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[이데일리 김진호 기자]세포에서 직접 생성되는 ‘엑소좀(exosome, 소포체)’이 차세대 약물 전달체로 활용될 가능성이 높아지고 있다. 엑소좀 치료제 시장을 선점하기 위해 국내외 바이오 벤처가 치열한 기술 개발 경쟁을 펼치고 있다.

세포 내 소기관 중 하나로 차세대 약물 전달체로 떠오르고 있는 ‘엑소좀’(exosome, 소포체). (제공=위키피디아)

최초 발견 후 40년, 엑소좀 빛 보나

엑소좀의 존재는 약 40여년 전인 1983년에 처음으로 확인됐다. 당시 로즈 존스톤 캐나다 맥길대 생화학과 교수 연구진이 국제학술지 ‘셀’을 통해 미성숙 적혈구 속에서 작은 소포체가 존재하는 것을 확인했다고 밝혔다. 4년 뒤 존스톤 교수는 약 100㎚(나노미터, 1㎚는 10억분의 1m) 내외의 크기로 이뤄진 이 소포체를 엑소좀이라 명명했다.

이후 세계 여러 연구진이 엑소좀의 종류나 세포 내 신호전달과 같은 기능들이 속속 확인하는데 성공했다. 그 결과 체내 세포에서 유래한 엑소좀은 전달률이 높고 부작용이 적어 안전성이 높은 것으로 알려졌다.

최근에는 암세포 내에서 엑소좀이 작용하는 생물학적 원리가 자세하게 밝혀지기 시작했다. 2020년 벨기에 그렌트대 연구진이 ‘저널 오브 엑트라셀룰러 베지클’에 발표한 전립선암 내에서 벌어지는 엑소좀의 신호 전달 환경을 총체적으로 규명한 연구가 대표적이다. 항암 면역 치료제 시장에서 엑소좀 전달체가 효과를 발휘할 것이란 전망이 나오는 이유다.

미국 시장 조사기관 데이터브릿지마켓리서치는 글로벌 엑소좀 치료제 시장이 2021년 약 14조원에서 매해 21.9%씩 성장해 2026년에는 약 38조원 규모에 이를 것으로 전망했다. 지난 2월 한국생명공학연구원과 한국과학기술정보연구원 등도 엑소좀 기반 약물 전달체 기술을 올해 10대 바이오 분야 미래 유망기술 중 하나로 선정한 바 있다.

엑소좀 신약 후보 3종 임상 中, 美 ‘코디악’이 가장 앞서

현재까지 시판 허가된 엑소좀 치료제는 없다. 다만 미국 코디악 바이오사이언스(코디악)가 세 종류의 엑소좀 신약 후보물질을 발굴해 최전선에서 신약개발을 주도하고 있다.

코디악은 자사의 면역세포 활성 유도제를 탑재한 엑소좀 신약 후보물질 ‘exoSTING’을 개발해 2020년 10월 세계 최초로 임상 1/2상에 돌입했다. 또 피부형 T세포 림프종 환자를 대상으로 인터류킨(IL)-12를 표면에 발현시킨 ‘exoIL-12L’의 임상 1상도 진행하고 있다.

회사 측은 지난해 12월 미국 식품의약국(FDA)로부터 면역세포의 일종인 대식세포에서만 선택적으로 STAT6이라는 신호전달 체계의 작동을 멈추게 하는 ‘exoASO-STAT6’의 임상 1상 시험계획을 승인받았다. 당시 더글라스 윌리엄스 코디악 대표는 “exoASO-STAT6는 최초로 전신 투여가능한 엑소좀 치료제로 개발 중인 후보물질이다”며 “암세포 특이적으로 전사인자를 침묵(knock-out)시켜 면역항암 효과를 나타내도록 만든 물질”이라고 설명했다.

미국 코디악바이오사이언스가 엑소좀 기반 신약 후보물질 3종을 발굴해 임상을 진행하며, 관련 신약개발을 주도하고 있다.(제공=코디악 바이오사이언스)

코디악과 쌍두마차를 이루고 있는 영국의 에복스 테라퓨틱스(에복스)는 2020년 미국 일라이릴리(릴리)와 뇌나 간 등을 타깃하는 단백질을 엑소좀에 발현시켜 전달하는 약물을 공동개발하고 있다. 이를 위해 당시 릴리는 계약금과 로열티를 포함해 총 12억 3000만 달러를 에복스에 지급하는 기술이전 계약을 체결했다.

현재 에복스는 릴리(1건)와 일본 타케다 제약(2건) 등과 엑소좀 치료제의 공동 개발을 수행 중이며, 추가로 5종의 엑소좀 치료제 신약 후보물질을 발굴해 전임상 등 자체 연구를 진행하고 있다.

업계 관계자는 “글로벌 제약사(빅파마)가 엑소좀 관련 바이오 벤처를 물색하는 작업을 시작한 지 오래다”며 “가능성있는 물질을 발굴하거나 관련 원천 기술을 확보한 바이오 벤처로부터 기술을 수혈해 엑소좀 치료제 시장을 선점하려는 것”이라고 말했다.

단독+협력 등 국내 바이오 벤처 투트랙 생존 전략

2010년대 중반부터 출현하기 시작한 국내 엑소좀 전문 바이오 벤처들은 자체 개발 또는 기존 제약바이오 기업과 협력하는 투트랙 전략을 펼치고 있다.

2015년에 설립된 일리아스바이오로직스(일리아스)는 최근 호주 인체연구윤리위원회(HREC)에 항염증 신약 후보물질 ‘ILB-202’의 임상 1상을 신청했다. ILB-202는 항염증 단백질을 탑재한 엑소좀이다.

이 외에도 회사 측은 대사질환성 암의 유전자를 타깃하는 항체를 탑재한 엑소좀과 중추신경계의 혈액뇌관문을 통과하는 분자를 결합시킨 엑소좀 등을 발굴하는 연구를 수행하고 있다. 일리아스가 자체 연구개발 전략으로 엑소좀 치료제 개발을 시도하고 있는 셈이다.

반면 엑소좀플러스와 엑소스템텍 등은 협력모델에 기반해 사업 영역을 확장하고 있다.

먼저 엑소좀플러스는 지난 4일 줄기세포 재생치료제 전문기업 메디포스트(078160)와 협약을 맺고 줄기세포 기반 엑소좀 치료제를 공동 개발한다. 회사 측은 2018년 설립 후 4년 만인 올해 초 업계 최초로 식품의약품안전처로부터 엑소좀 분리 키트를 승인받았다. 엑소좀플러스가 엑소좀 분리 기술에 특화된 기업이란 얘기다. 이번 협약을 통해 메디포스트가 만든 줄기세포가 엑소좀을 생산하면, 엑소좀플러스가 이를 분리한 다음 치료제로 개발해 시너지를 낸다는 계획이다.

엑소스템텍도 지난 5일 휴메딕스(200670)와 엑소좀 치료제 공동 연구를 위해 손을 맞잡았다. 2016년에 설립된 엑소스템텍은 줄기세포 엑소좀 기반 퇴행성 관절염과 간 섬유화 관련 치료제를 각각 발굴해 전임상을 진행 중인 것으로 알려졌다. 업계 관계자는 “아직은 국내 엑소좀 신약 개발이 초기 단계 수준인 곳이 많지만, 원천기술은 해외 업체와 비교해도 뒤쳐지지 않는다”며 “협력모델을 통해 각각의 회사가 가진 장점을 융합하면 보다 특화된 엑소좀 치료제 개발에 속도를 낼 수 있을 것”이라고 말했다.

한편 지난 2월 엑소좀 산업 발전을 위해 엑소좀산업협의체가 출범했으며, 현재 일리아스와 엑소좀플러스, 엑소스템텍을 비롯한 총 21개사가 회원으로 등록돼 활동하고 있다.