05_ 내 세포에 맞는 표적 치료법나의 DNA가 답을 알고 있다-단일세포 분석으로 본 정밀의료의 미래
2003년 중증급성호흡기증후군(SARS-CoV)으로 전세계에서 8,096명의 추정환자와 774명의 사망자가 발생했다. 지난 2015년엔 중동호흡기증후군(Middle East Respiratory Syndrome, MERS-CoV)로 국내에서 총 186명의 환자가 발생하고, 38명이 사망했다.
그리고 5년 후, 지난해엔 신종 코로나바이러스 감염증(Covid-19, SARS-CoV-2)으로 현재까지 224만 명이 사망하면서 전세계가 전염병과의 전쟁을 선포했다. 나날이 진화하는 바이러스의 원인 규명은 의료계의 숙명이 됐고, 그 방법론 또한 지속적으로 발전하고 있는 가운데, 외부 자극에 반응하기 위해 끊임없이 변화하는 면역세포의 이질성을 규명하고자 노력해왔다.
그 결과로, 국제학술지 ‘셀 리포트’에 ‘인간 코로나바이러스 진입 인자들의 단일세포 RNA 발현지도(A Single-Cell RNA Expression Map of Human Coronavirus Entry Factors)’ 가 공개되면서 바이러스가 세포에 침투하는 데 직접 작용하거나 중요한 역할을 하는 28개 유전자를 감별함으로써 세포단위의 감염에 대한 이해도와 환자 맞춤형 치료법 개발에 새로운 전기를 마련해 주었다.
단일세포 연구 현황
2011년 인간의 세포로 첫 단일세포 게놈 시퀀싱 분석의 길이 열리면서 단일세포 분석은 급속도로 발전하기 시작했다. 특히, 단일세포 RNA-시퀀싱 기술은 하나의 세포만을 조직에서 분리해 내 개별 세포 수준에서 전체 유전자가 발현되는 정도를 측정하게 된다. 이를 통해, 면역 세포 이질성 연구가 점점 고도화되고 이를 기반으로 단일 세포 프로파일링 기술이 발전하기 시작했다.
특히, 첸-주커버그 기금(Chan-Zuckerberg Initiative)과 미국보건원(NIH)의 지원을 받는 휴먼 셀 아틀라스(HCA, Human Cell Atlas)는 총 38개 팀과 전세계 200개가 넘는 랩을 후원하면서 단일세포 연구를 통해 세포단위의 인류의 해부학을 체계화하고자 노력하고 있다. 특히, 아시아 지역에선 ‘Asian Immune Diversity Atlas’라는 프로젝트 아래 6개국의 아시아 (중국, 일본, 한국, 인도, 말레이시아, 태국)을 중심으로 단일세포 연구가 진행되고 있다. 이 프로젝트를 위해 우리나라에선 ‘지니너스주식회사’ 박웅양 대표가 한국을 대표해 연구를 주도하고 있다.
현재 단일세포 분석 관련 임상데이터와 머신러닝을 활용해 정밀의료 및 신약개발 시장에 진입하는 기업 또한 지속적으로 증가하고 있다. 미국에 위치한 ‘Celsius Therapeutics’는 단일세포 분석기반 진단프로그램을 만드는 회사로, 단일세포 분석과 머신러닝 플랫폼을 활용하여 여러 대형 제약사 협업하고 있다. 작년12월에는 프랑스 대형 제약사인 ‘Sevier’와 공동연구 계약을 맺고 신규 대장암 약물 타켓 발굴을 위해 약 7억 달러의 계약을 체결하기도 했다.
스위스에 위치한 ‘Scailyte’는 지난 2017년에 설립된 단일세포 분석 데이터 기반의 바이오마커 발굴 및 싱글셀 분석 기반 진단 프로그램을 만드는 회사다. 본사는 취리히 공과대학에서 스핀오프 한 회사로 지난 2020년 ‘Nature’ 지에서 선정한 ‘The Spinoff Prize’의 파이널리스트 팀으로 선정되기도 했다.
이 외에도 단일세포 기술 기반 AI 스타트업 Immunai는 10x Genomics와의 공동연구를 통해 AI 기술을 활용해 면역 시스템의 지도를 만들겠다고 발표한 바 있다. 본 연구를 통해 10xGenomics가 보유하고 있는 임상데이터와 Immunai의 AI 기술력이 결합돼 새로운 치료법 개발 및 신약개발의 들어가는 시간을 크게 단축시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다.
국내에도 단일세포 분석 기반 시장이 성장하고 있는 추세이다. 지니너스의 경우, 단일세포 분석 기반의 고유 기술 플랫폼인 ‘Celinus’를 통해 실제 국내외 제약사와 공동연구를 통한 바이오마커 발굴 및 신약개발을 활발히 진행하고 있다.
단일세포 분석 시장 미래는?
단일세포 연구는 감염병 치료 분야에만 국한되는 것이 아니라 종양을 구성하는 단일세포의 이질성 분석을 통해 표적치료가 가능한 항암제 개발에도 적극적으로 활용되고 있다. 2018년 ‘Nature’지에 발표된 ‘Intra-tumour diversification in colorectal cancer at the single-cell level’의 연구결과에 따르면, 동일한 암에서 유래한 세포들이 항암제에 대해서는 서로 다른 반응을 보인다는 사실을 확인했다. 이렇듯 단일세포 연구는 기존 조직분석 방법에서 알 수 없었던 신체 내의 세포 이질성(Cellular heterogeneity)을 문서화함으로써 세포계보(cell lineage)를 확립해가고 있는 것이다.
한 사람의 세포는 보통 70조 개로 이루어져 있다고 한다. 현재까지 축적되고 있는 면역세포의 오믹스 데이터 및 AI 기술의 융합으로 후보물질 발굴 및 신약개발의 새로운 패러다임을 몰고 올 것이며 그 변화 가운데 정밀의료 기술 시장은 빠른 속도로 진화하게 될 것이다. <저작권자 ⓒ 후생신보 무단전재 및 재배포 금지>
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