BT융합분과 천연물 유래 STAT3 매개 질환 예방/ 치료제 Ⅰ. 제안기술 개요 기술의 내용 기술의 동향 기술의 제품화 및 시장 전망 - 천연물 유래 IL-6/STAT3 매개성 염증 성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물 개발 기술 - 마치현, 곰보배추와 같은 천연물 유 래 조성물이 IL-6/STAT3 매개성 염증 성 질환인 골다공증, 염증성 장질환, 관절염 등의 예방 및 치료효능을 가 지므로 이와 관련하여 기능성 동물용 사료첨가제 및 동물용의약품, 의약외 품으로 활용이 가능한 기술 상용화단계 핵심키워드 [ 국내동향 ] - 천연소재를 활용한 IL-6/STAT3 저해 제 개발에 대한 연구는 매우 미비하 며 주로 분자기전 구명 및 기초 학 문적 연구에 치중되어 있음 [ 해외동향 ] - IL-6/STAT3 저해제 개발에 대한 연 구는 IL-6 수용체에 대한 항체 개발 등 인의용의약품의 개발이 시도되고 있으나 부작용 등이 많아서 부작용 이 적고 독성 없는 안전한 천연소재 의 개발이 요구됨 - 반려동물 ( 개, 고양이 등) 및 경제동물 ( 소, 돼지 등) 의 염증성 질환의 예방 또는 치료용 동물의약품으로 제품화 - 동물의 면역기능 개선 및 생리기능 촉진제로 기능성 사료첨가제와 동물 의약외품의 개발 - 전 세계 기능성 동물사료 및 보조제 시장규모는 약 일반 1아이디어 2연구단계 3개발단계 4개발완료( 시제품) ➄제품화 단계 의약 바이오 1 라이센싱 ➋개발단계 3 제품화 단계 한글 STAT3, 마치현, 천연물, 염증성 질환, 동물의약품, 영문 35 조원, 국내 친환경 사료첨가제 시장은 2016 년에 약 1,700억원 규모로 추정됨 - 전 세계 동물의약품 생산 시장은 약 25 조원, 국내 3,300 억원 (2013 년) 으 로 추 후 비약적 성장이 예상됨 STAT3, Portulaca oleracea L., Natural product, Inflammatory diseases, Animal drug Ⅱ. 기술개발자 정보 Ⅲ. 기관명 한국생명공학연구원 부 서 친환경생물소재연구센터 성 명 노문철 직 급 책임연구원 전화/ 핸드폰 063-570-5230 / 010-3451-1935 이메일 rho-m@kribb.re.kr 수행과제정보 지원지관명 미래창조과학부 연구사업명 Ⅳ. 연구과제명 면역클러스터 분자의 기능조절 생물소재 개발 주관기관 한국생명공학연구원 공동연구기관 특허정보 수행기간 2012. 01. 01 2014. 12. 31 특허현황 상세현황 사업화대상기술관련 특허 총 1 건 구 분 상 태 출원 ( 등록 ) 일자 특허번호 특허명 대상기술 출원 등록 2013. 10. 08. 10-2013-0 120105 마치현 추출물 또는 이의 분획물을 유효성분으로 포함하는 IL-6 매개 성질환의예방또는치료용약학적조성물
1. 기술성 분석 1. 기술의 내용 및 특징 IL-6/STAT3 관련 메커니즘은 암악액질, 종양, 아토피성 피부염, 류마티스 관절 염, 골관절염, 골다공증, 건선, 천식, 이식편대 숙주질환, 면역결핍증, 전신 홍반성 루푸스 또는 다발성 경화증을 비롯하여 다양한 질병에 관여하고 있음. 본 기술은 IL-6에 의해 활성화되는 STAT3 경로를 효과적으로 억제하는 천연 생물 소재를 개발하여서 상기 여러 질환을 예방 또는 치료할 수 있는 기능성 식이소재의 개발 및 의약품 개발에 활용하고자 함. <IL-6/STAT3 관련 질병> 본 연구팀은 천연물 유래 IL-6/STAT3 저해제와 관련하여 골다공증을 포함한 골 관련 질환을 대상으로 인의용 천연물 신약을 개발하기 위하여 ( 농림축산식품부에 서 추진하는 과제를 수주하여서) 전임상/ 임상시험을 현재 진행 중에 있음. 지금까지 IL-6/STAT3 저해제와 관련하여 동물용 기능성 사료첨가제나 동물용의 약품의 개발이 시도된 바가 없었으나, 경제동물이나 반려동물에서도 IL-6/STAT3 를 타깃으로 하는 질환인 관절염과 같은 골 관련 질환, 염증성 장 질환 및 젖소의 유방염 등의 질환 발생 빈도가 높아지면서 이를 예방 또는 치료 할 수 있는 소재의 개발이 요구됨. 따라서 본 연구팀에서는 천연물 유래 IL-6/STAT3 다양한 IL-6/STAT3 저해제를 활용하여 경제동물이나 반려동물의 관절염 및 유방염 등 매개 염증질환의 예방 및 치료 제제를 개발하고자 하며 이 는 지금까지 시도되지 않았던 블루 오션이 될 것으로 예상됨.
1. 기술성 분석 ( 계속) 본 기술은 IL-6에 의해 활성화되는 STAT3와 염증신호전달 경로를 효과적으로 억 제하는 천연 생물 소재 KRC-3 ( 마치현의 에탄올 추출물) 를 개발하였고, KRC-3로 부터 생리활성물질의 분리 및 구조 동정, 세포계 작용기작 구명, 골 관련 질환인 골 다공증 및 염증성 대장염 동물 모델에서의 치료 효능을 검증하였음. <KRC-3 의 기술 특징> 2. 기술의 수준 천연물 유래 IL-6/STAT3 저해제 탐색 기술 정량적인 STAT3 저해제 탐색시스템 사용 : STAT3의 전사활성에 의존적으로 루 시퍼레이즈 레포터 유전자가 발현되도록 유전자 재조합 백터를 만든 후 인간 간세 포 (Hep3B cells) 에 주입하여 STAT3의 전사활성을 정량적으로 측정할 수 있는 탐색시스템을 개발하여서 사용 182종 이상의 천연물 소재 탐색 후 가장 활성이 우수한 천연물 소재만을 선별 천연물 소재의 추출 최적화 및 생리활성물질의 분리, 구조 동정 기술 마치현으로부터 KRC-3의 제조를 위해 최적의 추출 조건을 개발하고 마치현 추출 물의 표준화를 위하여 지표 화합물을 활용한 기준시험법 개발
1. 기술성 분석 ( 계속) 생리활성물질의 분리, 구조 동정 기술 : 컬럼크로마토그래피를 활용한 생리활성물 질의 분리 및 1 H와 동정 13 C NMR, MS, IR, UV 등의 기기분석을 활용한 화학적 구조 마치현으로부터 5종의 flavonoid (kaempferol, quercetin, myricetin, apigenin, lut eolin) 와 1종의 phenolic 화합물 (caffeic acid) 등을 분리하고 구조 구명 천연물 유래 IL-6/STAT3 저해제의 작용 기작 구명 기술 인간 간세포주인 Hep3B 세포와 다발성 골수암 세포주인 U266 세포에서 IL-6에 의해 매개되는 STAT3 전사활성과 염증성 신호전달기전이 KRC-3에 의해 저해 되는 것을 구명 염증성 장 질환 및 골다공증 치료효능 검증 기술 염증성 장 질환 치료효능 검증 기술 : 3% DSS로 유발한 염증성 대장염 마우스 모델에서 KRC-3가 혈변과 체중감소를 완화시키며 장의 구조적 변성을 회복시키 는 치료효과를 확인하였음 골다공증 치료효능 검증 기술 : KRC-3가 골 파괴를 유도하는 파골세포의 생성을 저해하고 난소적출 또는 효과가 있음을 확인하였음 LPS로 유도한 마우스의 골 파괴를 효과적으로 억제하는 3. 기술의 필요성 경제동물이나 반려동물에서 IL-6/STAT3 를 타깃으로 하는 질환인 관절염, 염증성 장 질환, 젖소의 유방염 등의 발생 빈도가 높아지면서 이의 예방 및 치료제의 개발 이 요구됨. 본 연구팀에서는 천연물 유래 IL-6/STAT3 저해제를 활용하여 경제동물이나 반려 동물의 관절염 및 유방염 등 다양한 IL-6/STAT3 매개 염증질환의 예방 및 치료 제제를 개발하고자 하며 이는 지금까지 시도되지 않았던 블루 오션이 될 것으로 예상됨. 경제 동물의 경우 항생제 및 성장 촉진제 등과 같은 인위적인 물질 투여를 금지하 는 것이 세계 추세 (EU는 2006 년, 국내는 2012 년 사용 금지) 이며, 따라서 천연 소재 유래의 경제 동물용 사료 첨가제 및 동물의약품을 성공적으로 개발하게 되면 동물복지 차원에서 친환경 축산이 될 뿐만 아니라 이들을 소비하는 소비자들에게 안전한 유기 농 축산물을 제공할 수 있게 되어서 국민의 건강에 이바지함.
1. 기술성 분석 ( 계속) 2013 년도 동물용의약품, 생물학적 제제, 사료첨가제 등 3가지 품목의 시장 규모가 230 억달러 ( 약 23.3 조원) 에 달함. 한국의 반려 동물 관련 시장이 선진국형으로 발전 중이며, 매년 2자리 수 이상의 성장률을 보이고 있음 (2012년 기준 약 9 천억 원 추산). 반려 동물에 대한 인식이 가족구성원으로 변화하는 추세이며 반려동물의 수가 증가하는 추세에 맞춰서 반려 동물의 기능성 사료 및 의약품에 대한 수요가 점차 증가하고 있음. 본 연구팀에서는 천연물 유래 IL-6/STAT3 저해제인 KRC-3를 활용하여 다양한 동물용 사료첨가제, 동물의약품 및 의약외품 등을 개발하고 경제동물 및 반려동물 의 시장 선점을 통하여 이윤 창출 및 동물의 다양한 염증성 질환 개선, 축산 등을 가져올 수 있을 것으로 전망함. 친환경적 4. 기술의 차별성 본 기술은 IL-6/STAT3 염증성 신호전달이라는 신규 타깃 저해제로 개발되었으 며, KRC-3는 in vitro 및 in vivo 실험에서 다양한 질환에 대하여 양성대조군과 비교 동등하거나 우수한 효력을 나타내었음. KRC-3는 천연 소재가 갖고 있는 장 점 중 하나인 다기능성 소재로 반려 및 경제 동물의 다양한 염증 질환을 효과적으 로 예방 또는 치료할 수 있을 것으로 기대됨. 관절염, 골다공증, 염증성 대장염 등에 대한 기존의 치료제들은 주로 면역억제제거 나 스테로이드제, 항생제, 또는 항체신약들이 대부분이어서 단가가 높고 장기 복용 시 체내 축적되거나 부작용 등이 많이 보고되었음. 이에 반하여, 본 기술은 천연물 소재인 마치현을 사용하여서 독성이나 부작용 없이 안전하게 장기복용이 가능함 ( 마치현의 잎, 줄기, 순 모두 식품의약품안전처에 식용가능 원재료로 등록되어 있 으며 약용으로도 많이 사용됨). 마치현은 국내에서 자생하는 1년생 초본으로 쉽게 산과 들에서 찾을 수 있어서 천 연물의 단점 중 하나인 원료 수급에서 자유로우며 농가에서 재배 시 원료의 고부 가가치화로 농가소득의 증대를 가져올 수 있음.
2. 특허성 분석 1. 국내외 특허 동향 1) 국내외 특허동향 해외 골다공증 특허 분석을 살펴보면, 전 세계적으로 주요 골다공증 특허는 다국 적 제약 기업 (MSD, 릴리, 화이자 등) 이 다수 보유 중 천연물을 활용한 조성물 특허는 공백기술로 천연물 신약이 훌륭한 대안이 될 수 있음 국내 골다공증 제어용 천연물 소재 관련 특허 출원이 꾸준히 증가하고 있으나, 대 부분 소재 탐색에 대하여 청구항을 한정하고 있고 제품화에 성공한 사례는 아직 없음 < 해외 골다공증 특허 분석> 국제 관절염 예방 및 치료제에 관해 살펴보면, Chemokine receptor antagonist, Cell proteins activity, 그리고 Activators caspases processes 기술 분야에 대한 관절염 특허가 활발함 한국생명공학연구원은 전 세계 관절염 관련 국가별 주요출원인 (2005 년) TOP5에 속함
2. 특허성 분석 ( 계속) 국내 염증성 장질환 예방 및 치료제의 소스별 특허는 주로 식물추출물과 프로바 이오틱스가 차지하고, 기타 다양한 소스로 이루어져 있음 <국내 염증성 장질환 예방 및 치료제의 소스별 특허 제출 건수 (1991-2013, 출원년도 기준) > 바이오소재 중의 하나인 미생물과 관련하여, 2001년 7월 1일부터 2011년 6월 30 일까지의 축산업분야 미생물 관련 특허는 아래 그림과 같이 총 증가율 16.9% 로 빠르게 성장하고 있음 5,212 건이며, 연평균 특허공보를 분석하여 볼 때 중국이 1,315 건(25%), 미국 1,006 건(20%), 일본992 건(19%), PCT 852 건(17%), 한국 610 건(12%) 의 순이며, 농업 및 수산업과 마 찬가지로 중국, 미국, 일본이 압도적으로 우위에 있으며 축산업 관련 큰 시장을 형성하고 있는 것을 알 수 있고, PCT를 통한 기술의 세계 시장 확보의 노력을 알 수 있음 < 국내외 출원연도별 공보별 특허출원 동향>
2. 특허성 분석 ( 계속) 또한 출원인 및 출원건수의 합으로 본 기술예측 포트폴리오상으로 볼 때 사료첨 가제로 기술 시장이 발전하고 있음을 알 수 있음. 면역질환과 관련하여 매우 효과 적이면서 새로운 천연생물소재를 이용한 사표첨가제가 시장에 나옴으로써 사료첨 가제 시장에 활력을 불어 넣을 수 있음 < 사료첨가제 분야 소분류 기술의 기술예측( 포트폴리오)> < 사료첨가제 중 소분류 기술의 한국국적 출원인 출원건수> * CAGR : 01 년~ 10년 사이의 연평균 증가율 축산업 분야의 각 소분류별 특허점유율에 따른 특허 증가율을 보면, 사료첨가제 분야의 증가율이 비교적 높은 것으로 나타남. 이는 한국국적의 출원인들의 한국에 서 출원되는 특허활동과 유사 < 축산 분야 소분류별 특허 점유율에 따른 특허 증가율>
2. 특허성 분석 ( 계속) 사료첨가제분야에 있어서는 시장확보지수(1.4) 와 피인용비(1.0) 값이 평균보다 높은 출원인 국적은 덴마크, 호주로서 질적 수준 및 시장확보력이 높게 평가되었 음. 반면 한국의 경우 질적 수준은 높은 편이지만 상대적으로 시장확보력이 낮은 것으로 분석되었음 한국은 사료첨가제 분야에서는 세계 5위를 나타내고 있어 전체 기술력지수에는 미흡한 중위권 수준에 머물고 있어 질적 수준향상을 통한 보다 적극적인 시장 확 보 전략이 필요함 < 사료첨가제 특허건수 상위권 국가별 기술력 지표>
2. 특허성 분석 ( 계속) 2. 선행특허분석 한국공개특허 한국공개특허 한국공개특허 미국공개특허 특허번호 제2013-0108088호 제2013-0090687호 제2012-0012268호 제2009-055936호 특 허 명 출 원 인 (2013.09.09) 신규 화합물 및 이를 유효성분으로 포함하는 STAT3 매개 질환의 예방 또는 치료용 조성물 한국생명공학연구원 ( 한국) (2013.07.31) 레바미피드를 유효성분으로 포함하는 고지혈증 및 이와 관련된 질환의 예방 또는 치료용 조성물 가톨릭대학교 산학협력단 ( 한국) (2012.02.07) JunB의 발현 또는 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는 면역질환의 예방 또는 치료용 조성물 가톨릭대학교 산학협력단 ( 한국) (2009.07.24) Compounds useful for the treatment of degenerative and inflammatory diseases Galapagos NV Mechelen (BE) 화학적으로 합성한 신규 레바미피드를 유효성분 JunB의 발현 또는 활성 [1,2,4]triazolo[1,5-a]pyri 화합물들이 인터루킨-1β 으로 포함하는 고지혈증 억제제를 유효성분으로 dine 화합물을 인간을 (IL-1 β) 또는 인터루킨 및 이와 관련된 질환의 포함하는 면역질환의 예 포함한 포유동물의 연골 -6(IL-6)의 발현에 우수한 예방 또는 치료용 조성 방 또는 치료용 조성물 퇴화, 골 또는 관절의 저해 효과가 있어서 물에 관한 기술. 레바미 에 관한 기술. JunB 유 퇴화 등에 의해 유발되 STAT3의 매개 질환인 염 피드 화합물은 대식세포 전자의 mrna 에 상보적 는 골 관절염의 예방 및 증, 여드름 또는 부종의 에서 분비하는 고지혈증 으로 결합하는 안티센스 치료용 약제 조성물로 기술요약 예방 및 개선용 화장료 유발 염증성 사이토카인 뉴클레오티드, 작은 간 사용할 수 있는 기술. 조성물이나 의약외품 조 인 TNF-a, IL-6 및 IL-1b 섭 RNA (short 크론씨병, 류마티스 관 성물로 개발하는 기술 의 생성을 억제시키며 interfering RNA), 짧은 절염, 건선, 알레르기가 동맥경화반 전구세포를 헤어핀 RNA (short 있는 기도 질환 ( 천식, 형성하는 거품세포의 생 hairpin RNA) 및 JunB 비염 ), 대장염, 염증성 성을 억제시키고 콜레스 단백질에 대한 항체 중 창자 질환 등 염증 또는 테롤 및 중성지방 수치 어느 하나를 포함하는 면역반응을 포함하는 질 를 낮춤. 약학적 조성물 병의 약제 조성물 관련도 분석 X A A Y * 관련도 : X - 관련높음, Y - 관련있음, A - 관련은 없으나 참고할 자료 * X, Y - 주요참증에 해당, A - 참고참증에 해당 본 연구과제의 제안기술은 천연물 유래 IL-6/STAT3 매개성 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약 조사결과 학적 조성물 개발 기술로, 이와 관련한 선행특허문헌조사결과, [ 한국공개특허 2013-0108088 ], [ 한 국공개특허 2013-0090687 ], [ 한국공개특허 2012-0012268 ], [ 미국공개특허 2009-055936] 가 선행특 허문헌으로 조사됨
3. 사업성 및 시장성 분석 1. 사업화 제품화 반려동물( 개, 고양이 등) 및 경제동물( 소, 돼지 등) 의 염증성 질환의 예방 또는 치료용 동물의약품으로 제품화 동물의 면역기능 개선 및 생리기능 촉진제로 기능성 사료첨가제와 동물의약외품 의 개발 2. 사업화 방법 및 성공요인 사업화 방법 : 반려동물 및 경제동물의 친환경 기능성 사료첨가제 개발 후 데이터 를 축적하여 동물의약품으로 허가 취득 및 제품 개발 먼저 친환경 기능성 사료첨가제의 제형 제제 개발 후 농가 및 현장에서 현장 적용 시험을 통해 효능 검증, 단점 보완 후 제품화 동물 사료첨가제 전문회사와 연계하여 공동연구와 기술이전을 추진함으로써 성공 적인 사업화를 이룰 수 있을 것으로 기대함 3. 1) 국내외 시장전망 국내외 시장 규모 및 동향 세계 미래학회(199 년) 의 미래 10 대 전망 중 하나는 반려동물의 급증이며, 국내 반려동물 관련시장은 매년 2 자리 수 이상 높은 성장률을 보이고 있음. 2012년 현 재 약 9 천억원 수준 이며, 2020년까지 약 6 조원( 현재의 5~6 배) 수준의 성장이 전 망되고 새로운 시장과 일자리를 창출할 것으로 보임 반려동물의 사료부문시장은 2012년 기준 약 2,500 억원이며, 고급사료를 찾는 소 비자가 늘고 있으나 국산 사료 점유율이 높은 대형마트들은 중저가 이하의 제품을 주로 취급 함 국내 반려동물 사료시장의 70% 는 외국 다국적기업인 네슬레(Nestle), 마스 (Mars) 등이 차지 함
3. 사업성 및 시장성 분석 전세계 동물의약품 생산 시장은 약 25 조원이며, 국내 시장은 3300억원으로 추정 됨 (2013 년) 전세계 기능성 사료 및 보조제 시장규모는 약 35 조원이며, 국내 친환경 사료첨가 제 시장은 2016년에 약 1700억원 규모 추정됨 동물용 사료 첨가제의 경우, 소재의 특성이 의약품 및 식품의 효능 성분과 일부 유사하므로 바이오 기업에서의 단계적 사업화 영역으로 확대되고 있는 추세임 < 친환경 동물 사료의 공급망 분석 종합> 친환경 동물 사료 주요내용 친환경 동물사료소재 및 생산기술 주요 제품 천연추출물, 프로바이오틱스, 미생물제제 해외 기업 Cargil 대기업 - 중소기업 이앤바이오, 서부사료, 애니텍, 허브앤 참여도 중간 단계( 상) 점유율 중간 단계( 중) * 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도( 업체수, 등) 를 고려하여 5 단계로 구분( 낮은 단계, 중간 단계( 상, 중, 하) 높은 단계) 비율 2) 시장의 구조, 경쟁강도 및 진입장벽 반려동물 관련 산업은 선진국형 산업으로 매년 2 자리수 이상의 성장률을 기록, 신 규시장과 일자리 창출에 기여할 전망 앞으로 사료부문은 고급시장 중심으로 성장할 전망이며, 2012년 기준 국내 반려동 물 사료시장을 약 1,500 원 규모로 보는데, 소매기준으로는 2,500 억원(40% 마진율 반영시) 정도 수준으로 추정됨 KRC-3의 원료인 마치현은 일반적으로 국내 자연환경에 많이 분포되어 있는 초본 으로 원료확보가 쉽고, 진입에 유리함 추후 원료단가가 저렴하여 경제적 경쟁성이 있어 제품화
3. 사업성 및 시장성 분석 4. 사업화 성공 가이드 1) 사업화 후보기업 요건 동물용 사료첨가제 개발 기술 및 관련 사료시장 영업망 보유 업체 동물용의약품 또는 의약외품 개발 기술 보유 업체 그 외 동물용 보조제 개발 기술 보유 업체 2) 사업화 투자비용 현장적용시험 비용 제품화를 위한 대량생산 공정 개발 및 원료의 표준 시험법 추가 비용 3) 법적 검토사항 기술이전 및 실시권 계약 범위 수익성 배분 협의 등 / 라이센싱 및 공동연구 범위 협의 4) 희망 파트너쉽 1 기술이전 ( ) 2 라이센싱 ( ) 3 공동연구 ( ) 4 기술출자 ( ) 5 기타 ( )