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탐방

바이오이즈 “압타머로 유전자+단백질 정밀분석.. 美서 승부”

기사입력 : 2016-12-15 11:06|수정 : 2016-12-15 11:06
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바이오스펙테이터 조정민 기자

이달부터 美 휴스턴 ‘메모리얼 허만병원’에 제품 공급 개시, 올해 매출 22억원 예상

“시스템 생물학 혁신자(system biology innovator)의 역할을 하는 회사가 목표입니다.”

시스템 생물학은 인간 유전체 프로젝트가 완성되면서 시작된 학문이다. 하나의 생명현상은 단독적으로 발생하지 않고 많은 요인들이 복합적으로 작용해서 이뤄진다는 개념을 바탕으로 다양한 방법을 통해 얻은 생물학적 데이터를 종합, 연구해 총괄적인 네트워크를 형성하고 그 이해를 시도한다. 생물학적 데이터 연구를 위해서 중심원리(central dogma)에 따라 DNA, RNA, 단백질 각각을 분석하는 여러 바이오 기업들이 있지만 ‘바이오이즈’는 이 세가지를 동시 분석이 가능한 기술을 가진 바이오텍이다.

김성천 바이오이즈(Biois) 대표이사는 2000년 바이오 벤처업계에 뛰어든 17년의 경력을 가진 베테랑이다. ‘바이오 1세대’라 할 수 있는 김 대표는 큰 규모의 국가과제와 뉴프론티어 사업을 진행한 경험을 바탕으로 2013년 바이오이즈를 설립하고 한국 시장을 넘어 중국과 미국 시장으로의 진출을 눈앞에 두고 있다.

바이오이즈는 화학적 합성물인 압타머(Aptamer)를 이용해 유전자와 단백질을 동시에 분석할 수 있는 기술을 보유하고 있다. 압타머는 항원 특이적 결합이라는 항체의 특성과 핵산의 자가 복제 및 신호 증폭이 가능한 장점 모두를 가지고 있다. 이를 단백질에 적용함으로써 아주 적은 양의 표적 분자의 검출과 핵산 분석기술을 이용한 단백질 분석이 가능하다. 또한 고속 병렬 분석이 용이한 장점을 그대로 반영함으로써 진단 및 센서 분야에 활용성이 크다.

김 대표는 최근 바이오스펙테이터와 만난 자리에서 “한 방울의 혈액만으로 단백질과 핵산을 동시에 분석해 건강 진단 및 질병 진행 단계를 효율적으로 분석하고 관리할 수 있다”고 설명했다.

회사가 가진 기술력과 제품을 이용해 국내 시장뿐 아니라 중국, 미국 등 해외 진출도 적극적으로 진행하고 있다. 이달부터 미국 휴스턴의 ‘메모리얼 허만 병원(Memorial Hermann Hospital)’에 7대 암을 포함한 18종의 만성질환을 분석할 수 있는 바이오이즈의 제품이 공급된다. 이를 통해 바이오이즈는 올해 22억원의 매출을 올릴 것으로 예상된다.

◇압타머(Aptamer) 장점 이용한 플랫폼 기술

바이오이즈의 핵심 기술을 이루고 있는 압타머는 자체적으로 안정된 삼차구조를 가진 단일가닥 핵산으로 저분자화합물부터 단백질에 이르기까지 다양한 표적분자에 결합하는 높은 친화성과 특이성을 가진다.

1990년 콜로라도 대학의 래리 골드 연구팀에 의해 압타머 발굴 기술 ‘SELEX’가 처음 개발된 이후, 많은 표적 분자들과 결합하는 압타머들이 발굴되고 있다. 또 다른 말로 ‘화학적 항체(chemical antibody)’라 불리는 만큼, 압타머는 항체와 주로 그 특성이 비교된다.

항체는 분자구조가 크고 변형이 쉽지 않은 반면, 압타머는 아주 짧은 길이(20~60mer)로 구성된 작은 구조이고 여러가지 변형이 용이하다. 또한 안정성이 뛰어나 실온에서 보관 혹은 운반이 가능하고 멸균, 동결 이후에도 기능을 유지할 수 있다. 만약 변성이 일어난다고 해도 재생(regeneration)이 가능하기 때문에 장시간의 보관이나 반복적 사용에도 문제가 없다. 생산 방법 역시 화학적 합성 방법으로 생산하기 때문에 생물학적 합성과 달리 생산 과정의 편차치(variation)가 거의 존재하지 않고 짧은 시간에 많은 양을 생산하는 것이 가능하다.

초기 압타머 발굴 기술인 SELEX는 먼저 DNA 혹은 RNA를 이용해 다양한 형태를 가지는 핵산 집합체(library)를 만든다. 라이브러리 안에 존재하는 여러가지 후보 물질들 중 자신의 표적 분자와 결합한 핵산 구조체만을 선택적으로 얻어내고 결합하지 못한 것들은 세척(washing)을 통해 제거한다. 결합된 상태의 구조체를 분리한 다음 증폭시킨다. 이 과정을 10~15번 정도 반복하면 높은 친화적 결합력과 특이성을 가지는 압타머를 발굴할 수 있다.

바이오이즈는 SELEX를 개발, 발전시킨 Reverse-SELEX를 원천기술로 보유하고 있다. 기존의 SELEX 기술이 특정한 표적 분자가 존재하고 그에 결합하는 압타머를 찾아내는 기술이었다면 Reverse-SELEX는 질환 대상자의 혈청을 이용해서 고성능의 압타머 뿐 아니라 새로운 표적 분자까지 발굴이 가능하다.

예를 들어, 유방암 환자의 혈청을 핵산 라이브러리와 반응시켜 일반인과 비교했을 때 특이적으로 결합이 일어나는 압타머와 표적 분자를 발굴할 수 있다. 이 원천기술을 응용하면 단백질과 핵산을 동시에 분석해 신약 개발과 진단, 리간드 개발에 이용할 수 있다. 또한 타깃 적용에 따라서 다양한 파이프라인을 형성이 가능하다.

회사는 LPCR, N&PCounter, Aptabiochip(3rd biochip)등 3가지 분석 기술을 보유하고 있다. 단백질 분석 기술이지만 압타머를 접목시켰기 때문에 신호 증폭이 가능해 검출 농도를 임의로 조절이 가능한 장점을 가지고 있으며 N&PCounter의 경우에는 핵산, 단백질 뿐 아니라 세포도 타깃으로 분석이 가능하다.

각 기술은 표적 물질의 개수에 따라 선택적 사용이 가능하다. 김 대표는 “LPCR의 경우에는 타깃이 10여개 내외일 때 사용할 수 있으며 바이오칩을 이용한 BiosignTM의 경우에는 천 개가 넘는 표적을 검출, 분석할 수 있다”고 설명했다.

◇생체정보 생산부터 분석, 진단까지

바이오이즈는 간암, 폐암, 만성 간질환, 심혈관질환, 폐질환 등의 환자 혈액샘플과 대조군의 샘플을 이용해 약 3000여개의 사례 연구를 진행했다. 그 결과 각 질환에 특이적인 결합과 민감도를 가진 1149개의 압타머를 발굴했다. 이를 바탕으로 바이오칩을 개발했는데 형광 표지 마커인 Cy3, Cy5를 이용해서 염색된 정도의 비율 분석을 통해 혈액 내 특정 단백질의 양을 추측할 수 있다.

김 대표는 혈청을 이용한 기술을 개발한 이유로 “혈액은 온몸을 떠돌아 다니면서 각 장기의 특징을 대표하는 물질을 포함하고 있으며 미세한 차이가 존재한다. 이를 이용해서 암을 포함한 만성질환 18종을 한꺼번에 분석할 수 있는 콘텐츠 BioSignTM을 개발했다”고 설명했다.

▲BiosignTM 제품 사진 (제공: Biois)

▲BiosignTM 제품 사진 (제공: Biois)

BioSignTM은 혈액을 이용해서 18개의 질환을 스크리닝할 수 있는 체외진단 다중지표검사 키트(IVDMIA)로 암 진단 과정에서 불필요하게 수행하는 CT, MRI, 조직 검사를 대체해 시간과 비용을 절감할 수 있다. 검사 결과 정말 필요한 대상자에게만 고가의 검사나 신체에 부담이 되는 검사를 진행하게 하는 것이다.

회사 측은 폐암, 유방암, 간암, 췌장암 등 국가 암 검진 사업단이 선정한 7대 암과 심장혈관계 질병, 만성 간질환, 폐질환에 대해 질환 존재 여부의 스크리닝과 최적의 치료를 위한 동반진단, 예후 모니터링이 가능하다고 설명했다.

BioSignTM의 기술력과 효용가치는 해외에서 먼저 알아봤다. 유방암 검사 장비로 유명한 토모그래피(Tomograpy)의 개발자인 로즈 박사가 BioSignTM에 대해 큰 관심을 가졌고 이를 계기로 로즈 박사가 근무하고 있는 미국 휴스톤에 위치한 메모리얼 허만 병원에 12월부터 BioSignTM의 서비스를 제공하는 임상적 협업을 진행하게 됐다.

총 5만명에게 바이오이즈의 제품과 서비스가 환자를 선별하기 위한 목적으로 제공된다. 이 곳에서 서비스 제공 이후 발생한 데이터를 토대로 미국 체외진단다중지표검사 제품 허가를 신청하는 것도 가능하다.

바이오이즈의 가장 큰 경쟁력은 생체정보를 생산, 분석해서 데이터베이스를 구축할 뿐 만 아니라 이를 통해서 진화한 진단 시스템을 통한 정밀의료를 제공할 수 있다는 점이다. 생체정보를 분석해서 의료진의 의사 결정을 지원하고 더 나아가 데이터 베이스를 바탕으로 표준형이 결정되면 개인의 생체 정보를 대입해 암을 진단할 수 있다는 것이다.

김 대표는 “질병은 우리 몸의 DNA, RNA의 복제와 단백질이 합성되는 과정 중 어딘가에 문제가 발생해서 일어난다. 바이오이즈는 적은 양의 혈액을 이용해서 핵산과 단백질을 동시에 분석하는 기술을 가지고 있으며 의료 가치 체인(value chain)인 건강 및 질병 진행 단계를 효율적으로 분석하고 관리함으로써 가치를 극대화 할 수 있다”고 말했다. 또 “바이오칩을 넘어 NGS(next generation sequencing)을 기반으로 하는 진단 서비스를 준비하고 있으며 기술력 측면에서는 충분히 경쟁력이 있다”고 자신했다.

회사 측은 앞으로 다양한 질환의 진단 서비스를 개발한다는 계획이다. 이미 원광대 연구진과 진행한 루게릭 환자의 케이스 분석에서 예비 실험 결과가 유의미하게 나타났다고 전했다. 현재 루게릭 환자의 확진을 위해서는 대략 천 만원 가량의 경비가 소요되는 것으로 알려져 있다.

바이오이즈는 신약 개발과 관련, 높은 특이성과 반응성을 가진 압타머를 발굴하는 원천 기술을 바탕으로 암 세포에 특이적 결합을 이루는 압타머를 개발 단계에서 기술 이전하는 방향을 고려하고 있다. 이를 위해 다국적 제약사들과 정기적으로 만남과 협의를 계속하고 있다는 것이 회사 측의 설명이다.

김 대표는 “우리나라의 의료 정책상 기술 기반의 제품이 유통되기 어려운 상황”이라고 말하며 국내에 안주하지 않고 글로벌 시장 진출을 적극적으로 추진하고 있다고 전했다. 그 일환으로 미국의 나스닥 상장사 ‘나노스트링(Nanostring)’과 공동 연구 계약을 체결했으며 중국의 뉴 서밋 바이오파마(New summit biopharma; NSB)와 임상계약을 체결했다. 바이오이즈는 더 나아가 바이오이즈 USA를 설립해 파트너를 찾고 2018년 미 FDA의 510K(의료기기 허가)를 진행한다는 계획이다.

김성천 대표는 세계적으로 활발히 일어나고 있는 시스템 생물학의 변혁기에 우리나라는 국가 과제조차 없는 현실에 대해서 지적하며 기술을 통해 경쟁력을 키워 세계 시장에 도전해야 된다고 말했다. 의료시장의 50% 비중을 차지하는 미국 시장으로 성공적으로 진입하는 것이 바로 경쟁력이라고 설명했다. 바이오이즈가 미국 시장에 집중하는 이유다.

김 대표는 마지막으로 “바이오가 가지는 진정한 의미에 대해 의문을 가지고 탐구해 나가는 회사가 되자는 의미로 ‘바이오이즈’ 라는 사명을 지었다. 우리가 가진 기술력을 통해서 바이오가 진정 무엇인지를 알려주기 위해 노력할 것”이라고 전했다.

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