지난 4월 16~20일 루이지애나 주 뉴올리언스에서 열린 미국 암연구학회(AACR) 연례모임의 핵심주제는 개인화된 종양백신이었다. ‘너무 복잡해서 생산하기가 어렵다'는 우려가 제기되는 가운데, 개인화된 종양백신에 대한 긍정론이 대두되었다.

항원제시세포(예: 피부 밑에서 발견되는 수지상세포)는 백신이 제공하는 항원(펩타이드)을 처리하여 T세포에게 제시한다. 그러면 T세포는 활성화되어 암을 공격할 수 있다. / © National Cancer Institute

정밀의학(precision medicine)의 끝은 무엇일까? 그것은 아마도 「개인화된 종양백신(personalized tumour vaccine)」이 될 것 같다. 과학자들은 개인의 종양에 나타난 돌연변이를 감안하여, 각각의 환자에 맞도록 설계된 「암치료백신(cancer-treatment vaccine)」의 효능을 실험하고 있다. 초기 임상시험에서 가능성을 보임에 따라, 「개인화된 종양백신」은 언젠가 흔한 의약품이 될지도 모른다. 단, 문제점이 하나 있는데, 그것은 '신약개발자들이 맞춤의약품(tailored medicine) 생산의 규모와 속도를 키워야 한다'는 것이다.

「개인화된 종양백신」은 지난 4월 16~20일 루이지애나 주 뉴올리언스에서 열린 미국 암연구학회(AACR: American Association for Cancer Research) 연례모임의 핵심주제였다. 연구자들은 이번 모임에서, 개인화된 백신이 암세포에 대한 면역반응을 촉진할 수 있음을 시사하는 초기 임상시험 데이터를 제시했다. 투자자들은 그런 임상시험 결과가 환자에게 혜택을 주는 방향으로 응용될 수 있다고 낙관하는 분위기이며, 벤처캐피탈은 지난 한 해 동안 「개인화된 종양백신」을 연구하는 생명공학 스타트업에게 자금을 몰아줬다.

그러나 일부 연구자들은 분위기 과열을 지적하며, '아직도 많은 기술적 과제를 안고 있는 접근방법에 열광하는 것은 시기상조인 것 같다'는 의견을 제시하고 있다. "나는 이 같은 비이성적 과열(irrational exuberance)을 이해할 수 없다"라고 존스 홉킨스 대학교의 드류 파돌 박사(암면역학)는 말했다.

1. 암치료백신의 발달과정: 범용 암치료백신 → 개인화된 종양백신

「암치료백신」이라는 개념은 그 자체가 매력적이다. 종양의 일부 단백질은 돌연변이를 갖고 있거나 정상조직과 다른 수준으로 발현되어 있는데, 이는 '면역계가 이런 비정상적 단백질을 비자기(non-self; 참고 1)로 인식할 수 있다'는 가능성을 제기한다. 특히, (돌연변이를 가진 단백질 조각이 포함된) 백신을 이용하여 그런 단백질이 존재한다는 사실을 면역계에 알려줄 수 있다면 가능성은 더욱 높아진다. 그럴 경우 '면역계의 특공대'인 T세포는 그런 단백질을 포함한 암세포를 찾아내 파괴할 수 있다.

지난 수십 년 동안 「범용 암치료백신」에 대한 임상시험 결과는 실망스러웠지만, 최근 「암치료백신」의 효과를 증강시키는 약물(참고 2)이 개발되는 등 새로운 기술이 속속 등장하면서 희망이 다시 고조되고 있다. 또한 종양의 유전체를 추출하여 DNA를 분석해본 결과 엄청난 돌연변이가 발견되어(참고 3), 면역계를 자극하는 항원단백질을 만드는 것이 가능하게 되었다. 이에 따라, 최근 과학자들은 「범용 암치료백신」에서 탈피하여, 「개인화된 종양백신」 쪽으로 눈을 돌리고 있다.

작년에 과학자들은 "「개인화된 종양백신(종양의 항원에 알맞게 설계된 백신)」을 투여함으로써, 흑색종 환자 세 명의 면역반응을 촉발하는 데 성공했다"고 보고한 바 있다(참고 4). 「개인화된 종양백신」이 종양의 증식에 어떤 영향을 미쳤는지는 아직 불투명함에도 불구하고, 2015년 말 수많은 생명공학 스타트업들이 '개인화된 종양백신' 분야에 진출하겠다는 방침을 앞다퉈 발표했다. 그리스톤 온콜로지(Gritstone Oncology: 캘리포니아 주 에머리빌 소재)는 1억 2백만 달러의 자금을 조달했고, 네온 세라퓨틱스(Neon Therapeutics: 매사추세츠 주 케임브리지 소재)는 5,500만 달러의 자금을 조달했다. 또한 제3의 업체인 케이퍼나(Caperna)는 모더나 세라퓨틱스(Moderna Therapeutics; 참고 5)라는 유명한 바이오업체에서 분사(分社)했다.

2. 개인화된 종양백신의 문제점

바이오업체들뿐만 아니라, 학계에서도 발빠른 움직임을 보이고 있다. 이번 AACR 연례회의에서, 워싱턴 대학교의 로버트 슈라이버 박사는 여섯 가지 연구(흑색종과 췌장암 포함)를 진행하고 있다고 소개했다. 다나파버 암연구소의 캐더린 우 박사도 흑색종 임상시험 데이터를 소개하며, T세포가 백신에 반응을 보인 징후가 나타났다고 설명했다.

그러나 문제는 백신 생산에 걸리는 시간이다. 우 박사가 이끄는 연구진은 백신을 생산하는 데 12주가 걸렸고, 워싱턴 대학교의 연구진은 약 8주가 걸렸는데, 이는 ‘「개인화된 종양백신」이 서서히 증식하는 암에만 효과를 발휘할 수 있다’는 것을 시사한다.

또한 많은 연구자들이 흑색종을 기술검증 임상시험(proof-of-principle trial)의 대상으로 선정한 데는 그럴 만한 이유가 있다. 흑색종은 - 때로는 수천 개에 달하는 - 많은 돌연변이를 보유하는 경향이 있어서, 항원으로 작용하는 돌연변이를 선택할 기회가 풍부하다는 장점이 있기 때문이다. 따라서 일부 연구자들은 '돌연변이 수가 적은 종양의 경우, 「개인화된 종양백신」이 적절치 않다'는 우려를 제기하고 있다.

그러나 슈라이버 박사에 의하면, 일부 연구자들이 아교모세포종(glioblastoma)에 걸린 여성환자를 위한 백신을 설계하는 데 성공했다고 한다. 아교모세포종은 뇌종양의 일종으로, 돌연변이가 비교적 적은 것으로 알려져 있다. 하지만 이 사례의 경우에는 돌연변이가 많으며, 그중 일부는 암 치료를 받는 과정에서 생겨난 것으로 보인다고 한다.

「개인화된 종양백신」을 개발하는 데 있어서 잠재적인 항원의 개수는 매우 중요하다. 이번 AACR 연례회의에서, 네덜란드 암연구소의 톤 슈마허 박사(면역학)는 "우리가 발견한 돌연변이 단백질 중 상당수는 종양의 생존에 필수적인 것이 아니었다"고 지적했다. "따라서, 백신을 설계하는 데 사용된 단백질이 다시 돌연변이를 일으킨다면, 종양이 백신에 대해 저항성을 갖게 될 것이다. 우리는 종양을 다방면으로 공격해야 한다"라고 그는 덧붙였다.

파돌 박사는 "암치료백신을 연구하는 과학자들의 관심이 일찌감치 「개인화된 종양백신」 쪽으로 쏠리는 것은 바람직하지 않다"고 우려한다. "지난 수십 년 동안, 「범용 암백신(여러 가지 종양들이 공유하는 항원을 겨냥하는 백신)」에 대한 연구가 진행되어 왔다. 「범용 암백신」은 임상시험에서 좋은 성과를 거두지 못했지만, 대규모 생산 및 사용이 가능하다는 장점이 있다"고 그는 설명했다.

“나의 걱정이 기우였으면 좋겠다. 그럼에도 불구하고 「개인화된 종양백신」의 문제점이 뭔지는 분명히 알고 있어야 한다”라고 파돌 박사는 말했다.

※ 참고문헌
1. 대니얼 데이비스, 『나만의 유전자』, 생각의 힘(2016); http://tpbook.tistory.com/entry/나만의-유전자
2. http://www.nature.com/news/cancer-treatment-the-killer-within-1.14955
3. http://www.nature.com/news/2010/100414/full/464972a.html
4. Carreno, B. M. et al. Science 348, 803–808 (2015); http://www.nature.com/news/tumour-mutations-harnessed-to-build-cancer-vaccine-1.17250
5. http://www.nature.com/news/business-the-billion-dollar-biotech-1.17674

※ 출처: Nature http://www.nature.com/news/researchers-push-for-personalized-tumour-vaccines-1.19801