차세대 신약 후보 ‘엑소좀’ 새로운 분석법 개발

세포외소포(extracellular vesicles, EVs)는 세포 간 통신, 면역 반응 조절, 조직 재생 등 다양한 생물학적 기능을 수행하는 중요한 물질로 인식되고 있다. 글로벌 세포외소포 시장은 2026년까지 320억 달러(약 40조 원) 규모로 성장할 것으로 예상했다. 세포외소포를 이용한 혁신 신약 개발은 매우 유망한 분야로 꼽힌다. 이러한 이유로 세포외소포는 질병 치료제 및 진단 도구로써의 잠재력을 지니고 있다. 치료 목적의 세포외소포의 경우 생체 내 분포는 시험물질의 표적 효과와 비표적 효과의 정도를 모두 결정할 수 있기 때문에 특히 중요하다.

그러나, 세포외소포의 생체 내 분포를 평가하는 기존의 방법들은 친유성염료, 방사선동위원소, 나노입자 등을 사용해 표지하는 방법에 의존하고 있으며, 이러한 표지 방법들은 세포외소포의 자연적인 생물학적 특성을 변경시킬 수 있는 잠재적인 단점을 가지고 있다.

예를 들어, 친유성 형광염색시약은 생체 내 반감기가 길어, 세포외소포가 분해된 후에도 잔류할 수 있으며, 이는 부정확한 정보를 제공할 수 있다. 방사선 동위원소 역시 비슷한 문제점을 가지고 있어, 세포외소포의 정확한 생체 내 분포 평가에 어려움을 초래한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 세포외소포에 어떠한 조작도 가하지 않고 생체 내 분포를 평가할 수 있는 새로운 분석 기술의 개발이 필요하다.

매력적인 차세대 신약 후보로 꼽히는 엑소좀 치료제를 안전하게 개발할 수 있는 새로운 분석법이 개발됐다. 전 세계적으로 아직까지 시판된 적 없는 엑소좀 기반 치료제의 임상에 과학적 근거를 제공한다는 점에서도 주목된다.

엑소좀(exosome)은 세포에서 분비되는 나노크기의 이중지질막 형태로 이뤄진 작은 소포체를 일컫는다. 본래 엑소좀은 세포외소포의 종류 중 하나이지만 신약개발 시장에서는 주로 엑소좀으로 불린다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 오송첨단의료산업진흥재단 조영우, 노영욱 박사 연구팀과 한국기초과학지원연구원 박혜선 박사, 조미영 연구원 연구팀이 공동연구를 통해 엑소좀의 정확한 생체 내 분포평가가 가능한 정량분석 방법을 개발했다고 밝혔다.

엑소좀 기반 치료제는 살아있는 세포에서 분비되는 세포외소포를 분리, 정제해 개발하는 첨단바이오의약품 중 하나로 치료제나 질병 진단 도구, 약물전달체 개발이 활발하다. 하지만 명확한 분석방법이 없어 전 세계적으로 임상시험 진입에 어려움을 겪고 있으며, 엑소좀 치료제가 시판된 사례도 전무하다.

임상시험 허가를 위한 필수 과정인 생체 분포 평가시 친유성염료, 방사선동위원소 등을 사용한 표지법을 기반으로 하는 영상 분석을 주로 사용하고 있으나, 이런 표지 물질이 엑소좀의 자연적인 생물학적 특성을 변형시키는 등 정확한 분석에 한계가 있었다.

연구팀은 엑소좀의 생물학적 특성을 유지하면서 생체 내 분포를 정확히 측정하기 위해 단백질이나 RNA를 이용한 분석에 집중했다.

먼저 엑소좀에 미토콘드리아 DNA가 존재함을 확인하고 이를 분석 대상으로 설정했다. 사람 세포에서 나온 엑소좀을 실험동물에 투여한다면 분석 대상이 명확히 구별될 수 있다는 의미이다.

연구팀은 이 같은 시험법에 따라 변형되지 않은 엑소좀을 검출하고 정량 PCR 방법으로 분석한 결과, 다양한 세포에서 분리된 엑소좀이 가진 미토콘드리아 양이 차이가 있음을 확인했다.

실제 설치류 꼬리 정맥에 투여한 엑소좀 생체 내 분포 평가에서는 투여 후 모든 장기에 걸쳐 광범위하게 분포하는 것을 검증하고, 기존 영상분석과 정량 PCR방법을 비교 분석해 시험법의 타당성을 입증했다.

조영우 연구원은 “이번 연구는 변형되지 않은 엑소좀의 생체 내 분포를 정확히 평가할 수 있어 엑소좀 기반 치료제 개발에 중요한 정보를 제공할 수 있다”며 “엑소좀 치료제 임상 승인을 신속하게 진행하는데 과학적 근거를 제공할 것으로 기대된다”고 밝혔다.