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압타머 개발에 주목하는 이유.. 치료와 진단에 최적

04 April2017
Summary.

기존 항체를 효과적으로 대체할 수 있는 물질인 '압타머(Aptamer)'에 대한 관심이 증대되고 있다. 치료 뿐만 아니라 진단에도 사용될 수 있는 최적의 물질이라는 평가다.

 

 

 

지능형 바이오시스템 설계 및 합성 연구단의 '압타머 개발 및 활용에 대한 최근 동향'에 따르면, 2014년 기준 전세계 의약품 시장 규모는 약 7810억 달러로 추산되고, 바이오 의약품은 그 중에 1790억 달러의 규모를 가지는 것으로 나타났다.

 

 

 

특히 항체 의약품 시장 규모의 경우 2015년 기준으로 600억 달러를 상회하는 것으로 나타나 의약품 시장에서 차지하는 비중이 상당히 높음을 알 수 있다.
◆ 압타머의 장점 = 압타머는 특정 물질에 대해 특이적 결합 능력을 가지는 DNA로, Stem, loop, hairpin, quadraplex 등 고유의 3차 구조를 가진다. 이들은 조합된 구조에 따라 단백질, 바이러스, 펩타이드 뿐만 아니라 저분자 유기물에도 결합능력을 가진다.
 
압타머는 주로 SELEX(Systematic Evolution of Ligands by Exponential enrichment) 방법을 이용해 발굴돼 왔는데, 항체와 비교될 수 있을만한 높은 친화도(KD~pM)를 가지기 때문에 항체의 대체물질로써 각광받아왔다.
 
DNA 또는 RNA인 압타머는 단백질인 항체 분자에 비해 열적, 화학적 안정성이 높으며 내구성 역시 뛰어나기 때문에 의약적 목적뿐만 아니라 진단 등의 체외 활용에도 쉽게 이용될 수 있다는 장점을 가지고 있다.
 
그리고 주로 동물세포에서 생산이 진행되기 때문에 생산성이 낮은 항체에 비해 대량 생산이 용이해 생산 용이성과 수가 측면에서 우위에 있다고 할 수 있다. 또한 배양 과정에 따라 항체의 성질이 달라질 수 있는 것에 비해 화학적 합성을 통해 주로 생산되는 압타머의 경우 거의 변함 없는 품질을 유지할 수 있다.
 
이러한 개발 및 생산 측면에서의 장점들과 동시에 압타머는 임상 적용시에도 많은 강점을 가지고 있다. 압타머는 기존의 단백질 기반 의약품에서 빈번히 나타나는 면역 거부반응을 거의 일으키지 않는 것으로 알려져 있다. 이는 치료용 의약품 개발에 있어 기존 단백질 의약품에 비해 큰 우위를 가진다고 할 수 있다.
 
◆ 압타머의 활용 = 압타머는 항체와 같은 표적 물질에 대한 특이적 결합 능력을 가지기 때문에 항체가 응용되는 분야에 거의 동일하게 사용될 수 있다. 항체가 사용되는 조직 염색, 바이오 이미징(bioimaging), 의약품, 그리고 진단 용도가 그 예다.
 
무엇보다 치료 목적으로써 이용되는 경우 Cell SELEX 방법을 통해 개별적인 질병 치료에 활용될 수 있다. 일례로, 암 치료에 있어 Cell SELEX 방법을 도입해 압타머를 선별하게 되면, 기존에 알려진 바이오마커 외에 종양 세포 표면에 디스플레이 된 다양한 바이오마커를 표적으로 하는 압타머를 선별할 수 있다.
 
비교적 작은 크기를 가지는 압타머는 생체내, 생체외 환경에서의 바이오 이미징을 진행하는것에 있어 항체에 비해 큰 장점을 가진다. 압타머는 높은 조직 투과능력을 가지며 신장을 통해 배출되는 속도가 빨라, 기존 항체가 가지는 낮은 조직 투과능력과 낮은 배출속도로 인해 발생하는 면역학적 문제와 부작용을 방지할 수 있다.
 
압타머를 이용한 바이오 이미징은 압타머와 형광 리포터(reporter)가 결합된 압타머-리포터 복합체를 이용해 진행된다. 대표적으로 압타머의 양 끝 말단에 형광 리포터와 형광을 흡수할 수 있는 소광 물질(quencher)을 결합한 복합체를 이용한 방식이 있다.
 
표적 종양 세포에 결합하지 않았을 경우 소광 물질이 형광을 흡수하기 때문에 형광을 띄지 않다가 압타머가, 종양 세포에 결합해 세포 내의 리소좀(lysosome)에 의해 분해되면 형광 리포터가 소광 물질로부터 해방되어 형광을 나타내는 방식이다.
 
치료와 바이오 이미징 목적으로의 응용 외에 압타머가 `진단 목적`으로 활용되는 것에 대한 연구 역시 매우 활발히 진행되고 있다.
 
체외 진단에 대한 세계 시장 규모는 2014년 기준 약 522억달러에 이르고 있으며 연평균 8.24%의 높은 성장률을 보이며 증가하고 있는 추세이다. 이중 항체-항원 반응에 의존하는 면역 화학적 진단에 대한 시장은 진단 시장에서 40%의 시장 점유율을 차지하고 있기 때문에 항체에 비해 큰 장점을 가지고 있는 압타머를 사용할 경우 그 파급 효과가 매우 클 것이라 예상된다.
 
압타머는 단백질인 항체보다 열적, 화학적 안정성이 뛰어나며 재사용(regeneration) 과정이 매우 간단해 진단 분야에 응용함에 있어 매우 뛰어난 성질을 가지고 있다.
 
KAIST 정기준 교수는 "현재 압타머의 개발 방법과 개발된 압타머를 활용한 치료 및 진단 목적으로의 활용 방안에 대한 연구가 매우 활발히 이뤄고 있다"고 설명했다.
 
하지만 여전히 압타머의 개발 단계에 존재하는 비효율성과, 실제 치료 및 진단에 적용하는데 최적화 과정이 필요한 실정.
 
이에 정 교수는 "기존 항체에 비해 생산 수가가 낮고 안정성이 높은 압타머에 대한 연구가 완벽하게 이뤄졌을 때, 압타머가 치료와 진단 시장에 미치는 파급효과는 매우 대단할 것으로 예측된다"고 말했다.
 
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