세포내 전달
벡터활용 DNA·RNA 세포내 전달 벡터 수송체 타깃 전달 유효·안전성 관건 RNA 치료제 3상 중 … 임상개발 가장 진전 歐美 개발 활발·아시아지역 성장 기대
2008-07-18 정은선
지난 20년간 in vitro 세포내 바이오물질 전달은 놀라울 정도의 발전을 거듭해왔다. 지금까지 발전된 연구결과물을 실제 사용될 수 있는 치료제로 전환하기 위한 노력도 계속되고 있다.
현재는 바이러스 벡터를 활용하는 방식이 보편적이지만 非바이러스 수송체를 활용하면 핵산(nucleic acid) 및 단백질을 효과적으로 전달하며 새로운 치료제 및 바이오제조 약물군 개발에 새로운 관점을 제공할 수 있다.
바이오물질을 세포에 도입하는 것은 생물학 연구에 있어 핵심기술이다. 핵산을 진핵생물 세포에 도입하는 트랜스펙션(transfection)은 세포 및 분자생물학, 유전자 기능 및 조절 연구, 약물타깃 확인 및 입증 등 여러 분야에서 발전을 가능케 했다. 단순하지만 복잡한 개념에 기반한 이 방법은 또한 유전자 치료제와 DNA 백신과 같은 핵산 치료제의 기반이기도 하다.
트랜스펙션은 오랫동안 연구에서 널리 활용돼 온 기본 툴이다. 세포에 DNA를 도입하는 것은 대부분 실험실에서는 일상적인 일이 됐는데 mRNA(messenger RNA), siRNA(small interfering RNA), micro RNA, shRNA(small hairpin RNA) 및 antisense oligonucleotides 등과 같은 다른 바이오물질을, 특히 합성 트랜스펙션 시약(reagent)을 써서 상당히 유효한 정도로 전달하는 것도 가능하다.
양성 중합체 PEI(polyethylenimine)와 같은 보편적 수송체를 통한 전달 메커니즘은 크게 흡수, 세포질내 전달, 핵수송(nuclear import)의 여러 단계로 구성된다<그림1 참조>.
또한 최근까지 개발된 바에 따르면 유전자 산물 및 신호경로 연구의 새로운 방법으로서 살아있는 세포에 단백질 및 항체 전달도 가능하다. 트랜스펙션 방식은 널리 사용되고 있지만 적응증 및 전달대상인 바이오물질에 따라 적절한 해답을 제시하도록 계속 진화해왔다.
또한 요구될 시에는 세포진입<그림 2>, endosomes에서 방출, 핵수송 등 여러 어려움을 극복할 수 있어야 한다.
트랜스펙션은 빠르게 바뀌는 기술인만큼 기본세포를 포함해 다양한 세포 유형 활용 및 치료잠재력이 있는 새로운 핵산 및 다른 바이오물질 활용이 늘어나고 있어 기존 기술에 상당한 변화가 요구되고 있다.
더욱이 연구자들의 요구가 증가해 새로운 발달이 촉진되고 있다.
유전자 치료제
▶▷ 바이러스 기반 벡터 활용 보편적 … 안전성 문제
환자의 질병을 치유하거나 임상적 상태를 향상시키기 위해 기능을 지닌 유전물질을 전달하는 방식이라 정의되는 유전자 치료제(gene therapy)는 안전하고 효율적인 전달체계를 활용, in vitro 트랜스펙션에 비해 복잡한 수준을 더해 치료 DNA를 특정 기관 세포의 핵에 전달되도록 하는 것이다.
바이러스 기반 벡터(viral-based vectors)는 자연적으로 숙주세포를 감염시켜 복제시키므로 DNA를 세포에 전달하는 본래적 능력 때문에 지금까지 집중적으로 활용돼왔다. 이러한 벡터들은 관심 유전자를 함유하는 복제불능 바이러스와 같이 유전적으로 변형된 바이러스로 구성된다. 가장 보편적으로 사용되는 벡터로는 retroviruses, adenoviruses, adeno관련 viruses, vaccinia viruses, pox viruses가 있다.
현재 진행 중인 유전자치료제 임상시험의 약 68%는 바이러스 벡터에 해당된다<그림3 참조>. 이는 부분적으로 바이러스 벡터가 세포에 형질을 도입하는 효율성과 유전자도입(transgene)의 장기간 발현 잠재력 때문이라 할 수 있다.
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