하는대상의집단 6 LG 경제연구원
스와유전체산업의발전을도모하기위한이프로젝트에는 3억파운드가투자될예정이다. 환자와가족들이프로젝트에참여하는것을용이하게하기위해전국에 13개의유전체의료센터를설립하였으며, 2016년 11월기준약 15,000 건의유전체분석 [6] [7] 을마쳤다고발표하였다. 2015년에는영국의혁신전담정부기관인 Innovate UK가지원하는캐터펄트센터 6 중하나로정밀의료캐터펄트센터를설립하여영국전역에정밀의료산업을구축하겠다고발표하였다. 또한 Innovate UK의주관으로영국의정밀의료현황및시설을확인할수있는지도서비스 7 를제공하고있다. 지도에는지역별정밀의료시설등인프라와질병이세분화되어있으며, 홈페이지에서직접다운로드할수있다. [8] (3) 중국 중국정부는 2015년 3월과기부주도로정밀의료전략전문가회의를개최하고향후 15년간정밀의료분야에 600억위안 ( 약 10.7조원 ) 을투입하기로결정했다. 이는연간 7,000억원이상으로미국을능가하는규모이다. 곧이어과기부와중국과학원등은정밀의료연구계획제정사업에착수하였고, 2016년 3월정밀의료 5개년발전계획을공식발표했다. 주요연구방향은차세대생명체학기술연구개발, 백만명이상의대규모코호트연구, 정밀의료빅데이터통합 저장 이용 공유플랫폼구축, 질병 [9] [10] 예방 진단 치료의정밀화연구, 정밀의료응용시범시스템구축등이다. 중국은신약개발및임상치료분야에서는아직선진국과의격차가존재하지만, 인구및유전체분석사례수면에서는매우유리한위치에있는만큼, 정밀의료분야에서막강한정책추진력과과감한투자로선진국을빠르게추월하는것을목표로하고있다. (4) 일본일본정부는의료분야연구개발추진계획의 9개집중연구지원분야 8 에게놈의료를포함하고, 2015년 7월게놈의료실현추진협의회를구성하여게놈의료실용화를결정하였다. 이를위해후생노동성은게놈의료의실용화를위한제도추진에 44억엔 ( 약 500억원 ), 문부과학성은게놈의료실현추진플랫폼사업에 19억엔 ( 약 220억원 ) 을 2016년예산으로확보하였다. 암과치매, 희귀 난치병치료제개발에주력하기위해현재 3개의바이오뱅크에축 6 기술혁신을추구하는연구센터들의네트워크로서연구성과를시장으로신속하게연계시키는것을목표로한다. 7 A map of the precision medicine landscape 8 범국가적의약품창출, 의료기기개발, 혁신적의료기술창출, 재생의료실현화, 질병극복을위한게놈의료실현화, 암연구, 뇌와정신이건강한대국실현, 신종 재발감염병제어, 난치질환극복등 9 개분야 ( 자료 : 김정석, 세계주요국의바이오정책동향및시사점, BioINpro 22(2016)) LG 경제연구원 7
적되어있는 40만명의유전자정보를취합해연구에활용할예정이다. 또한 2016년 1월에기존치료방법에효과가없는암환자들을대상으로유전자검사를통한게놈진료를본격적으로시행하였다. [11] (5) 한국정밀의료와관련된국내정책 사업으로는먼저 1999~2013년에진행된 21세기프론티어연구개발사업중하나인인간유전체기능연구사업을들수있다. 이사업에는 1,094억원이투자되었는데, 인간유전체의기능분석및활용을통하여위암 간암등의진단기술을개발하고치료용타깃유전자와치료후보물질을도출하는것을목표로진행되었다. [12] 2014~2021년까지진행중인포스트게놈신사업육성을위한다부처유전체사업은그간부처별, 개별적으로수행되던유전체사업을다부처사업으로통합하여시너지효과를얻기위한것으로, 8년간약 5,800억원을투입할예정이다. 세부분야로는개인별맞춤의료를실현하기위한질병진단 치료법개발, 유전체분석기술연구기반확보및원천기술개발등이포함되어있다. [13] 2016년 8월제 2차과학기술전략회의에서는정밀의료를 9대국가과학기술전략프로젝트 9 의하나로선정하고, 개인맞춤의료를실현하고미래신성장동력확보를위해정밀의료기술개발을본격추진한다 고밝혔다. 먼저일반인최소 10만명의유전정보, 진료정보, 생활환경 습관정보등을실시간으로수집 축적하는정밀의료코호트를구축하고, 축적된연구자원을기업체, 병원등에서활용할수있도록연구자원연계 활용플랫폼을구축하는등정밀의료기술기반을마련할계획이다. 또한한국인 3대암 ( 폐암, 위암, 대장암 ) 1만명의유전체정보를확보하고이를기반으로맞춤형항암진단 치료법을개발하고, 만성질환건강관리서비스프로그램및첨단모바일기기를개발하는등정밀의료서비스를개발 제공한다. 정밀의료기술사업화전주기컨설팅을지원하는정밀의료지원센터를설치하는등정밀의료생태계를구성하고, 정밀의료특별법을제정하고정밀의료전문가를양성하는등정밀의료인프라를구축하는내용도포함되어있다. [14] 이에앞서 2015년 10월보건복지부는미국보건후생부와 한-미정밀의료 / 메르스연구협력의향서 를체결했다. 이를통해한-미공동연구프로그램개발및재원조달방안모색, 연구자들의인적교류와교육강화, 지식및정보교환체계마련등에대해합의하는등국제적인공조를위한노력도진행되고있다. [15] 9 인공지능, 가상 / 증강현실, 자율주행차, 경량소재, 스마트시티, 정밀의료, 바이오신약, 탄소자원화, 미세먼지등 9 대분야 ( 자료 : 미래창조과학부뉴스 (2016. 8. 24)) 8 LG 경제연구원
3. 정밀의료의밸류체인과주요플레이어 세계정밀의료시장규모는 2015년 290억달러규모에서연평균 11.2% 로증가하여 2025년에는 1,126억달러규모에달할것으로예상되고있다. [16] 이중가장큰비중을차지하는분야는유전체분석 ( 유전체시퀀싱및유전자진단 ) 과의약품분야이다. [17] 의약품중에서는종양분야를중심으로한표적치료제가정밀의료의실현에주도적역할을하고있으며, 아직시장규모는작지만유전자치료제도그가능성을주목받고있다 ( 차트 5 ). 정밀의료관련사업 / 기업예시 5 데이터생성데이터축적, 통합, 해석, 결과물도출정밀의료솔루션생산 필요데이터관련사업주요플레이어주요분야관련사업 유전체데이터 의료 임상데이터 생활습관데이터 환경데이터 유전체시퀀싱기기 ( 기업예 : Illumina) 병원정보시스템 스마트헬스기기 환경센서 대학, 병원, 연구기관, 바이오제약기업, 분자진단기업등 지원플레이어 / 사업 유전체시퀀싱서비스 ( 예 : BGI) 유전체데이터저장 처리서비스 ( 예 : Google) 바이오연구 임상 허가지원 ( 예 :Covance) 질병진단 예측 질병치료 건강관리 유전자진단제품 서비스 ( 예 : Roche, 23andMe) 표적치료제 ( 예 : Roche) 유전자치료제 ( 예 : Amgen) 건강관리서비스 회색음영표시분야 : 정밀의료시장규모에주로반영되는사업 정밀의료관련사업을영위하는기업들은타사업분야기업, 병원, 연구기관과의협업을통해기존사업을강화하는동시에밸류체인상의확장을도모하며정밀의료시장의선점을위해경쟁하고있다. (1) 유전체시퀀싱기기정밀의료발전의가장기반이되는것은유전체시퀀싱기기분야라할수있다. 유전체시퀀싱기기기업은유전체시퀀싱서비스기업및연구기관, 바이오제약기업등에기기를공급하고, 유전체시퀀싱서비스기업은연구기관, 병원, 바이오제약기업등으로부터검체를넘겨받아분석서비스를제공하는구조이다. LG 경제연구원 9
유전체시퀀싱기술의 1세대는생어시퀀싱 (Sanger Sequencing) 기술 10 로, 인간유전체프로젝트의주된기술로활용되었다. 시퀀싱비용과기간을획기적으로감소시키는데기여한것은 2004년에 Roche에의해최초로상용화된차세대시퀀싱 (Next Generation Sequencing, NGS) 기술 11 로, 지속적인발전을거듭하며현재까지시장을주도하고있다. 차세대시퀀싱기기시장은 Illumina가확고한리더지위를확보한가운데, Thermo Fisher 12, Roche 등의기업이수위를차지하는과점형태를보이고있다. 3세대시퀀싱기술은 Pacific Biolab, Oxford Nanopore 등의기업에서개발한단일분자시퀀싱기술로, 차세대시퀀싱기술의한계 13 를극복하며자리를잡아나갈것으로예상되고있다. Roche는 2014년 6월단일분자시퀀싱기기를개발하는스타트업인 Genia를인수하며시장선점에박차를가하고있다. [18] (2) 데이터저장 처리유전체시퀀싱기술이발전함에따라생성되는데이터의양은막대하며이를저장하고처리, 분석하는데에는클라우드컴퓨팅, 빅데이터분석기술등기존의바이오역량과는차별화되는역량이필요하다. 이에따라클라우드기반으로유전체분석데이터를저장하고관리하는플랫폼을제공하는 DNANexus, 데이터분석 (Data mining) 을통해의미있는결과물을얻을수있도록지원하는 Intomics 등의기업이정밀의료밸류체인에서중요한역할을하고있다. Google, IBM, Intel, Microsoft 등글로벌 IT 기업또한유전체데이터를비롯한각종의료데이터를수집 저장 분석 공유할수있는사업을추진하고미국정부의정밀의료계획하의각종프로젝트에적극참여하며정밀의료시장의선점을위해경쟁하고있다. (3) 유전자진단 14 현재 2,800종이상의유전자를대상으로 15,000 종이상의진단검사가사용되고있다. [19] 이들은유전질환의진단, 종양의진단 예측 예후확인및의약품선택, 의약 10 시퀀싱하고자하는유전자조각을복제하면서, 형광물질로표지된디디옥시리보뉴클레오타이드를이용하여염기하나씩을읽어내는방법 11 유전자를여러조각으로분해하여각조각을병렬적으로동시에읽어낸뒤, 각각의염기서열을조합하여해독하는고속분석방법 12 2014 년유전체시퀀싱기기시장의주요기업인 Life Technologies 인수 13 NGS 는단일가닥의염기서열을모두분석하기때문에증폭되는과정에서중합효소에의해발생하는에러등을모두검출하게된다. 이에비해단일분자염기서열분석기술은유전체의증폭없이단일가닥 DNA 시료의염기서열을분석하므로이러한오류를방지할수있다 ( 자료 : 이수민, 최근차세대염기서열분석 (NGS) 기술발전과향후연구방향, BRIC Review 2014-T05(2014.12)). 14 유전자진단은체외진단 (In vitro diagnostics) 중분자진단 (Molecular diagnostics) 의한분야로, 유전체시퀀싱을포함한다양한기술적방법을이용하여임상에서적용할수있는솔루션을제공한다. 10 LG 경제연구원
품에대한반응및부작용검사 ( 약물유전학검사 ) 등에주로적용된다. 유전질환진단의예로는 CFTR 유전자변이확인을통한낭포성섬유증진단을들수있다. 종양진단의예로는 28종의종양종류를진단할수있는 CancerTYPE ID 등을들수있고, 종양예측의예로는앞서소개한 BRCA 유전자검사를통한유방암 난소암발병예측을들수있다. 종양의예후를확인하는예로는 Oncotype Dx라는검사가있는데, 21개의유전자를검사하여 에스트로젠수용체양성유방암환자 의 10년내재발가능성을검사하는데쓰인다. 이검사결과에따라의사는환자의향후치료법을결정하게된다. 유전자진단은기기나키트형태의제품으로출시되기도하고, 전문검사기관의자체서비스로제공되기도한다. 유전자진단주요기업으로는 Roche 및 Quiagen 등을들수있는데, Roche의경우유전체시퀀싱-유전자진단-표적치료제전반에서높은시장지위를보유하고있다. Illumina, Thermo Fisher 등유전체시퀀싱기기시장의선두기업들도유전자진단사업또한영위하고있다. 종양치료제, 특히표적항암제를선택할때는동반진단 (Companion Diagnostics) 이사용되는경우가많다. 특정의약품에대한안전성과효과성을예측하기위해수행하는검사를동반진단이라하며바이오제약기업과진단기업의협업하에대상의약품과같이개발 출시되는경우가많다 ( 차트 6 ). Illumina의경우 2014년 Astra Zeneca, Janssen(J&J), Sanofi, 2015년 Merck Serono 등글로벌상위제약기업 [20] [21] 들과표적항암제동반진단개발에대한전략적협업을발표했다. 주요표적치료제 - 동반진단목록 6 의약품명동반진단명바이오마커대상질환 Erbitux Therascreen KRAS RGQ PCR Kit KRAS 대장암 Herceptin HERCEPTEST HER2 유방암 Tarceva Cobas EGFR Mutation Test EGFR 폐암 Xalkori Vysis ALK Break Apart FISH Probe Kit ALK 폐암 Zelboraf Cobas 4800 BRAF V600 Mutation Test BRAF 흑색종 자료 : National Academy of Sciences, Refining Processes for the Co-Development of Genome-Based Therapeutics and Companion Diagnostic Tests: Workshop Summary, National Academies Press (US) (2014.3.6) 일반소비자를대상으로유전자분석을통해질병위험도를예측해주고비질환특성에대한분석을제공하는소비자대상유전자분석서비스기업의예로는 23andMe 를들수있다. 2006년설립된 23andMe는 99달러의가격에각종질병위험도, 약물민감도, 비질병특성등을분석해주는서비스로큰인기를얻었다. 2013년미국식품의약국에서판매중지명령을내리면서잠시주춤한모습을보였으나, 연구데이터 LG 경제연구원 11
를축적하여 2015년블룸증후군검사허가를시작으로현재낭포성섬유증, 겸상적혈구빈혈증, 유전성난청등 36개유전질환검사를제공하고있다. [22] 이미 120만명이상의고객으로부터검체를확보한 23andMe는연구목적의데이터제공에동의한고객의데이터를바이오제약기업및연구기관등과공유하며질환관련바이오마커탐색을위해협력하고있다. 국내에서도지난 6월생명윤리및안전에관한법률개정으로의료기관에서만제공가능했던유전자검사를민간기업에서할수있게됐다. 과학적근거가확보되고소비자위해성이적은검사중선별하여중성지방농도, 혈당, 탈모, 피부노화등 12가지항목의 46개유전자검사가허용되었다. 현재테라젠이텍스, DNA Link 등다수의기업에서서비스를출시하였다. [23] (4) 표적치료제표적치료제는질환과관련된특정인자를표적으로하는치료제를뜻한다. 현재가장많이연구가진행되고치료제가출시되는분야는항암제로, 표적항암제는종양세포가자라고전이되는과정과관련있는특정분자를표적으로삼아작용하게된다. 종양분야중에서도폐암과유방암의정밀의료화가가장빠르게진행되고있다. 폐암의경우기존에는병리조직학적분류에따라비소세포폐암 (non-small cell lung cancer) 과소세포폐암으로나누었다. 그러나유전체에대한이해가높아짐에따라암발병의원인이되는주요종양유전자의변이여부에따라분류하고 (EGFR, ALK, BRAF 등 ) 치료하는것으로발전하고있다. 표적치료제는글로벌바이오제약기업들이가장주목하고있는분야중하나로 Novartis, Pfizer, Roche를비롯한수많은기업들이자체연구및협업을통해개발에매진하고있다. 영국제약기업인 AstraZeneca는지난 4월, 10년동안 2백만명의유전체염기서열을분석하여질병을유발하고치료반응에영향을미치는유전자변이들을찾아내어신약개발에활용하겠다는계획을발표했다. 이거대한목표를달성하기위해 AstraZeneca는영국의 Wellcome Trust Sanger 연구소, 미국의유전체분석기업인 Human Longevity, 핀란드분자의학연구소등과협업할계획이다. [24] (5) 유전자치료제유전자치료제는유전물질을포함하는의약품으로, 치료용유전자와유전자전달체 (vector) 로구성된다. 결핍혹은결함이있는유전자를분자수준에서교정할수있어단일유전자질환및종양등의치료와예방에활용가능성이높다. 유전자치료방법은투여경로에따라체외유전자치료법과체내유전자치료법으로나눌수있다. 12 LG 경제연구원
유전자치료제허가목록 7 연도 제품명 기업명 ( 국적 ) 적응증 2003 Gendicine Shenzen SiBiono GeneTech ( 중국 ) 두경부암 2004 RIGVIR Aina Muceniece ( 라트비아 ) 흑색종 2005 Oncorine Shanghai Sunway ( 중국 ) 두경부암 2007 Rexin-G Epeius Biotechologies ( 필리핀 ) 전이성악성종양 2011 Neovasculgen Human Stem Cell Institute ( 러시아 ) 중증하지허혈증 2012 Glybera UniQure ( 네덜란드 ) 지단백지질분해효소결핍증 2015 Imlygic Amgen ( 미국 ) 악성흑색종 자료 : 보건산업진흥원 (2016) 체외유전자치료법은환자의몸에서유전자를전달하고자하는세포를채취한후치료타깃유전자를세포내에도입한다음다시환자의체내에투입하는방법이다. 체내유전자치료방법은환자의치료에필요한타깃유전자가포함되어있는운반체를환자의몸에직접주입하는방식이다. 최초의유전자치료제는 2003년중국에서허가받은 Gendicine 이다. 유럽에서는 2012년 Glybera, 미국에서는 2015년 Imlygic이최초로허가를받았다 ( 차트 7 ). 유전자치료제는기술의특수성과난이도로인해아직시장도입기로, 여전히안전성, 효과, 가격측면에서우려를낳고있다. 그러나안전성과효과를높이기위해다양한약물전달기술들이연구되고있고, 높은가격에대응할수있는가격정책이고안되고있는등정밀의료실현에있어유전자치료제의역할이점차커질것으로기대된다. 4. 정밀의료확산을위한과제 질병과관련된모든지식과데이터를통합하여예방-진단-치료-사후관리등의료체계전반에서최적의선택을하는정밀의료는의료시스템및환자들에게높은가치를제공할뿐아니라바이오제약-의료기기-IT 등다양한산업군에걸쳐사업기회를창출할것으로예상된다. 정밀의료를발전시키고글로벌시장을선점하기위한각국정부와기업의노력은이미가시적으로나타나고있고, 이러한미래의료패러다임의변화에뒤쳐지지않기위한대비가필요하다. 정부-병원-기업의협업하에장기적이고거시적인안목과투자가필요하며, 이를통해기술적 사회적이슈를해결해나가야한다. 정밀의료의적용가능성과효과성을제고하고임상적유용성을증 LG 경제연구원 13
명하기위한연구, 대규모이종데이터의축적 연결 통합, 환자 소비자의신뢰획득, 정밀의료의적절한가치에대한분석및가격접근성제고등다각도의과제가요구되므로개별기업이나연구기관의노력만으로는힘들며, 정부와의료시스템을망라하는대대적인협업이필수적이다. (1) 적용가능성및효과성증대모든환자가정밀의료의혜택을받을수있는것은아니다. 유전자분석을통해특정유전자에변이가있음을알게되어오랫동안모르던병명을알게되고그에맞는약물을투여하여병이완치되는케이스가언론에화려하게보도되지만, 이러한케이스가보편화되기위해서는장기간의연구가지속되어야한다. 유전자변이와질병의상관관계, 유전자변이와의약품의상관관계가밝혀진비중은아직매우낮고앞으로어떤속도로얼마나더밝혀질지도확실하지않은상황이다. 유전질환을가진것으로의심되는환자의 75% 는염기서열분석을한이후에도여전히정확한질병진단을받지못한다. [25] 사람의유전자에는수백만개의변이가존재하는데그개별변이들이질병에관여하는지여부가모두밝혀지지도않았고또한여러변이들이복합적으로작용하여질병을일으키기도하기때문에유전자분석을했다고해서모든문제가해결되지는못하는것이다. 이러한문제를해결하기위해데이터를축적하고이를외부에공개함으로써공동의노력을통해신속하게결과물을얻으려는노력이가시화되고있다. 영국 Sanger 연구소의 DECIPHER 데이터베이스는 250개의기관으로부터 18,000개의데이터를축적하였다. 미국의국립보건원 (NIH) 이후원하는 ClinGen(Clinical Genome Resource) 은 ClinVar라는데이터베이스를운영하고있고이두데이터베이스는서로연결되어있다. [25] 또한진단에성공한모든질병에대해치료법이존재하는것도아니다. MD 앤더슨암센터에서 2,600명의환자들을대상으로유전자분석을실시한결과 6.4% 의환자만이특정유전자-약물조합에적용될수있었다고한다. [26] 따라서정밀의료의적용가능성과효과성을제고하기위한유전자-질병-치료법관련연구가다각도로지속되어야할것이고, 연구결과의임상적유용성을증명하기위한노력도적극적으로진행되어야할것이다. (2) 데이터의축적 연결 통합 또한유전정보만이질병과연관되는것이아니므로생활습관, 환경등후천적요인과 14 LG 경제연구원
관련된데이터와결합한분석이이루어져야하는데이를통해의미있는결과물을도출하는것은유전자차원의연구이상으로어렵고긴시간을요할것으로예상된다. 유전자분석데이터, 병원진료기록 ( 질병기록, 진단검사결과, 의약품별효능과부작용기록등 ), 생활습관데이터 ( 음식섭취, 음주, 흡연, 운동등 ), 환경데이터 ( 미세먼지, 오존, 독성물질노출등 ) 등수많은데이터가측정기기를통해생성되어야하고, 전자문서로저장되어야하며, 다른데이터와연결 통합되기위해서표준화되어야하기때문이다. 그리고하나하나의데이터가다른데이터와어떻게연관되어분석되어야할지, 분석을통해얻는결과물이질병의진단과치료, 예방에어떻게연결될지파악하는과정이뒤따라야한다. 따라서국가별, 나아가세계적인정밀의료청사진하에서데이터의축적 연결 통합을뒷받침하기위한노력이수반되어야할것이다. 또한개인의정보가공유되고통합되어야하는정밀의료의특성상개인사생활보호에대한우려가많다. 이를해결하고환자 소비자의신뢰를획득하기위한정부, 기업, 연구기관등의노력뿐아니라환자 소비자단체의적극적인참여와모니터링이필요할것이다. (3) 가격접근성제고유전자염기서열분석가격이떨어지고있음에도불구하고, 병원에서유전자검사를받기위해환자가지불해야하는비용및특정유전자나변이를타깃으로하는표적치료제의가격은여전히매우높은것이현실이다. 낭포성섬유증치료제인 Kalydeco를예로들면, 이약은낭포성섬유증환자중특정한유전적변이를가진약 5% 의환자에게효과가있고환자당연간치료비는 30만달러 ( 약 3.3억원 ) 에달한다. 따라서정밀의료의반대자들은낭포성섬유증환자 95% 에효과가없으면서가격은매우비싼이약의가치에대해의문을제기한다. [27] 또한미래에걸릴가능성이높은질병을미리예방하기위해지금비용이발생하는경우, 어떻게그가치를계산하고그비용을정부, 보험사, 환자중누가지불해야할지에대한이슈도존재한다. 장기적으로유전자염기서열을읽고데이터를분석하는비용이점점더싸지고밝혀진지식들이서로결합되어더효율적인정밀의료 R&D가가능해질수록정밀의료기술이환자에게적용되는비용은낮아질것으로예상된다. 그리고정밀의료본연의취지대로질병발병전에미리예방하거나, 발병하더라도개별환자에게맞는적절한치료법을선택하여효과없이사용되는치료법이크게줄어든다면전체의료비용또한크게감소할수있을것이다. 따라서정밀의료기술자체의발전에발맞추어규제기관과산업계공동으로치료법 예방법의적절한가치에대한분석, 환자들의가격접근성을높이기위한제반노력등이수반되어야할것이다. LG 경제연구원 15
우리나라는정부와기업의연구개발투자규모및인구규모등의측면에서미국, 중국등에필적하는데이터축적에는한계가있을것으로보인다. 이를극복하기위해다국가유전체데이터축적컨소시움참여, 해외연구기관 기업과의공동연구참여등대규모데이터와지식에접근할수있는기회를확보하고, 높은수준의의료기술및정보통신기술등을최대한효과적으로활용하여아직산업화되지않았거나산업화가미숙한다양한정밀의료솔루션들을개발하는데집중해야할것으로보인다. 이러한노력들을저해하지않고혁신을장려할수있는허가 규제및보험체계의마련또한매우중요하다. www.lgeri.com 16 LG 경제연구원
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