바이오인

1. 개요

가. 정의

유전체 및 단백질체 분석 등 과학 기술의 발전에 따라 기존의 보건의료 시스템과 의약품의 단점을 보완할 수 있는 환자 개개인에 최적화된 진단 및 치료를 제공하는 정밀의학의 시대가 도래했다. 특히 유전체 분석의 시간과 비용이 절감되면서 유전체 분석의 대중화가 이뤄지고 최근 생물분자의학의 진보로 질병과 관련된 개인의 특이 분자 정보가 급증하면서, 정밀의학은 점점 보편화되어 벌써 임상에서 정밀의학을 적용한 치료 사례들을 볼 수 있게 되었다.

정밀의학(Precision medicine)이란 환자마다 다른 유전적, 환경적 요인과 질병 경력, 생활 습관 등을 사전에 인지해 적정한 환자에게 적정한 약을 적정한 용량으로 적정한 시간에 사용하여 환자별로 최적화된 치료법을 제공하는 의료 방향을 말하며, 소위 기존의 맞춤의학 개념을 한 단계 업그레이드한 것으로 기존의 임상병리학에 분자 프로파일링 기술을 도입함으로써 진단부터 치료에 이르기까지의 전 단계를 유전·환경·생물학적 특성 등을 환자 개인의 조건에 맞게 정밀하게 진단, 치료하는 포괄적 개념이다.

최근 몇 년 사이 미국의 오바마 대통령이 정밀의학 이니셔티브(Precision medicine initiative)를 추진하면서 맞춤의학 대신 정밀의학이란 단어가 많이 쓰이고 있는데, 사실 맞춤의학과 정밀의학은 내용 면에서 공통점이 많은, 본질적으로 비슷한 의미를 갖고 있지만 맞춤의학이 특정한 한 개인을 위해 개발된 예방 및 치료법이란 오해의 소지가 있어, 정밀의학(Precision medicine)이란 용어를 쓰도록 권장되고 있다. 개인적으로는 맞춤의학을 구현하기 위해 좀 더 좁은 범위에서 목적을 분명히 하는 의미로 정밀의학(Precision medicine)이란 상징적인 단어를 쓰고, 최종적으로는 맞춤의학의 구현을 지향하기 때문에 ‘정밀맞춤의학’이라는 표현이 더 적당하지 않을까 생각한다.

유전체 정보를 기반으로 한 맞춤의학 혹은 정밀의학을 논하면서 빠질 수 없는 약물유전체학(Pharmacogenomics)은 정밀의학의 일부로서, 약물의 기전과 유전체의 기능 간 차이 등 유전체로 인해 일어나는 특정 약물에 대한 환자의 반응의 다양성을 연구하고 그 다양성을 초래하는 유전적, 비유전적 바이오마커를 발굴하고 이를 이용하여 얻은 유전적 정보를 바탕으로 환자 개개인에게 최적화된 맞춤약물치료를 효과적이면서도 안전하게 제공할 수 있게 하는 정밀의학의 기반이 되는 학문이다.

나. 배경 및 필요성

과학 기술의 발달로 개인의 유전체 기반 맞춤의료가 질병에 대한 보다 정확한 진단을 가능하게 하고, 특정 치료 및 치료제에 적합하거나 적합하지 않은 환자의 선별을 통해 맞춤형 치료를 가능하게 하며, 질병의 조기 발견, 나아가 예방까지 가능하게 하는 의료로서의 가치 외에도 정밀의학의 중요성이 점점 부각되는 것은 정밀의학에 대한 사회·경제적 수요도 증가하고 있기 때문이다.

정밀의학은 질병 발병 후의 치료라는 기존 의료의 대응 방식과는 달리, 발병 전에 질병을 발견하고 예방함으로써 개인의 건강 수명을 연장하고 질병 발생을 줄여 치료비용을 절감할 수 있고, 발병 후에도 맞춤형 치료로 부작용을 최소화하고 치료 효과를 증진시킬 뿐 아니라 불필요한 약제비나 치료비를 줄일 수 있어 개인의 건강 수명을 연장하고 의료비 지출을 절감할 수 있는 방안으로 제시되고 있다.

또한 제약 산업에 있어서도 정밀의학은 기존 의약품 대비 높은 유효성과 경제성 등을 바탕으로 한 새로운 시장 창출의 원동력이자, 유전체, 단백질체 등의 정보를 이용함으로써 정밀의학 관련 기술이 의약품 개발 과정의 큰 비중을 차지하여 향후 신약 개발 경쟁력 확보에 있어 거의 필수적인 요구 조건으로 받아들여지고 있다. 이는 현재 137 종의 FDA 승인 신약이 약물유전체 정보를 기반으로 개발되었고, 임상 전 단계의 모든 치료 중 60% 정도가 정밀의학 관련 바이오마커 데이터에 의존하는 것으로 추산되었다는 보고를 통해 증명되고 있으며[1], 그밖에 여러 시장 동향 보고[2-5]를 통해 정밀맞춤의료 산업은 전 세계적으로 매년 10% 이상의 성장률을 실현하고 있으며 지속적인 수요 확대, 오믹스 기술과의 융합 등을 통한 응용 가능한 범위의 확대 등을 바탕으로 향후 큰 성장이 기대되는 고성장 산업임이 언급되고 있어 정밀의학의 산업적 가치 및 경제적 가치는 정밀의학이 이 시점에서 학계 및 정부의 관심이 매우 필요하고 집중적인 투자가 중요함을 여실히 증명하고 있다.

다. 응용 분야

정밀의학의 응용 분야는 크게 동반 진단, 표적 치료, 유전체 분석을 통한 질병위험도 예측, 약물유전체 맞춤치료의 4가지 분야로 나눌 수 있다.

⑴ 약물유전체 맞춤치료

약물유전체 맞춤치료란 약물유전체학을 기반으로 개인의 유전적 요인에 따른 약물에 대한 반응의 다양성 및 차이를 관찰, 약물유전체 검사를 통해 환자별 특정 유전자 소인 유무에 따른 특정 치료제의 안전성, 유효성, 약물 용량을 결정하는 개인 맞춤형 치료를 말한다. 약물유전체 맞춤치료의 전제 조건으로는 약물대사에 연관된 효소 또는 유전자 발현, 약물 수용체의 염기 다형성 등 관련 지표들을 찾아내고 이들이 실제 약물의 효능 또는 부작용 발생에 어떤 영향을 미치는지 등에 대한 광범위한 데이터베이스 구축이 필요한데, 최근 신약개발의 단계에서부터 이러한 정보들이 일부 확보되고 있지만 기존 치료제에 대한 연구는 그 범위가 방대하여 데이터베이스 구축에 많은 시간과 노력이 필요하다. 약물유전체 맞춤치료를 구현하기 위한 이러한 노력의 일환으로 약물유전학 정보를 임상에 적용하기 위한 근거 마련을 위해 PharmGKB, CPIC(Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium), DPWG(Dutch Pharmacogenetics Working group) 등의 연구 단체를 통해 약물-유전자쌍에 대한 평가를 통해 근거를 획득하고 임상적으로 사용할 수 있는 가이드라인을 개발하고 있다[6-11]. 약물유전체 맞춤치료의 한 가지 예를 들자면 효소 Cytochrome P450 2C9은 간에서 비스테로이드성 소염진통제, 항우울제, 항경련제, 항응고제 등 약 100종 이상의 의약품 대사 및 배설을 담당하고 있는데 Cytochrome P450 2C9 유전자 변이가 있는 환자가 항응고제의 일종인 Warfarin을 복용할 경우, Warfarin의 대사가 원활하지 않아 급성 신부전증, 출혈, 괴사, 골다공증 등의 부작용이 발생할 수 있다. 이 때 맞춤약물치료를 통해 특정 개인에게 적정한 용량의 적정한 약물을 복용하게 함으로써 이와 같은 부작용을 예방하고, 치료 효과를 높일 수 있다.

⑵ 동반 진단

동반 진단(Companion diagnostics, CDx)은 특정 약물 치료에 대한 환자의 반응성을 예측하기 위한 분자 진단 기법의 일종으로 MRI, NIR Fluorescence 등과 같은 진단 기능과 동시에 치료용 목적의 물질이 하나의 형태로 구성된 것으로 환자의 유전적 특성 및 변이에 따른 개인적 차이로 인해 같은 항암제를 투여해도 치료에 차이가 나타나는 것에 착안하여 개인적 유전 특성 및 변이를 진단하고 의약품을 선택, 치료하기 위한 그 근거를 검출하기 위해 만들어진 진단 기법이다.

동반 진단에는 면역조직화학검사를 통해 특정 단백질의 과발현을 확인하는 방법, 특정 유전자의 유전자 증폭을 DNA Probe를 이용한 FISH(Fluorescense in situ hybridization) 또는 CISH(Chromogenic in situ hybridization) 검사를 통해 확인하는 방법, 그리고 q-PCR 등 유전체학적 기법을 이용하여 바이오마커 유전자의 돌연변이 여부를 검사하여 확인하는 방법 등이 있으며 이 중 한 가지 사례를 들자면 HER2/NEU의 과발현으로 인한 유방암은 전체 유방암 환자의 20~30%를 차지하며, 이에 초점을 맞춘 HER2 또는 HER2/NEU 진단을 위한 FDA 승인을 받은 동반진단 기법이 실제 임상 치료에 활용되고 있다.

⑶ 표적 치료

표적 치료는 흔히 암과 관련하여 정상 세포에 해를 입히지 않으면서 특정 암세포를 인지하여 공격하는 약물 등을 사용하는 치료법으로 알려져 있지만, 정확히 말하면 앞서 언급한 생체지표와 동반진단을 활용하여 실제 임상 현장에서 행해지는 정밀맞춤의료의 총화라고 할 수 있는, 질환이 발생하는 생물학적 중요 프로세스를 표적으로 하는 모든 형태의 치료 방법을 포괄하는 개념이다. 예를 들어 항암제 표적치료는 종양이 자라거나 인접 세포로 전이되는 것과 관련 있는 특정 분자의 기능을 저해하거나, 종양이 성장하기 위한 필수적인 혈관의 생성을 억제하거나, 특정 부위의 암세포를 공격하도록 면역체계를 자극하거나 암세포만을 선택적으로 괴사시킬 수 있도록 독성 물질에 표지자를 달아 전달하는 등 이 모든 방법이 표적 항암 치료제의 범주에 해당한다. 잘 알려진 표적 치료제로는 폐암 치료제인 Elrotinib, Gefitinib, Cetuximab 등이 있다. 표적 치료는 유전자와 같은 특정 원인 물질 및 발병 매커니즘을 알고 있더라도 실제로 임상 치료에 활용될 수 있는 약물이나 치료법이 개발되지 않으면 활용이 어려운 단점이 있는데, 이 때문에 표적 치료에서는 임상적 타당성(clinical validity)의 유무가 중요한 이슈가 된다.

⑷ 유전체 분석을 통한 질병위험도 예측

최근 안젤리나 졸리의 유전체 검사로 인한 유방 절제로 유명해진 사례가 바로 유전체 분석을 통한 질병위험도 예측을 설명하기에 가장 적절한 사례라고 생각한다. 유방암에 걸리지도 않은 그녀가 가족력과 유전자 검사를 통해 BRCA1 유전자 돌연변이를 보유하고 있다는 사실만으로 유방 절제술을 선택한 것은 정밀의학이 유전체 정보를 이용한 예방중심 의학임을 단적으로 보여주는 예이다. 정밀의학은 다양한 질병에서 유전체 분석을 통한 유전 정보를 바탕으로 특정 질병의 발병 가능성을 낮출 수 있는 치료 등 예방적 조치를 취할 수 있고 유전자 검사는 현재 임상의 다양한 분야에서 활용되고 있다. 심지어 이러한 질병위험도를 예측할 수 있는 데 대한 관심은 개인 유전체 분석의 수요를 늘려 해당 분야 산업의 발전을 촉진하였고 유전자 검사 및 그와 관련된 DTC 유전체 분석 사업이라는 새로운 산업 분야를 창출하는 등 정밀의학의 발전에도 많은 영향을 미치고 있다.

...................(계속)