단백질은 수많은 아미노산이 연결되어 3차원 구조로 접히면서 세포 내에서 다양한 기능을 하는 물질로서 오늘날 가장 중요한 신약개발 타깃이 되었다. 유전자 이상이나 돌연변이로 인해 ‘질병 유발 단백질’이 세포 내에 만들어지면 암이나 여러 질환이 발생하기 때문에 이러한 단백질을 무력화시키는 다양한 기술이 개발돼 왔다.
그런데, 이런 ‘질병 유발 단백질’이 생성된 이후에 약으로 치료를 할 것이 아니라, 아예 만들어지기 못하게 하면 어떨까. 이러한 생각으로 만들어진 것이 바로 siRNA이다. small interfering RNA의 줄임말로서 한국어로는 ‘짧은 간섭RNA’정도가 될 것이다.
세포핵 내에 있는 유전자는 특정 단백질을 만들어내고자 할 때, 그 단백질의 정보를 담은 메신저RNA(mRNA)를 핵 밖으로 내보내고, 이 mRNA를 리보솜이 번역하여 단백질을 생성한다. 그런데, 어떤 mRNA가 ‘질병 유발 단백질’의 정보를 담고 있다면, 아예 이 mRNA에 결합하는 siRNA를 세포 내로 집어넣어 해당 단백질의 생성을 막을 수 있다. siRNA는 2006년 그 메커니즘을 밝혀낸 공로로 두 명의 과학자가 노벨상을 수상하기도 하였고, 현재 수많은 기업들이 siRNA치료제를 만들고 있을 정도로 효과가 입증되었다.
문제는 이러한 siRNA를 세포 안으로 들여보내 작용을 하게 만드는 것이 만만치 않다는 것이다. 오늘 소개하는 기업 ‘펩티르나 테라퓨틱스(Peptirna Therapeutics)’는 이러한 siRNA의 세포 전달을 위한 ‘펩타이드 전달 플랫폼’ 제조 기업이다.
siRNA가 세포 안으로 들어가기 힘든 이유는 siRNA가 음전하(-)를 띠기 때문이다. DNA, RNA를 구성하는 뉴클레오타이드(Nucleotide)는 기본적으로 음전하를 띠는데, 우리 세포막도 음전하를 띠고 있어서 통과하기가 힘들다. 펩티르나는 이 문제를 극복하기 위해 siRNA와 결합하는 펩타이드를 만들었다. 이 펩타이드가 양전하(+)를 띠고 있어 전체적으로는 중성인 복합체(complex)가 생성되어 세포 내부로 침투가 가능해진다.
하지만 ‘지질나노입자(Lipid Nanoparticle, LNP)’를 이용해서 이러한 복합체를 만들 수도 있다. 그러나, LNP는 그 구성에 대한 특허가 글로벌 바이오 기업들에 귀속돼 있어 해당 LNP를 쓰려면 많은 사용료를 내야 한다. COVID-19 백신으로 잘 알려진 모더나(Moderna)도 mRNA백신을 제작하면서 사용한 LNP 기술로 인해 ‘아버터스 바이오파마(Arbutus Biopharma)’로부터 2021년 대규모 특허 소송을 당해 패소하기도 하였다. 아울러, LNP는 그 구성이 매우 불안정하여 초저온 콜드체인이 있어야만 운송 보관이 가능하다.
이러한 문제 때문에 현재 글로벌 siRNA 치료제 개발기업들 대부분이 갈낙(GalNAC)이라는 물질을 siRNA에 결합시켜 사용하는데, 이 물질은 ‘간’세포 표면에 있는 특정 수용체에 강력히 결합되기 때문에 실제로 간 이외의 다른 세포로 치료제를 보내기가 힘들다. 그 결과, 현재 개발된 대부분의 siRNA 치료제들은 간질환 또는 간과 관련된 다른 장기들의 질환에 특화돼 있다.
또 하나, siRNA가 극복해야 할 문제는 세포 내로 투입됐을 때, siRNA를 둘러싸게 되는 엔도좀(endosome)을 탈출하기가 어렵다는 것이다. 펩티르나가 개발한 펩타이드는 엔도좀을 탈출할 수 있도록 설계되어 실제로 세포 내에서 작용이 가능하다고 한다. 펩티르나 김병일 대표는 “펩티르나의 플랫폼 ‘펩티셀플렉스(Pepticellplex)’는 LNP 사용의 복잡성 문제, 간 이외 조직에도 siRNA를 전달하는 문제, 엔도좀 탈출 문제를 종합적으로 해결한 것이 가장 큰 경쟁력”이라고 강조한다.
김병일 대표는 고려대에서 분자생물학 분야 석사를 마치고, 펩타이드 소재 개발연구에 13년 이상 매진해왔다. 그러다가 창업의 꿈을 품고, 그간 본인이 개발해온 펩타이드 기술을 바탕으로 siRNA 약물전달 플랫폼을 만들며 창업에 이르게 된 것이다.
현재 글로벌 시장에서 siRNA 치료제의 선두기업은 미국의 앨나일럼(Alnylam)인데, 이 회사의 주력 분야도 모두 간질환 분야이다. 그런데, 펩티르나의 약물 전달체 기술이 채택된다면 앨나일럼을 비롯해 siRNA치료제를 개발하는 많은 기업들이 펩티르나의 고객이 될 수 있다.
그러나, 이는 한국의 작은 바이오 스타트업이 이루기에는 너무 먼 이야기일 수 있다. 그래서 김병일 대표는 장기적인 플랜과 더불어 현실적인 초기 사업모델로 화장품 원료물질 전달체도 함께 개발하고 있다. 김 대표는 “요즘 각광받고 있는 화장품 원료 물질 중에 PDRN, NAD, 히알루론산, 콜라겐, ATP 등 다양한 물질이 있다. 이들은 모두 음전하를 띠고 있어, 펩티셀플렉스에 결합이 가능하며 부피가 20나노미터(nm)수준으로 작아져서 피부로 원료물질을 들여보낼 수 있다”고 말한다. 실제로 실험 결과가 긍정적으로 나오고 있어, 국내 굴지의 화장품 제조기업으로부터 제조 요청을 받고 있다고 한다. 만약 이 초기 모델이 성공한다면 그 자체로도 큰 사건이지만, 펩티르나가 중장기적으로 성장하는데 강력한 발판이 될 것이다.
수원에 위치한 펩티르나 사무실은, 비록 작지만 실험에 필요한 다양한 장비가 내실 있게 준비돼 있었고 실험도 끊임없이 이뤄지고 있었다. 기자가 김병일 대표를 만날 때마다, 늘 무엇인가 새로운 성과를 내고 있다는 점도 인상 깊었다.
이러한 이유로 와우파트너스는 펩티르나를 ‘와우넥스트 1기 기업’으로 선정하였는데, siRNA 치료제 시장의 확장성, 전달 플랫폼으로서의 성장 가능성, 초기 사업모델로서 화장품 원료물질 전달체를 개발하는 현실성과 성실성 등 다양한 요소를 감안하였다.
작은 기업이라고 해서 꿈이 작은 것은 아닐 것이다. 성장하고 있는 글로벌 siRNA 시장에서 한 챕터를 장식할 한국 바이오텍이 나오기를, 펩티르나를 바라보며 기대해본다.
펩티르나가 해결하려는 문제점이 무엇입니까?
저희가 해결하려는 문제는 거의 모든 RNA 치료제가 가지는 가장 큰 허들인 ‘세포 내로 약물을 전달하기 어렵다’는 문제점입니다.
그 중에서도 siRNA(small interfering RNA)는 질병 유발 단백질을 만들어내는 messengerRNA(mRNA)를 강력하게 억제함으로써 단백질의 생성을 원천적으로 차단하는 매우 좋은 물질이지만, DNA처럼 이중가닥으로 되어있어 상대적으로 큰 분자량을 가지고 있고, 세포막과 동일하게 강한 음전하를 띠기 때문에 세포막을 투과하여 세포 내로 들어갈 수가 없습니다.
siRNA는 매우 명확한 메커니즘을 가진 모달리티(modality)이지만, 실제 siRNA 치료제로 개발하기 위해서는 반드시 약물전달기술이 필요한 상황입니다.
어떤 방식으로 이 문제를 해결합니까?
siRNA가 세포막을 투과할 수 없는 가장 큰 이유가 분자량과 음전하 때문입니다.
저희는 이 문제점을 해결하기 위해서 siRNA와 반대로 양전하를 띠는 물질을 결합시켜 나노 사이즈의 입자 형태로 만들고자 했습니다.
저희가 보유한 세포투과성 펩타이드 설계 기술을 활용해서 siRNA와 자석처럼 결합할 수 있는(정전기적 결합) 부분과 나노 입자를 형성할 수 있는 부분을 각각 설계하여 스크리닝을 진행하였고, 그 중에서 가장 효율적으로 세포 내로 전달할 수 있는 약물전달플랫폼 기술을 확보하였습니다.
경쟁사 대비 경쟁력과 기술적인 장점이 무엇입니까?
현재까지 FDA에서 허가받은 siRNA 치료제의 전달체는 크게 2가지로, 지질나노입자(LNP)와 GalNAc을 결합한 GalNAc-siRNA 복합체(conjugate) 형태입니다.
먼저 지질나노입자에 사용되는 물질들은 그 특허가 대부분 미국기업 앨나일람(Alnylam)과 글로벌 제약사들이 가지고 있어서 이를 회피하여 만드는 것 자체가 거의 불가능합니다. 또한, 제조한다고 하더라도 초저온 콜드체인을 통해 유통해야 하고, 대부분 간 조직으로 약물이 전달된다는 한계점이 있습니다.
다음으로 GalNAc은 아미노당 유도체로서, 간 조직에 특이적으로 발현되는 ASGPR이라는 수용체에 galactose보다 50배 높은 친화도(affinity)를 가지고 있습니다. 이 때문에 siRNA를 GalNAc과 결합시키면 정맥투여가 아닌 피하투여만으로도 간 조직까지 약물이 전달될 수 있어서 대부분의 회사들이 GalNAc-siRNA conjugate 형태로 간 질환 치료제를 개발하고 있습니다.
저희는 독자적으로 개발한 펩타이드를 사용하기 때문에 특허 침해 이슈나 독성 발생 문제점이 거의 없고, 나노 입자형태이기 때문에 간 조직 이외에 다른 조직으로 패시브 타겟팅(passive targeting)을 통해 전달할 수 있습니다. 또한 저희 제품 표면에 항체 같은 특정 리간드(ligand)를 부착시켜서 원하는 세포나 조직으로 액티브 타겟팅(active targeting)을 할 수 있는 차별화된 약물전달플랫폼 기술입니다.
우리가 제공하는 제품/서비스는 무엇인가요? 현재 상태는?
저희 펩타이드 기반의 약물전달플랫폼의 특징은 크게 3가지로 볼 수 있습니다.
먼저 나노입자 형태로 평균 100 나노미터 이하의 사이즈를 보이고 있으며, 이런 특성으로 인해 빠르게 세포 내로 유입되어 siRNA를 세포질로 전달할 수 있습니다.
다음으로 펩티르나의 펩타이드는 양전하를 띠고 있어서 음전하를 띠는 siRNA와 자석처럼 붙는 정전기적 결합을 형성하므로, 동시에 2개 이상의 타겟 siRNA를 탑재하여 치료제의 효능을 극대화 시킬 수 있습니다. 실제로 ‘앨나일람’도 Gemini라는 약물전달플랫폼을 개발하여 동시에 다른 두가지 siRNA를 결합시킨 형태로 개발하고 있으며, 써나오믹스(Sirnaomics)도 나노입자에 2가지 siRNA를 탑재하여 글로벌 임상을 진행하고 있습니다.
마지막으로 저희의 펩타이드 말단에 특정 아미노산 작용기를 도입하면 siRNA와 결합된 나노입자 표면에 원하는 리간드를 부착할 수 있습니다. 이렇게 하면 원하는 세포나 조직으로 약물 전달이 가능해져 현재 간에 집중된 siRNA 치료제 개발의 문제점을 해결 할 수 있습니다.
펩티르나의 타깃 시장 크기와 핵심 타깃 고객은 누구입니까?
기존의 저분자 및 항체 치료제들은 이미 세포 속에서 생성이 된 ‘질병 유발 단백질’에 작용을 하는 기전입니다. 하지만 siRNA 치료제는 이러한 단백질이 발현되기 전 단계인 mRNA를 분해함으로써 원천적으로 단백질의 생성을 차단하기 때문에, 기존 치료제로는 치료할 수 없는 타겟(undruggable target)도 충분히 개발할 수 있다는 장점을 가지고 있습니다.
그동안 전세계적으로 다양한 연구를 통해서 질병과 관련된 유전자 및 단백질 정보들은 넘쳐나고 있으며, 이런 정보를 바탕으로 저분자 및 항체 치료제로 불가능했던 타겟을 siRNA 치료제로 개발한다면 글로벌 빅파마들은 관심을 가질 수 밖에 없습니다. 실제로 siRNA 치료제는 전임상 및 임상 1상 단계에서 1조 원 이상의 규모로 기술이전을 하는 사례가 많습니다. 그뿐만 아니라 siRNA의 명확한 메커니즘 때문에 간 이외의 조직으로 약물을 전달 할 수 있는 플랫폼 기술에 대해서도 큰 관심을 가지고 있는데, 2017년에 설립된 DTx pharma라는 기업은 CNS에 최적화된 siRNA 약물전달플랫폼을 개발하여 6년만인 2023년에 노바티스에 약 1조 3천억 원에 인수합병된 사례가 있습니다.
따라서 저희는 siRNA를 전달하는데 최적화된 펩타이드에 대한 지식재산권을 견고하게 만든 후 전임상 단계에서부터 관심있는 제약사 및 바이오 기업에 기술이전 및 인수합병을 고려하고 있습니다.
우리의 비즈니스 모델은 무엇입니까?
저희 약물전달플랫폼 기술은 기본적으로 siRNA 치료제로서 장기적인 방향성을 가지고 있으나, 초기 회사의 캐시카우를 확보하기 위한 전략도 필요합니다.
펩티르나의 펩타이드 결합체는 나노 사이즈로 만들어지기 때문에, 화장품 유효성분의 피부 전달 기술로도 활용되고 있습니다. 최근 화장품 업계에서는 새로운 유효성분의 개발보다는 이미 유효성과 안전성이 입증된 원료를 피부 속 깊이 전달할 수 있는 전달체에 더 큰 관심을 가지고 있는데, 저희 펩타이드 나노입자에 siRNA와 유사한 특성을 가진 활성물질, 특히 뉴클레오타이드 관련 원료를 탑재하여 피부 임상을 진행한 결과 좋은 효능을 나타내어서 이를 바탕으로 저분자에서부터 고분자까지 다양한 원료를 탑재한 제품을 개발하여 B2B 영업을 진행하고 있습니다.
이러한 피부 전달에 대한 효능을 시작으로, 피부와 눈과 같은 국소부위 전달을 통한 siRNA 치료제 개발을 앞당길 예정이며, 이후에는 암이나 자가면역질환과 같은 좀 더 파급력 있는 분야로 파이프라인을 확장해 나갈 계획입니다.
그 동안 우리 팀의 성과는 무엇입니까?
2023년 성균관대학교 창업중심대학에 siRNA 치료제 전달체 개발에 대한 사업화 과제가 선정되어 법인을 설립하였고, 2024년에는 경기창조경제혁신센터의 오픈이노베이션사업과 중소벤처기업부의 창업성장기술개발 과제에서 기술성을 인정받아 약물전달 플랫폼 개발 관련 R&D를 진행하고 있습니다.
2025년 현재 피부 전달 기술을 바탕으로 국내 최대 화장품 제조기업과 글로벌 브랜드사에서 원료 및 기술에 대해서 큰 관심을 보이고 있으며, 제약사 더마코스메틱 브랜드에도 영업을 진행하고 있습니다. 지금까지 총 8개의 유효성분을 탑재한 원료를 개발하였고, 올해 하반기부터 본격적으로 매출이 발생될 것으로 예상하고 있습니다.
펩티르나 팀의 경쟁력은?
저희는 펩타이드뿐만 아니라 다양한 유도체를 개발한 경험과 노하우를 가지고 있기 때문에, 그동안 남들이 하지 않았던 방식으로 펩타이드를 설계하여 바이오 신약 개발 분야에서 전도유망한 siRNA라는 약물을 세포 내로 독성이나 부작용 없이 전달할 수 있는 플랫폼 기술을 확보하였습니다.
또한 원하는 세포나 조직으로 전달 할 수 있는 리간드를 표면에 부착할 수 있는 기술도 확보하고 있기 때문에, 기존 약물전달체와 차별화 및 경쟁력을 가지고 있다고 생각합니다.
마지막으로 펩타이드는 상대적으로 안전해서 화장품 원료로도 많이 사용되고 있는데, 저희 플랫폼 기술이 siRNA 약물전달 뿐만 아니라 화장품의 유효성분 피부 전달 기술로도 활용하여 빠르게 수익을 창출 할 수 있다는 것이 초기 바이오 스타트업에서 큰 경쟁력이 될 수 있다고 생각합니다.
우리가 투자를 받아야 하는 이유 3가지!
첫째. 노벨 생리의학상을 받은 만큼 확실한 효능이 검증된 siRNA라는 물질을 효과적으로 세포 내로 전달할 수 있는 약물전달체 개발 기업으로, 신약 개발 회사보다 실패할 가능성은 낮고 성공할 가능성은 높습니다.
둘째. 현재 간(liver)에 집중된 siRNA 치료제 개발 시장에서 가장 큰 unmet needs인 간 이외의 조직으로 전달(extrahepatic delivery)이 가능한 약물 전달 플랫폼입니다.
셋째. 펩타이드와 siRNA를 화학적으로 결합시키는 방식이 아니라 자석처럼 결합시키는 방식으로 서로 다른 타겟 siRNA를 동시에 2개 이상 전달 할 수 있을뿐만 아니라, siRNA의 화학적 변형 없이도 바로 사용 가능해서 치료제로 개발하는 시간과 비용을 획기적으로 절감할 수 있습니다.
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