신약개발 토대 명확화? ‘인간화마우스’ 발전 주목

인간 면역시스템 적용시 부작용↓ 안정적 분화 및 유지 가능성↑

신약 개발의 토대인 전임상 단계에서 명확한 효능을 얻기 위한 일환으로, ‘인간화마우스’ 모델의 발전이 가시화되면서 이목이 집중된다.

인간화마우스(Humanized Mouse Models)는 면역기능이 없는 상태의 마우스에 사람에서 채취한 세포나 조직을 이식함으로써 인간의 생체기능을 나타내는 마우스를 말한다.

즉, 마우스의 유전자를 조작해 인간의 면역시스템과 동일한 환경을 만들어 효과 및 부작용을 좀 더 명확하게 볼 수 있도록 만든 실험 모델이다.

충남대학교 약학과학 저널 35호에 게재된 ‘인간화마우스 모델의 최근 동향과 전망’ 논문에서 조동현 교수 연구팀은 “감염 질환, 자가면역 질환 등 질병을 연구하고 전임상 단계에서 약물의 효능을 확인하기 위해선 인간화마우스는 매우 중요한 도구이다”고 설명했다.

연구팀에 따르면 인간화마우스를 만들기 위한 첫 번째 조건은 적응 면역과 선천면역이 모두 결핍된 마우스가 필요하다. 인간의 세포를 마우스에 이식해야하기 때문에 이종간 거부반응을 막아야 한다.

IL-2 수용체 감마 체인 유전자 변이(NOG) 모델은 IL-2, 4, 7, 9, 15, 21 수용체 작용과 관련, NK세포 사멸 및 T와 B림프구의 재생산을 막을 수 있다. 

Rag2 유전자는 항원 수용체를 재조합하는 과정에서 필요한데, 이 유전자를 변이시킨 BRG 모델은 B 림프구와 T 림프구 사멸을 일으킨다.

최근엔 두 유전자 돌연변이를 조합해 식세포작용(phagocytosis)이 일어나지 않는 모델을 개발했다. 이는 방사선 저항이 높아 더 강한 방사선을 이용해 세포공간 개방(open niche)을 형성할 수 있고 인간 조혈모세포의 발달과 유지 능력이 높으며 인간 면역 시스템의 기능도 개선시켰다.

두 번째 조건은 효율적으로 세포 공간을 개방하는 것으로, 마우스 내에 있는 마우스 세포를 제거해 세포 공간을 만들고 인간 조혈줄기세포의 이식률을 증가시킨다. 주로 방사선 조사방법을 사용해 숙주 세포를 제거하며 이식된 인간 조혈줄기세포가 유지, 분화 측면에서 경쟁적으로 우위에 있게 된다.

무엇보다 인간 조혈줄기세포의 이식 후 분화가 크게 개선돼야 하는 점이 관건으로, c-kit(CD117)라는 분자를 이용한 연구가 가장 대두되고 있다. 

c-kit는 정상적인 조혈 과정에서 필요한 분자로, 마우스에서 이를 망가뜨리거나 항체를 사용해 차단하면 마우스에서 조혈작용이 감소하고 인간 조혈줄기세포 이식이 유의미하게 개선되는 것으로 확인됐다.

마지막으로 적절한 인간 사이토카인을 선택해 공급하는 것이 중요하다. 과거에는 사이토카인을 직접 주사하는 방식을 적용했지만 이는 비용이 비싸고 반복적으로 주사해야 하고 비생리학적 발현을 보이기도 했다.

가장 최근에 개발 된 마우스 내 인간 유전자 대체법인 녹-인(knock-in)기술은 시간과 노력이 가장 많이 소요되는 대신, 마우스 사이토카인 유전자처럼 조절 서열을 갖기 때문에 인간 사이토카인 발현 양상이 마우스의 발현 양상과 비슷해진다. 즉 생리학적 양상의 사이토카인을 안정적으로 공급할 수 있게 된 것.

연구팀은 “이 외에도 이식할 사람 세포와 조직을 얻는 것이 어렵고 기증자마다 차이가 있기 때문에 품질을 유지하기 위한 방법으로 유도만능줄기세포(iPSCs)를 이용한 연구도 나타나고 있으며, 유전성 면역질환을 연구하기 위해 유전질환을 갖는 인간화 마우스도 개발 중이다”고 전했다.

한편, 기업들도 인간화마우스 개발에 관심을 갖고 접근성을 넓히고 있다.

앱클론은 기존 CAR-T 세포 항암 치료제인 킴리아, 예스카타 등이 갖고 있는 단점과 한계점을 보이는 마우스 유래 FMC63 항체를 벗어나 새로운 항원결정기(epitope)를 갖는 인간화항체를 직접 개발, 이를 이용한 CAR-T 세포 치료체(AT101)의 전임상 단계를 진행하고 있다.

타코닉 바이오사이언스(Taconic Biosciences)의 면역결핍 마이스 모델 제품군은 다양한 인간 면역 세포의 생착 및 분화를 지원하는 NOG를 기반으로 주로 면역항암제 연구에 활용된다. 타코닉社는 2월 16일 생산을 유럽까지 확대한다고 밝혀 유럽 지역 신약 개발 연구자들의 항암제 연구의 접근 폭을 넓힐 것으로 예상된다.

오송재단은 2021년까지 오송재단 내 연면적 2300㎡, 지상 2층 규모로 대형무균클린부스, 생물안전3등급시설, 청정사육실 등을 갖춘 첨단동물모델평가동을 건립할 계획이다. 이번에 건립될 첨단동물모델평가동은 인간화마우스 등 첨단동물모델을 활용해 환자맞춤형 치료제 개발의 임상시험률을 높이는데 크게 기여할 것으로 기대된다.