피를 뽑아서 암을 진단한다. 그냥 들어도 멋진 이야기이다. 이러한 개념에서 출발한 액체생검(liquid biopsy)은 혈액이나 소변과 같은 체액에서 암을 진단하는 기술로서, 세포 조직을 직접 떼내어 검사하는 조직생검(tissue biopsy)과 대비되는 개념이다. 암 검사를 할 때 조직생검을 하면 좋겠지만 정확한 세포를 떼어내는 것이 만만치 않고, 또한 암 수술 후에 잔존 암세포가 있는지 확인할 때 매번 세포를 추출해야 한다면 환자의 고통이 이루 말할 수 없을 것이다. 폐암과 같은 경우는 폐 세포를 떼어낼 경우 폐에 상처가 생겨 큰 후유증을 겪게 되기도 한다. 이런 이유로 액체생검은 여러 한계에도 불구하고 지속적으로 성장하고 있는 기술이다.
액체생검은 주로 혈액 속에 떠다니는 cfDNA(cell-free DNA, 세포 유리DNA) 중에서 ctDNA(circulating-tumor DNA, 순환 종양DNA)를 검출하는 방식으로 종양 발생 가능성을 탐지한다. ctDNA는 암세포가 사멸하면서 혈액 속에 방출될 때 그 DNA 일부가 파편화되어 떠다니는 것인데, ctDNA에서는 암 환자에게서 자주 나타나는 돌연변이 유전자가 발견된다. 예를 들어, 우리 몸의 유전자 중 EGFR, K-RAS, BRCA1/2, BRAF 등의 유전자에 돌연변이가 생기면 암 발병 가능성이 매우 높아지는데 이러한 돌연변이 유전자가 ctDNA형태로 혈액에서 검출되는지를 판별하는 것이 액체생검의 중요한 목표다.
오늘 소개하는 기업 심플리바이오(simfliBIO)는 정밀한 유전자 돌연변이 검출기술로 암 동반진단, 미세잔존(암)질환, 조기진단 등의 시장을 개척하고자 하는 액체생검 전문 기업이다. 서울대학교 물리학과 생물물리분야 교수로 재직하고 있는 홍성철 교수가 2022년 10월에 창업하였으며, 카이스트 학사 졸업 후 서울대에서 홍성철 교수와 함께 이 분야 연구를 해온 강찬신 박사가 CTO를 맡고 있다.
ctDNA를 통한 암 진단은 쉽지 않은 기술이다. 무엇보다 ctDNA가 혈액 속에 극미량이 존재하기 때문에 검출을 하기 위해서는 정밀한 기술이 필요하고, ctDNA가 쉽게 검출되는 상황이라면 이미 암 진단이 내려졌을 가능성이 높기 때문이다. 특히, 항암 치료나 수술 이후에 특정 돌연변이 유전자가 신체 내에서 계속 발현되는지를 확인해야 이후 항암치료의 방향성을 결정할 수 있는데 이는 높은 정밀도를 가진 액체생검 기술이 있을 때 가능하다. 심플리바이오는 혈액 속의 ctDNA가 0.001%만 존재하더라도 유전자 돌연변이를 검출할 수 있는 새로운 액체생검 기술을 개발하였다. 즉, 10만 개의 cfDNA (cell-free DNA)중 1개의 ctDNA (circulating tumor DNA)만 있어도 검출이 가능하다는 것이다. 이는 기존 액체생검의 대세인 차세대염기서열분석법(NGS, Next Generation Sequencing)보다도 수백배 민감한 수준이다.
그럼 심플리바이오는 어떻게 이런 기술을 개발해냈을까. 2024년 노벨 생리의학상은 마이크로RNA(miRNA)의 세포 내 역할을 규명한 연구자들에게 수여됐는데, 아고노트(Argonaute) 단백질이 마이크로RNA와 결합한 뒤 단백질 생산에 관여하는 mRNA(메신저 RNA)와 상보적 결합을 통해 단백질 생산을 조절한다는 내용이 핵심이다. 홍성철 대표는 여기에서 영감을 얻어 마이크로RNA 대신 DNA나 RNA의 돌연변이를 일으킨 염기서열과 상보적 결합이 가능한 프로브(probe, 탐침자)를 제작하고, 프로브와 아고노트 단백질을 결합하면 이 물질이 DNA나 RNA의 돌변변이에 순식간에 결합한다는 혁신적인 결과를 도출했다. 이후 이 결과를 논문으로 발표하고, 특허로 출원한 데 이어 액체생검 기술로 발전시키고 있는 것이다.
그럼 심플리바이오의 기술이 의료현장에는 어떻게 적용될까. 홍성철 대표는 “암 동반진단과 미센잔존(암)질환 검사에서 우리의 기술이 중요한 역할을 할 것”이라고 말한다. 동반진단은 항암치료, 특히 표적항암제 치료를 할 때 매우 중요한데, 어떤 유전자 돌연변이가 암을 발생시켰는지를 알아야지만 정확한 표적항암제 치료가 가능하기 때문이다. 예를 들어, A유전자 돌연변이인지, 아니면 B유전자 돌연변이인지, 그도 아니면 두 유전자 모두에 돌연변이가 있는지에 따라 암 치료약제와 방법이 달라지게 된다. 심플리바이오는 0.001%의 정확도를 가진 돌연변이 유전자를 발견하는 기술로 환자에게 반드시 필요한 치료법을 찾아주고자 한다.
또한, 1차 항암치료나 수술을 마친 환자에게서는 ctDNA검출이 매우 어려운데, 그럼에도 불구하고 여전히 미세하게 잔존하는 암이 있는지를 확인해야 한다. 이것이 ‘미세잔존질환(MRD, Minimal Residual Disease)’ 검사인데 이 경우는 민감도와 정확도가 더더욱 높아야 하며 현재 액체생검 기술의 UNMET NEEDS(미충족 수요)로서 심플리바이오의 기술이 액체생검 분야에 꼭 필요한 이유다.
아울러 홍 대표는 “장기적으로는 암 조기진단시장에서도 췌장암, 대장암을 시작으로 성과를 내보이겠다”고 밝히고 있다. 심플리바이오는 이미 혈액 2ml만으로도 ‘마이크로RNA(microRNA) / ctDNA / 단백질 / 후성유전적 메틸화(Epigenetic Methylation)’ 등 4가지 바이오마커를 한꺼번에 검사할 수 있는 기술을 개발했기 때문에 조기진단 시장에서도 앞서나갈 수 있다고 홍 대표는 덧붙였다.
하지만 바이오 기술은 임상, 즉 검증이 중요하다. 심플리바이오는 과감하게 액체생검 분야의 글로벌 바이오텍인 ‘가던트헬스(Guardant Health)’ 제품과 심플리바이오 새로운 진단기술의 비교임상을 선택했다. 2025년 하반기에 가던트헬스의 비소세포폐암 진단키트인 ‘가던트360 (Guardant360)’과 비교임상을 시작하는데, 비소세포폐암 환자에게서 핵심적으로 나타나는 EGFR 유전자 돌연변이 진단에서 비열등성을 입증하고, 오히려 성능이 더 좋음을 증명한다는 야심찬 계획이다. 이후 이 결과를 내년 세계 3대 암학회 (AACR, ASCO, ESMO)에 발표하며 글로벌 바이오 시장에 진출하겠다는 것이다. 그리고 추후 췌장암, 대장암 등의 진단시장으로 영역을 넓혀갈 계획이다.
심플리바이오의 홍성철 대표는 2006년 서울대 교수 임용 때도 특별채용이 되어 화제가 될 정도로 그 능력을 인정받은 인물이다. 생물물리학 분야의 한 길로 매진하다가 분자수준의 정밀도를 가진 액체생검 기술을 개발하여 이제 글로벌 바이오 시장에 도전하고 있다. 홍 대표가 개발한 액체생검 기술은 모든 암종에 적용이 가능한 플랫폼 기술로 툴젠과 리가켐바이오와 같은 국내에 몇 안되는 바이오 분야 원천기술을 보유한 기업으로 평가된다.
와우파트너스는 기존 액체생검의 주류를 이루고 있는 PCR과 NGS를 뛰어넘는 정밀도와 신속성을 보여준 탁월한 기술력과 홍성철 대표를 비롯한 핵심멤버들의 전문성, 그리고 가던트헬스와의 비교임상을 통한 신속한 시장진입 가능성 등을 종합적으로 고려하여, 심플리바이오를 ‘와우넥스트 1기 기업’으로 선정하였다.
글로벌 바이오 진단 시장, 그중에서도 가장 중요한 영역인 항암진단 시장에서 세계적인 한국 기업이 탄생하기를, 심플리바이오를 보며 기대해본다.
심플리바이오 팀이 해결하려는 문제점이 무엇입니까?
액체생검은 혈액이나 소변 같은 체액으로 암을 진단하는 기술로, 환자가 덜 고통스럽고, 빠르게 암을 진단할 수 있는 방법입니다. 현재 암 조기 진단, 치료과정 모니터링 등 액체생검의 다양한 응용 제품 개발이 진행되고 있습니다. 특히 표적항암제 치료를 할 때 표적의 대상인 돌연변이 인자를 진단하는 동반진단 시장은 표적항암제 시장과 같이 성장하여 2032년 58조 원으로 성장할 것으로 예측되고 있습니다.
하지만 현재 액체생검에 널리 사용되는 기술인 PCR과 NGS는 다음과 같은 문제점이 있습니다.
첫째, PCR은 한 번에 하나의 유전자 변이만 검출 가능하여 다양한 암 변이를 동시에 분석하는 데 부적합합니다.
둘째, NGS는 다중 변이 검출은 가능하지만, 2주 이상의 긴 검사 시간과 고비용이 성장의 걸림돌입니다
여기에 더해 두 기술이 가진 치명적인 단점이 있는데, 0.1% 미만의 극미량 돌연변이 DNA 검출이 불가능하다는 점입니다. 0.1% 미만의 점 돌연변이 검출이 NGS로 어려운 이유는 아래 그림을 보면 이해하기 쉽습니다.
위 그림처럼, NGS는 염기서열을 처음부터 끝까지 시퀀싱(스캔)하는 방식으로 많은 양의 염기서열을 스캔해야 합니다. 이는 중합효소의 오류, 증폭 효율 편향, 즉 Wild Type(정상) DNA와 Mutant(돌연변이) DNA 의 경쟁, 배경신호 대 잡음 비의 혼란, 즉 돌연변이DNA가 극미량일 경우 증폭 신호가 배경 신호(Noise)에 의해 가려지는 문제 등을 유발합니다. 이런 이유로 기본 PCR과 NGS는 0.1% 미만의 점 돌연변이 검출이 불가능한 치명적인 단점을 가지고 있습니다.
심플리바이오는 어떤 방식으로 이 문제를 해결합니까?
앞에서 언급한 NGS는 DNA나 RNA의 염기서열을 처음부터 끝까지 시퀀싱(스캔)하는 방식으로 많은 양의 염기서열을 스캔하다 보니 분석 시간이 오래 걸리고 에러가 생기게 됩니다. 우리는 DNA나 RNA의 염기서열 중 돌연변이 부분만을 스캔하고 돌연변이 서열이 발견되면 마치 경보등이 켜지듯이 형광 신호가 켜져 바로 결과를 확인할 수 있도록 하였습니다. 또한 기존 방식으로는 불가능 한 형광 신호의 주기적인 깜박임으로 검출 정확도를 크게 향상시켰습니다.
이를 좀 더 기술적인 방법으로 설명하면, RNA 유도침묵 복합체, 일명 RISC는 아고노트 단백질과 짧은 염기서열인 miRNA가 결합된 형태로 miRNA와 상보적 염기서열을 가진 타겟 mRNA를 찾아 빠르게 결합하는 성질을 가지고 있습니다.
우리는 돌연변이 부분과 상보적 염기서열을 갖는 프로브(probe)를 제작하고 제작된 프로브를 아고노트(argonaute) 단백질과 결합시킨 복합체를 만들었습니다. 이 복합체는 돌연변이가 있는 표적 DNA를 찾아 빠르게 결합하며 형광을 발산하게 되며, 이런 방법으로 돌연변이를 정확하게 검출할 수 있었습니다.
우리의 기술은 빠른 시간 안에 매우 낮은 농도의 점 돌연변이 검출이 가능하며, 특정 위치에서의 지속적인 형광으로 기존 PCR과 NGS의 검출한계를 극복하였습니다.
경쟁사 대비 우리의 경쟁력과 기술적인 장점이 무엇입니까?
액체생검 중 동반진단은 염기서열분석을 통해 다양한 체세포성 암 관련 유전자 돌연변이를 동시에 검출하는 검사로서, 치료약제를 선택하기 위한 목적으로 시행됩니다. 제한된 혈액으로 여러 유전자 돌연변이를 검출하기 위해서는 PCR 보다는 NGS가 경쟁력이 있기 때문에 동반진단 시장에서는 NGS가 시장을 주도하고 있습니다.
하지만 NGS를 이용한 동반진단은 많은 양의 염기서열을 분석하다 보니 2주 이상의 긴 시간을 요구하고 있으며, 돌연변이 유전자의 검출도 0.1% 미만은 불가능한 상황입니다.
이는 액체생검이 가진 치명적인 단점으로 액체생검 시장이 커지고 있지 못하는 핵심 이유입니다
우리의 기술은 6시간 이내에 결과를 도출할 수 있을 뿐만 아니라 0.001% 미만의 유전자 돌연변이도 찾아낼 수 있는 정확도를 자랑합니다.
이는 액체생검 시장에서 현재까지 나와있는 기술 중 가장 빠르고 가장 정확한 기술이며 기존 PCR과 NGS 분석방법으로는 불가능했던 암 2기 환자의 동반진단과 더불어 미세잔존질환(MRD) 및 조기진단이 가능하게 됩니다.
우리가 제공하는 제품/서비스는 무엇인가요? 현재 상태는?
우리의 1차 파이프라인은 비소세포폐암의 동반진단입니다. 세계보건기구는 G7 국가의 비소세포 폐암 치료 환자수를 2020년 기준 515,010 명으로 추정하고 있으며, 2030년에는 591,780명으로 증가할 것으로 전망하고 있습니다.
이를 NGS 동반진단 비용(400만 원)으로 시장 규모를 추정하면 약 2조 원 규모입니다.우리의 비소세포폐암의 동반진단 서비스는 자제 개발한 검사를 개발한 검사실에서만 시행하는 실험실 개발 검사 (Laboratory Developed Test, LDT) 서비스를 통해 진행할 예정입니다. 이는 동반진단 서비스를 진행하는 회사들이 일반적으로 사용하는 방법입니다.
현재 우리는 비소세포폐암 환자 중 30~40%에서 관찰되는 EGFR 돌연변이 중 표적항암제가 개발된 50가지 프로브 제작을 완료하였고, 올 하반기에 서울대학병원, 서울삼성병원, 국립암센터와 함께 현재 비소세포폐암 동반진단 서비스의 80%를 장악하고 있는 가던트360 대비 비교우위 임상을 진행하고자 합니다.
비교우위 임상을 진행하는 이유는 PCR이나 NGS 방식이 아닌 새로운 기술을 액체생검 동반진단에 도입하는 경우, 해당 기술의 특성과 성능을 충분히 입증하는 것이 매우 중요하기 때문입니다. 분석적 민감도, 특이도, 정확도, 재현성 등을 철저히 검증하고, 기존 방식과의 비교 임상을 통해 임상적 유용성을 입증해야 LDT 서비스가 가능하기 때문입니다.
우리는 비교우위 임상 결과를 2026년 세계 3대 암학회에 발표하여 미국, 유럽 지역에서 당사의 기술을 적용하여 서비스를 진행할 전략적 동반자를 확보하는 방법으로 상용화를 진행할 계획에 있습니다. 이는 부족한 자본을 VC로부터 확충하여 상용화를 진행하기 위한 최적의 전략이라고 판단하고 있습니다.
미국에서 LDT 서비스를 진행하려면, 검사실을 구축하고 CLIA (Clinical Laboratory Improvement Amendments) 인증을 받아야 합니다. CLIA는 검사실 운영의 모든 측면(검체 수집, 품질 관리 절차, 결과 보고, 인력 자격, 교육 및 역량 평가 등)에 대한 품질 표준을 규정하고 있으며, 데이터의 생성 및 관리에 대한 품질관리 규정을 준수해야 합니다.
국내 제약회사의 품질관리 수준을 준수해야 한다고 생각하면 됩니다. 이를 위해 당사는 전략적 동반자와 함께 2026년 미국의 LDT 검사실을 구축하거나 인수(2025년 LDT의 규모에 따라 차이가 있으나 약 20억원의 인수비용 발생)하는 방식으로 시장에 진출할 계획에 있으며, 국내의 경우 자체적인 LDT 검사실을 구축할 계획이며 KFDA의 승인을 얻을 계획입니다.
따라서 당사가 진행하는 임상은 신약 개발에 필요한 임상과 달리 기존 제품 대비 비교우위를 입증하는 임상만을 진행하면 된다는 장점이 있습니다.
또한 프로브 제작 과정에서 당사의 점 돌연변이 검출 능력을 미리 확인할 수 있어 임상을 진행해 봐야 결과를 알 수 있는 신약 개발의 임상대비 상용화 가능성이 매우 높다는 장점이 있습니다.
우리의 타깃 시장 크기와 핵심 타깃 고객은 누구입니까?
앞서 설명 드린 바와 같이 비소세포폐암의 동반진단 시장 전체 크기는 약 2조 원으로 계산되고 있으며, 미국 시장에서 액체생검을 이용한 비소세포폐암 동반진단 시장의 80%를 장악하고 있는 가던트360의 연간 매출액은 약 8천억 원 규모입니다.
우리는 비소세포폐암 동반진단 이외에 대장암(CRC), 췌장암, 유방암 등의 동반진단 제품의 상용화나 췌장암 및 비소세포폐암 스크리닝 제품의 상용화를 계획하고 있으며, 관련한 검출 프로브만 제작하면 다양한 동반진단, MRD 진단의 상용화를 추진할 수 있습니다.
시장이 가장 큰 조기진단의 경우 대장암을 대상으로 상용화를 추진할 예정이며, 이는 기존 분변잠혈검사 대비 비교우위를 임증하고 건강보험 적용이나 국가암검사 적용을 통해 시장에 진출할 예정에 있습니다.
우리의 비즈니스 모델은 무엇입니까?
우리의 동반진단 서비스는 우선 LDT 검사를 통해 시장에 진출할 계획에 있습니다. 이는 개발한 하드웨어와 진단키트를 판매하지 않고 당사 검사실에 맞춰 제작하고 서비스를 진행하므로 당사 서비스의 상용화에 매우 유리합니다.
이는 기존 PCR이나 NGS 장비처럼 상용 제품을 만들 필요가 없으며, LDT 검사실에 전반사 형광현미경을 구축하면 됩니다. 진단키트 역시 상용화 제품을 만들 필요 없이 검사실에서 자체 제작하며 사용하여도 문제가 없습니다. 이는 기존 혁신 기술들이 제품화에 어려움을 겪어 상용화가 길어지는 단점을 쉽게 해결할 수 있습니다.
이후 시장의 성장에 따라 하드웨어와 진단키트를 상용화하여 외부에 판매하는 방식으로 시장 규모를 확대할 계획도 있습니다.
그 동안 심플리바이오 팀의 성과는 무엇입니까?
2025년 5월 현재 당사는 100% 당사의 기술로 진단장비인 전반사 형광현미경과 진단키트 분석 프로그램을 개발한 상태입니다.
진단장비의 경우 현재 수동으로 작동하고 있으나, 다중검출 시스템을 위해 향후 자동화가 필요한 상태입니다. 이번 투자유치 이후 전문인력을 보강하여 자동화 시스템을 구축할 계획입니다.
또한 앞에서 설명 드린 바와 같이 혈액 속에 존재하는 점 돌연변이 DNA가 0.001% 이상만 존재한다면 정확하게 이를 검출할 수 있는 능력을 보유하고 있으며, 관련 특허를 확보하고 이를 논문으로 검증하였습니다. 현재는 비소세포폐암에서 가장 많이 발견되는 EGFR 돌연변이 프로브를 제작하고 있습니다. 프로브 제작과 검증은 올해 5월 말에 마무리되었으며, 프로브와 진단 프로토콜을 최적화하는 데 2~3개월 정도가 소요될 것으로 생각됩니다. 이후, 가던트 360 대비 비교우위 임상을 진행할 수 있을 것으로 예상하고 있습니다.
심플리바이오 팀의 경쟁력은?
대표이사인 홍성철과 CTO인 강찬신은 당사의 기술 개발을 주도한 사람으로 액체생검 분야에서 기존에 없던 새로운 기술을 제시하고 있습니다.
홍성철 대표는 2006년부터 현재까지 서울대 물리학과 교수로 재직하면서 단일분자 생물 물리학에 관한 연구를 지속해 왔으며, 액체생검 분야에서 세계 최고의 기술력을 가지고 있다고 자부합니다.
강찬신 박사는 KAIST 학사 학위 취득 후 석박사 과정 동안 홍성철 대표와 같이 본 기술의 연구개발을 같이 해 왔으며, 현재는 EGFR 프로브 제작을 주도하고 있습니다.
올 8월부터 당사의 COO로 합류할 김경원 박사는 분자면역학 박사로 지금까지 국내 바이오 스타트업에서 13년 동안 동반진단 패널 개발과 인허가 업무를 총괄한 전문가로 당사의 국내 KFDA 인증과 CLIA 인증에 필요한 당사 검사실 품질관리 업무를 총괄할 예정에 있습니다.
이외에 당사 CSO로 활동 예정인 박창원 박사는 홍성철 대표와 서울대 동기로 KAIST에서 분자유전학 박사 학위 취득 후, 일루미나코리아, 아벨리노랩 등에서 연구개발 및 세일즈를 담당한 이력을 보유하고 있으며, 당사의 전략적 동반자를 확보하는데 역량을 발휘할 예정입니다.
우리가 투자를 받아야 하는 이유 3가지!
첫째. 당사는 시장의 패러다임을 변화시킬 원천기술을 기반으로 상용화를 준비 중인 스타트업으로 일반 신약 스타트업과는 달리 실패 가능성이 현저히 낮고, 상용화 성공 시 시장을 주도할 수 있는 기업으로 성장 가능하다는 점입니다.
둘째. 2025년 하반기에 진행할 비교우위 임상 결과가 기대한 만큼 좋은 결과가 나올 경우 다국적 기업과의 L/O이 바로 가능하고, 투자자들이 원할 경우 바로 EXIT이 가능하다는 것입니다. 현재 액체생검 분야는 동반진단의 민감도와 특이도를 높일 수 있는 기술이나 MRD가 가능한 기술들에 다국적 제약사들이 적극적으로 투자하고 있어 당사의 기술을 이들 다국적 기업들에 소개할 수 있다면 쉽게 L/O이 가능할 것으로 판단하고 있습니다. 따라서 우리는 이번 투자유치 이후 임상과 다국적 제약사들의 접촉에 우리의 역량을 집중할 계획입니다.
샛째. 우리가 다음 스텝으로 진행하고자 하는 비교우위 임상은 일반 신약 임상과는 달리 거대한 자금이 소요되는 임상이 아니며, 신약 임상이 임상을 진행해봐야 결과를 알 수 있는 것과는 달리, 우리의 비교우위 임상은 임상 전 프로브와 진단 프로토콜 최적화를 통해 임상 결과가 예측 가능하다는 점입니다. 이는 우리의 기술이 기존 바이오 스타트업들의 상용화 실패 가능성과 차별화되는 점입니다.
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