2020-21년에 증가했던 국내외 바이오 투자는 2022년에 들어서면서 주춤하다. 특히 국내 바이오 투자는 이전에 급격하게 증가했던 만큼 빠르게 감소하고 있다. 이와 대조적으로 글로벌 바이오 업계에서는 계약 건이 감소하기는 했으나, 여전히 큰 규모의 투자가 이루어지고 있다. 본 리포트에서는 새로운 모달리티(modality)로 각광받는 유전자치료제와 세포치료제를 중심으로 2022년 상반기에 이루어진 투자를 정리해본다. 회사 인수, 그리고 모습을 드러낸 지 얼마 안 된 바이오 스타트업(start-up)에 대한 초기 투자를 통해 어떤 회사, 기술, 플랫폼, 그리고 전략이 떠오르고 있는지 살펴보고자 한다.

단백질의 구조와 기능을 분류 및 예측을 하고 효과적인 디자인을 하는 것은 생명과학과 제약분야에서 중요한 문제이다. 하지만, 단백질의 서열에서 3차원 구조를 예측하는 것은 인간이 수행하기에 대단히 복잡하여 단백질의 효과적인 설계 및 이용에 제한이 있었다. 따라서, 단백질의 특징을 기계학습을 통해 해결하려는 연구가 진행 중이다. 이런 과정의 가장 중요한 첫 단계는 단백질 서열을 기계가 학습 가능한 형태로 바꾸는 임베딩(embedding)이다. 효과적인 임베딩은 기계학습 모델에 영향을 주는 요소이며 어떻게 서열을 임베딩 할 것인가는 중요한 연구테마이다. 이번 동향리포트에선 단백질 서열을 디지털화하는 것을 크게 아미노산 인코딩과 단백질 서열 임베딩으로 나누었다. 아미노산 인코딩에선, 단백질의 물리화학 및 진화적 특징들을 어떻게 인코딩화 했는지를 소개한다. 다음으로, 단백질 서열 임베딩에선 자연어 처리(Natural language processing)에 사용되는 준지도 학습(semi-supervised learning)이 어떻게 적용되는지와 학습 및 평가에 사용되는 데이터를 소개하고자 한다.

미토콘드리아는 세포의 호흡 및 에너지 대사에 필수적인 소기관이다. 미토콘드리아 내 존재하는 mtDNA에 돌연변이가 발생하면 세포의 호흡 및 에너지 대사에 결함을 초래한다. mtDNA 돌연변이가 원인이 되는 질환은 매우 다양하며 근육병증, 뇌병증, 청각 및 시각 이상 등 치명적인 증상을 야기한다. 이러한 질환은 대증요법 외에 마땅한 치료제 및 치료법이 없는데 mtDNA를 표적하기 위한 접근이 어렵다는 것이 연구에 가장 큰 원인이 되고 있다. 최근에 mtDNA를 표적으로 하는 다양한 염기교정기술이 보고가 되고 있다. 본 동향리포트에서는 이러한 mtDNA 표적 소재에 대한 동향을 나열하고 이를 바탕으로 한 미토콘드리아 DNA 돌연변이 치료제 개발에 대한 전망에 대해 다룬다.

아인슈타인은 “우리는 뇌가 가진 능력의 10퍼센트밖에 사용하지 않는다” 라고 했다. 뇌는 대뇌, 중뇌, 소뇌로 간단히 분류할 수는 있지만, 여러 세포와 주변 환경 등의 다양한 네트워크를 통해 기능은 복잡하기 그지없다. 현재 복잡하고 독특한 기능을 담당하는 뇌를 3차원적으로 모방하여 연구하기 위해 뇌 오가노이드를 제작하여 뇌의 발달, 감염병, 알츠하이머, 파킨슨 질환 및 교모세포종 등 질병의 기전 연구에 활용하고 있다. 본 동향에서는 뇌 오가노이드 국내외 연구 동향 및 국내 지식재산권 등을 조망하고, 관련 오가노이드 비즈니스 및 오픈 이노베이션은 무엇인지 간략히 살펴보고자 한다.

인공 세포는 자연적인 세포에 가까운 시스템을 인간이 직접 디자인하고 구현한다는 점에서 합성생물학의 최종 목표 중 하나라 할 만하다. 리처드 파인만이 얘기한, “내가 창조할 수 없는 것은 내가 이해할 수 없는 것이다”라는 말을 상기한다면, 생명 현상에 대한 진정한 이해에 도달하기 위해서 인공 세포의 실현은 피할 수 없는 길일지 모른다. 기초 생명과학뿐만 아니라 응용과학 분야에서도 인공 세포는 중요한 돌파구를 마련할 잠재력을 가지고 있다. 바텀-업 전략은 살아있지 않은 재료로 인공 세포를 조립해 나가는 것을 의미하고, 살아 있는 세포의 복잡성을 고려할 때 매우 어렵고 복잡한 전략이 될 가능성이 높다. 수십 년 동안 꽤 많은 진보가 있었지만, 아직까지는 인공 세포를 실질적으로 독립적인 생명 시스템으로 보기에는 어려운 단계이다. 고로 인공 세포 분야는 생명과학의 중요한 달 착륙 프로젝트로 볼 수 있고, 지금은 개별적이며 부분적인 성과를 즐겁게 누릴 시기일 수 있다. 본 글에서는 서로 다른 세포의 기능들을 모듈화하고 그들을 조합함으로써 인공 세포를 만드는 방법론을 전제로, 개별적인 모듈화의 성과를 주로 소개한다. 기본적인 세포의 기능 및 특징을 네 가지(대사, 에너지 공급, 성장, 소통)로 구분했고, 세부적으로는 더 많은 특성들을 논의하고자 했다. 모듈에 근거한 세포 구축 방법론은 인공 세포를 단순화하고 표준화하는 데 도움이 될 것으로 예상된다. 기본적인 세포의 특성을 갖추게 되면, 더 많은 모듈화 된 기능들을 추가함으로써 더 넓은 분야에 인공 세포를 적용할 수 있을 것이다.

인류의 기대수명이 늘어남에 따라 치료 중심에서 예방과 관리 중심으로 의료 패러다임이 변화하고 있으며, 또한 COVID-19 등 팬데믹 발생이 이러한 의료환경 변화를 가속화시키고 있다. 이에 따라 바이오헬스 연구개발 분야가 사회에서 더욱 부각되고, 의료의 중심에 있는 ‘병원’이 해당 연구개발의 주체로 관심을 받고 있다. 기업과 대학 등이 중심이 되었던 기존 공동연구에서 더 나아가 병원이 추가되는 현상이 나타나고 있는데, 이러한 변화는 보건복지부가 연구중심병원 지정 및 육성 R&D 사업을 운영하였던 그간의 노력이 일정 부분 기여된 결과라고 볼 수 있다. 미국과 영국 등 주요국에서는 이미 병원의 연구 역할 강화를 위한 정책사업을 공통적으로 추진하고 있다. 2013년부터 시작된 우리나라의 연구중심병원(Research-driven Hospitals) 사업뿐 아니라 미국에서는 2006년부터 CTSAs (Clinical and Translational Science Award) 사업을, 그리고 영국은 2009년부터 AHSCs (Academic Health Science Centres) 사업을 통해 다양한 연구기관의 협력체계를 강화하여 병원 중심의 중개연구 및 기술사업화를 활성화하기 위해 노력하고 있다. 본 보고서에서는 현재 연구 핵심주체로 주목받고 있는 연구중심병원에 대하여 그 사업의 시작과 벤치마킹 모델 그리고 진행 중인 사업내용 등 그간 추진되었던 연구중심병원 R&D 사업 동향을 소개하며, 앞으로의 새로운 시대를 준비하는 연구중심병원을 기대해 보고자 한다.

척수근위축증을 일으키는 Survival of Motor Neuron 2 (SMN2) 유전자로부터 SMN 단백질 생산을 증가시키기 위한 여러 가지 방법이 연구됐다. 예를 들어, 전사(transcription) 증가, SMN2 유전자 엑손(exon) 7 스플라이싱(splicing) 조절, SMNΔ7 전사의 번역 판독 유도(translational read through), 그리고 SMN 단백질 안정성 증가 등이 있다. 현재까지 알려진 가장 효과적인 방법은 안티센스 올리고뉴클레오타이드(Antisense Oligonucleotides, ASO)를 통한 SMN2 유전자 엑손 7 스플라이싱 조절이다. ASO는 여러 방법을 통해 SMN2 유전자 엑손 7 스플라이싱에 영향을 미칠 수 있다. 입체 장애에 의한 트랜스액팅(transacting) 단백질 인자의 결합을 차단하고, RNA 분자 내에서 구조적 재배열을 일으킨다. ISS-N1 (intronic splicing silencer N1)을 표적으로 하는 ASO는 임상 전 연구에서 척수근위축증 치료에서 가장 좋은 효과를 나타냈다. ISS-N1을 타깃으로 해서 SMN2 유전자 엑손 7 포함을 촉진하는 ASO, SPINRAZA가 척수근위축증에 대한 약으로 미국 식약청(FDA)에서 최초로 승인되었다. 불치병으로 여겨졌던 척수근위축증이 SMN 유전자 스플라이싱에 대한 이해를 바탕으로 치료할 수 있었다. 이번 글에서는 SPINRAZA의 타깃인 ISS-N1의 발견이 이루어지는 과정과 그 후속 연구를 통해 ISS-N1과 관련된 메커니즘이 여러 다른 규제 요소에 의해서 복잡하게 영향을 받고 있음을 소개한다. 또한, 척수근위축증의 임상적 다양함으로 인해 SPINRAZA으로 고칠 수 없고, 그 효과가 미미한 환자들에 대한 대체 치료 가능성에 대해서도 언급한다. SMN 유전자에서 배운 교훈은 비정상적인 스플라이싱과 관련된 점점 더 많은 인간 질병에 대한 우리의 이해에 대한 독특한 통찰력을 제공할 것이다.

대중들에게 ‘꿈의 신소재’로 알려진 탄소 신소재 그래핀은 2004년 세상에 처음 소개되었다. 초기 그래핀을 활용한 대부분의 연구는 그래핀의 뛰어난 전기 및 열전도도, 우수한 기계적 강도, 투명도 등의 특성들을 극대화할 수 있는 투명 유연 전극으로의 개발에 중점을 두었고 이후 수용액 상에 녹을 수 있는 형태의 그래핀 기반 물질들이 생물학 및 의학 분야에 활용될 수 있음을 보여주는 연구들이 보고되어 왔다. 바이오소재로 적용이 가능한 그래핀 기반 물질들은 그 종류가 굉장히 다양하지만, 본 리포트에서는 체내 주입 후 생물학적 변화, 질병 진행 과정 등 실제 몸에서 일어나는 현상들을 추적 혹은 변화시킬 수 있는 수용액 상의 그래핀 기반 나노물질을 중점적으로 다루고자 한다. 수용액 상에 녹을 수 있는 그래핀 물질들은 입자 크기에 따라 산화 그래핀과 그래핀 양자점으로 분류할 수 있다. 이 두 가지 물질 중 본 리포트에서는 상대적으로 독성이 낮아 월등한 체내 적합성을 가지며 다양한 질병 상황들에서 더 흥미로운 현상들이 보고된 그래핀 양자점을 활용한 연구를 주로 소개하고자 한다.

이 글은 BRIC을 통해 2021년 3월 23일 배포된 리포트 ‘배양육 연구동향: It’s Time to Scale-up’에서 이어진다. 배양육을 생산하는 방식은 크게 부착 배양 vs 부유 배양 두 가지로 나눌 수 있다. 2013년 최초의 시식회 당시 사용된 방법은 부착 배양이지만 약 9년의 시간이 흐른 지금 시장에 먼저 등장한 것은 부유 방식으로 제조한 배양육이다. 시장이 성숙하면서 부착 배양을 이용한 배양육도 자리를 잡아갈 것으로 판단된다. 지지체는 부착 배양으로 제조한 배양육이 시장에 등장할 때 즈음에 매우 중요한 기술로 대두될 것이다. 또한 배양육의 대량 생산을 논하는 시점에서 식품 안전을 위한 규제는 매우 중요하다. 이 글의 중간중간에 식품 안전과 산업 육성이라는 두 마리 토끼를 잡기 위한 고민을 담아두었다. 본문에서는 세포 확보, 마스터 셀뱅크 확립, 대량 증식, 근육 분화, 후가공 및 패키징 등 배양육 제조 공정별 이슈들을 논하면서 안전성에 관련된 부분도 다루어 보았다.

인공단백질은 인공적으로 설계된 아미노산 배열을 갖는 단백질 또는 기존의 단백질을 바탕으로 화학적 및 유전공학적 방법으로 수정을 하여 기능을 변화시킨 것이다. 최근 인공단백질을 이용한 질병의 진단 및 치료가 활발하게 이루어지고 있으며 인공단백질의 원리와 응용 예를 이해하는 것은 더욱 개량된 신규 치료법의 개발 등에 중요하다. 인공단백질은 임의의 아미노산 배열을 갖기 때문에 인공단백질을 설계함에 있어서 아미노산 배열과 단백질의 고차원적 입체 구조와의 관계를 파악하는 것이 중요하다. 또한 단백질 구조 예측을 기반으로 하여 이론값과 실험값 사이의 높은 상관관계의 확보, 고기능성 단백질 복합체 합성 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 궁극적으로는 인공단백질이 실제 생체 내에 존재하는 천연 단백질과 유사하거나 더욱 높은 기능을 나타내는 것 요구된다. 본 원고에서는 이러한 인공단백질의 원리를 기술하고 그 활용분야 및 연구동향에 대해 기술한다.