바이오인

1. 개요

암은 매년 국내 사망원인 1위를 (대한민국 통계청자료, 2019) 기록하고 있고,  세계적으로도 심혈관질환에 이어 사망원인 1위를 차지하고 있는 난치성 질환 중 하나로서 해마다 계속 증가하는 추세에 있다. 지난 수십 년간 다양한 항암제가 개발되고 있으나 여전히 암으로 인한 사망률은 증가하고 있어 첨단 혁신 기술을 이용한 새로운 암 치료제의 개발이 절실한 상황이다. 1세대 항암제로 알려진   화학항암제는 직접 공격하여 사멸시키는 방식으로 정상세포에 대해서도 독성을 나타내는 심각한 부작용을 수반한다. 

이를 보완하기 위해 표적 단백질에만 작용해 암세포만을 선택적으로 공격함으로써 치료 효과를 나타내는 2세대 표적항암제가 개발되었다. 하지만, 표적항암제 또한 정상세포에 대한 부작용을 완전히 배제할 수 없고 암세포가 회피 능력을 획득함으로써 내성이 생겨 치료 효과가 떨어지는 문제점이 있다. 이에 3세대 항암제로 불리는 면역항암제는 인체의 면역체계를 활성화시켜 암세포의 사멸을 유도하는 항암 치료의 기존 패러다임을 바꾸는 혁신적인 치료 방법으로 생각되고 있다. 

면역항암제는 인체의 면역 체계를 강화하기 때문에 부작용이 적고, 효과가 광범위하며 면역 체계의 기억 능력을 통해 장기간 효과가 지속된다는 장점이 있다. 장기간 효과 지속, 장기 생존 가능, 폭넓은 항암효과 및 낮은 부작용을 장점으로 하고 있어 현재 항암제 시장은 면역항암제가 대세로 자리 잡고 있다. 기존 항암치료의 패러다임을 바꾼 면역항암제가 최근 글로벌 제약시장에서 크게 성장하고 있으며, 고부가가치 혁신제품으로 글로벌 제약기업들의 개발 경쟁이 치열한 분야이다. 글로벌 면역항암제 시장은 2017년 169억 달러에서 매년 23.9% 성장을 하여 2022년 758억 달러까지 성장할 것으로 전망되고 있다.

하지만 면역항암제 역시 이미 면역 체계가 많이 손상된 환자에게는 쓰기 어렵거나, 환자의 20% 정도만이 면역항암제에 대한 약효를 보인다는 문제가 제기되고 있고, 고형암에 대한 낮은 치료 효능과 부작용에 대한 한계점을 보완하기 위한 암종류·환자별 맞춤형의 고효율 융복합 면역세포치료 기술 개발에 대한 미충족 의료수요가 높아지고 있다. 특히 고령화 사회 진입 속도가 빨라지는 만큼 암 환자의 수도 증가하면서 효과적인 항암 치료 및 면역 최적화를 위한 혁신적인 치료 기술의 필요성이 두드러지고 있다.

본 원고에서 다루고자 하는 합성면역(synthetic immunology)은 합성생물학 기술을 면역학에 적용함으로써 유전적으로 면역회로를 합성하여 면역세포의 활성을 높이거나 면역물질 생성을 조절하는 기술이다. 특히 합성생물학은 자연 세계에 존재하지 않는 생물 구성 요소와 시스템을 설계·제작하거나 자연 세계에 존재하는 생물 시스템을 재설계하는 기술로서 유전자 합성의 획기적인 발전을 통해 합성생물학자들은 DNA 서열을 인위적으로 설계할 수 있게 되었다. 합성면역은 기존  면역세포 치료의 효능을 극대화하고, 사이토카인 방출 증후군과 같은 부작용에 대한 한계를 극복하여 암은 물론 감염병, 자가면역 질환과 같은 다양한 질환   치료제 개발에 활용할 수 있다는 장점이 있다(1, 2). 또한 합성면역기술은 한국생명공학연구원 생명공학정책연구센터에서 2021년 10대 바이오미래유망 기술에 선정된 바 있다. 

이에 본 원고에서는 효과적인 면역세포치료제 개발에 필요한 합성면역 기술을 소개하고 현재 진행되고 있는 국내외 연구개발 동향과 주요 이슈에 초점을 맞추어 설명하고자 한다.

2. 국내외 연구개발 동향

면역시스템(immune system)은 생물이 질병으로부터 자신을 보호하기 위해 구축된 방어 기작 체계이다. 면역시스템은 자기(self)와 비자기(non-self)를 구분할 수 있는 능력이 있다. 

일반적으로 자기(self)에 대해서는 면역반응(immune response)이 유도되지 않지만 비자기(non-self)에 대해서는 면역반응이 유도된다. 면역시스템은 다양한 질병의 징후를 감지할 수 있는 다양한 세포군으로 구성된다. 세균이나 바이러스와 같은 외부 병원균이 침투되었을 때 면역시스템은 이를 감지하여 세균을 죽이거나 세균에 감염된 세포를 죽이게 된다. 또한 면역시스템은 정상세포와 다른 암세포를 이상세포로 인지하고 공격하여 제거한다(3). 

우리 신체의 면역시스템은 선천면역(innate immunity)과 적응면역(adaptive immunity)과 같은 두 가지 방어 기전을 갖는다. 우리 몸에 침투한 병원균 또는 새롭게 생성된 암세포에 대해 비자기 항원의 분자 패턴을 인식하여 즉각적인 방어를 담당하는 선천면역에 관여하는 세포들로는 수지상세포(dendritic cell), 자연살해세포(NK cell), 대식세포(macrophage), 호중구(neutrophil) 등이 있다. 또한 특정 항원에 대한 특이적인 항체나 세포를 생성하여 기억하는 적응면역에 관여하는 세포들은 B 세포와 T 세포가 있다(4). 감염증이나 암을 제거하기 위해 효과적인 면역반응이 유도되기 위해서는 선천면역계와 적응면역계의 세포들이나 활성 분자들이 조화롭게 상호작용을 해야 한다. 이에 따라 지난 수십 년 동안 암 치료 전략으로서 면역세포의 활성을 유도하고 강화 시키려는 다양한 노력이 시도되고 있다.