[헬스코리아뉴스 / 이충만] 전 세계를 강타한 코로나19 팬데믹은 결과적으로 생명과학 기술의 발전을 앞당겼다. 기존의 백신 개발 과정은 상용화되기까지 약 10여년의 기간이 소요됐지만, 업체들은 RNA 기술을 통해 백신을 짧은 시간에 생산 및 공급할 수 있었다.

환자에게 즉시 제공될 수 있는 약물 공급 및 커버리지 외에도 투자, 연구 활동, 혁신 수준은 각종 신기록을 쏟아냈다. 일례로, 미국 식품의약국(FDA)은 최근 4개월간 지난 5년의 기간 보다 더 많은 유전자 치료제를 승인하면서 정복이 불가능해 보였던 질병 치료 분야에서 새로운 가능성을 엿보게 했다.

업계는 과학기술과 정보통신기술(ICT)의 발전에 힘입어 앞으로 더 많은 난치성 질병을 정복할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

미국 바이오·제약 전문 정기간행물 드럭 디스커버리 앤드 디벨롭먼트(Drug Discovery and Development)가 최근 업계 전문가를 초빙하여 들어본 2023년 신약 개발 전망은 이런 가능성에 힘을 싣고 있다. 이들은 머신 러닝에서 오믹스까지 다양한 비전을 제시했다.

① 머신 러닝(Machine Learning, ML)

머신 러닝이란 인공지능의 한 분야로, 컴퓨터 프로그램이 데이터와 처리 경험을 이용한 학습을 통해 정보 처리 능력을 향상시키는 것이다. 기계 학습이라고도 불린다.

제약·바이오 업계에서 AI, 빅데이터, 머신 러닝은 이제 새로운 트렌드가 아니다. 이미 업체들은 이러한 기술을 활용하여 방대한 양의 분자 및 유전자 데이터를 선별하여 후보물질을 도출하는 등 혁신적 신약 개발에 나서고 있다. 이중 머신 러닝이 2023년에는 제약 분야에서 ‘대규모 쇼케이스’를 펼칠 것이라는 전망이 나왔다.

미국 바이오 의약품 위탁생산판매 전문업체 KBI 바이오파마의 시그마 모스타파(Sigma Mostafa) 수석 부사장은 “머신 러닝은 현재 후보물질 발견, 신약 개발 가속화에 기여하고 있다”며 “2023년에도 지속적으로 상당한 영향을 미칠 것”이라고 말했다.

미국 바이오 의약품 제조 전문업체 프로벡터스 알개(Provectus Algae) 크리스 피셔(Chris Fisher) 최고과학책임자는 “머신 러닝에 대한 접근성이 날로 높아짐에 따라 이를 활용하기 위한 바이오 벤처 기업들이 우후죽순 설립되고 있다”며 “이러한 환경을 바탕으로 2023년에는 대대적인 머신 러닝의 쇼케이스가 펼쳐질 것”이라고 예상했다.

② 그린 백신(Green Vaccine)

코로나19 팬데믹은 새로운 유형의 약물 개발에 대한 압력으로 작용하여 동물이 아닌 식물 기반 의약품 개발에도 큰 영감을 주었다. 최근 식물에서 유래된 일명 ‘그린 백신’이 캐나다 보건 당국의 승인을 받으면서 이목을 끌고 있다.

백신은 병원체에 감염되기 전에 인위적으로 인체에 해당 병원체를 주입해 체내 면역 체계를 활성화함으로써 질병을 미리 예방하거나 치료하는 약물이다. 전통적으로 유정란이나 동물 세포를 통해 병원체를 배양하여 인체에 주입했다. 하지만, 대량 생산이 어렵고 유통 및 보관도 까다로운 편이다. 현재 쓰이는 코로나19 mRNA 백신을 유통하려면 영하 20~70℃의 콜드 체인이 필요하다.

반면, 식물 기반 그린 백신은 비교적 저온 상태에서도 보관 및 유통 가능하며 바이러스성 유전 물질을 갖고 있지 않아 인체에 위험성이 동물 기반 백신 대비 낮은 편이다.

빌 브리지스(Bill Brydges) 미국 바이오 벤처 기업 필로슈티컬스(Phylloceuticals) 최고경영자는 “기존 동물 기반 의약품은 개발 도중 경제적 혹은 윤리적인 이유로 즉각적인 방향 전환이 불가능했지만, 식물 유래 플랫폼은 유연한 개발을 가능하게 한다”고 설명했다.

캐나다 보건부는 지난 2월, 캐나다 메디카고(Medicago)와 영국 GSK가 공동개발한 그린 백신 ‘코비펜즈’(Covifenz)를 코로나19 백신으로 승인한 바 있다. 투약 방법은 21일 간격으로 2회 근육주사하며, GSK의 면역증강제를 병용 투여해야 한다. 관련 임상 연구 결과, ‘코비펜즈’는 오미크론를 제외한 모든 코로나19 변이에 대해 71%의 면역원성을 입증했다.

③ mRNA 백신 대중화

코로나19 유행은 mRNA 백신을 대중에게 각인시켰으며, 앞으로 주류 백신으로 자리잡을 것이라는 전망도 나왔다. 시그마 모스타파 수석 부사장은 “생소한 개념이었던 mRNA에 대한 대중화는 시급한 공중 보건 위기에 대응하기 위한 각계와 정부에 걸친 협력의 공통 분모를 제시했다”며 “백신 출시를 위한 후보물질 도출, 약물 개발 및 제조, 규제 검토, 신속한 승인 제도 등 모든 과정이 일사천리로 이루어졌다. 이는 mRNA 백신의 대중화를 더욱 촉진할 것”이라고 밝혔다.

RNA 치료제는 표적 단백질을 발현시키거나 단백질 발현을 억제 또는 변경시키도록 설계된 치료제로, mNRA 치료제는 체내에 결핍되어 있는 단백질을 생산하도록 유도한다. 대표적인 치료제는 단연 코로나19 백신인 미국 화이자(Pfizer)의 ‘코미나티’(Comirnaty)와 모더나(Moderna)의 ‘스파이크백스’(Spikevax)가 있다.

④ 오믹스(Omics)

마지막으로 이들은 ‘오믹스’의 발견, 이를 기반한 표적 약물 개발의 폭발적 증가를 예측했다. 오믹스는 개별적인 유전자, 전사물, 단백질, 대사물 연구에 대비되는 총체적인 개념의 생물학 분야를 이르는 단어다.

시그마 모스타파는 부사장은 “오믹스 기반 신약 개발은 단편적으로 설명 불가능한 질병의 원인과 특정한 생물학적 경로를 명확히 짚어줄 수 있다”며 “질병 기전에 대한 가설 설립, 대상 선택, 표적 바이오마커 우선 순위 지정 등의 연구·개발 과정에 크게 기여할 것”이라고 말했다.

쉽게 말해 인간의 생물학적 기능은 개별 분야에 국한된 게 아닌 셀 수 없이 많은 세포들의 복잡한 상호작용에 의존한다. 따라서 여러 가지의 데이터를 이용하여 특정한 생물학적 현상과 관련된 모든 유전자, 단백질 등을 동시에 분석하는 연구가 필요한 것이다. 이에 오믹스 연구는 필연적으로 다중 오믹스 형태로 진행된다.

이같은 흐름은 1990년 중반부터 시작되면서 기존의 유전자 표적 항원 발견에 초점을 맞추었던 유전자 치료제 개발 방향도 생물학 전반에 이르는 오믹스 연구로 전환되었다.

이는 1990년대부터 본격적으로 시작된 유전자 치료제 개발의 서막과도 일치한다. 유전자 치료제 개발은 많은 실패와 좌절이 있었지만, 이제는 희귀 난치성 질환에 대한 완치 옵션으로 자리잡음과 동시에, 지난 수십 년간 이뤄진 의학 기술의 발전과 함께 더욱더 혁신적인 방향으로 나아가고 있다. 실제로, 미국 FDA은 최근 4개월간 지난 5년의 기간 보다 더 많은 유전자 치료제를 승인하면서 오믹스 연구 개발의 성과를 보여주었다.

크리스 피셔 최고책임자는 “2023년에 더 많은 오믹스 기술이 활용되면서 새로운 약물 후보물질 및 표적이 폭발적으로 증가할 것”이라며 “오믹스 기술은 머신 러닝 기술과 결합하여 더 이로운 시너지를 발휘할 것”이라고 예측했다.