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혈액을 이용한 질병 진단 바이오마커 발굴 동향
혈액을 이용한 질병 진단 바이오마커 발굴 동향 저자 전봉현 (건국대학교)
등록일 2017.06.20
자료번호 BRIC VIEW 2017-T24
조회 18871  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
요약문
바이오마커란 정상 또는 병리적인 상태, 약물에 대한 반응 정도 등을 객관적 견지에서 측정해 줄 수 있는 표지자로 정의된다. 즉, 어떤 특정 질병에 걸렸는지, 걸렸으면 얼마나 심한지를 표현해주는 것이거나, 특정 약물을 복용했는데, 우리 몸이 어느 정도 약효를 받고 있는지, 아니면 이상 반응을 하고 있는지에 대한 척도를 제공하는지 등을 나타내는 것이 바이오마커이다. 이런 바이오마커는 질병의 표지자로 많은 장점을 갖고 있기 때문에 현재 가장 관심이 큰 의료기술 분야 중 하나이기에, 본 동향보고서에서는 바이오마커 특히, 혈액을 이용하는 바이오마커에 대한 정의 및 종류 그리고 그 간의 발굴 경과와 동향, 국내외 시장동향을 살펴보고자 한다.
키워드: 바이오마커, 혈액, 액체생검, PSA, CEA, AFP, CTC, ctDNA, 미소낭포, 엑소좀
분야: Biotechnology, Cell_Biology
목차

1. 바이오마커란
2. 혈액 속 바이오마커
3. 바이오마커 발굴 동향
4. 맺음말
5. 참고문헌


1. 바이오마커란

바이오마커는 DNA, RNA, 대사 물질, 단백질 및 단백질 조각 등에서 유래된 분자적 정보로서 질병의 발생 등으로 유발된 신체의 변화를 감지할 수 있는 지표로, 질병의 발생 및 진행과 관련되어 새로운 약물의 개발과 체외에서 질병을 조기 발견하고 그 예후를 관찰하는 체외 분자진단 기술, 특정 약물에 반응하는 바이오마커의 개인별 특성을 규정하는 개인별 맞춤 의료 기술, 환자 편의적인 진료환경을 구축하기 위한 유비쿼터스 헬스 케어 시스템 등의 개발에 폭넓게 핵심적으로 이용되고 있다.

바이오마커라는 용어는 1980년대에 처음으로 등재된 이후 여러 가지로 이해되고 있지만 가장 대표적인 것은 미국국립보건원(National Institute of Health)에서 발표된 정의로 ‘정상적인 생물학적 과정, 질병 진행 상황, 그리고 치료 방법에 대한 약물의 반응성을 객관적으로 측정하고 평가할 수 있는 지표’라는 것이다. 질병의 병태생리학적 기전에 대한 지식 증가와 유전자 분석 기술의 발달로 바이오마커는 점차 그 범위가 넓어졌다. 현재 바이오마커는 유전자와 그로 인한 RNA, 단백질, 대사물질 발현의 차이를 모두 아우르는 분자적, 생물학적 지표로 재정의되고 있다[1].

바이오마커는 생명체에서 질병의 종류 및 발생과 진행에 따라 다르게 나타나기 때문에 특정 질환 여부나 약물반응 상태 등을 객관적으로 측정할 수 있게 해주는 혈액이나 체액 내에 있는 지표가 되는 물질이며, 이 혈액이나 체액을 분석하는 것만으로 질병을 조기에 판단할 수 있도록 해 줄 수 있다[2].

인체의 변화를 알아낼 수 있는 지표라면 무엇이든 바이오마커라고 할 수 있으나 실제 임상에 적용되기 위한 이상적인 바이오마커는 다음과 같은 조건을 가지고 있어야 한다. 첫째, 질병의 진단에 있어 매우 민감하고 특이적이며 질병 분류의 아형(Subtype)을 감별할 수 있어야 하고 둘째, 복잡하지 않고 간단히 측정 가능하며 환자에게 위험성이 최소화되는 방법으로 측정할 수 있어야 하며 셋째, 질병의 치료 효과 예측이 가능하며 나아가 바이오마커를 토대로 치료를 조절할 수 있어야 하고 넷째, 표현형 분류와 내재형 분류의 교차점을 찾아 전환 가능하도록 바이오마커는 질병의 병태생리학적인 기전을 설명할 수 있어야 한다. 마지막으로 진료에 적용하기 위해 정확한 정보를 신속하게 검사 가능해야 한다[1].

일반적으로 잘 알려져 있고 임상적으로 활용하고 있는 바이오마커로는 당뇨의 진단에 쓰이는 혈중포도당, 고지혈증의 진단에 쓰이는 혈중콜레스테롤을 들 수 있다. 임상적으로 사용 중인 것으로는 전립선암 지표 Prostate-Specific Antigen (PSA), 대장암용 Carcinoembryonic Antigen (CEA), 고환암과 간암 지표 Alphafetoprotein (AFP) 등이다. 90년대 이후 오믹스 기술의 보급으로 바이오마커 개발이 손쉬워져 연구가 급증하였다. 바이오마커는 신약개발 프로세스에서 효율성을 높여 줄 수 있어서 제약회사들의 관심이 크게 증가하여 신약후보의 스크리닝과 각 단계에서 후보군의 평가에 도입되었다. 현재 바이오마커는 분자진단용 분자가 가장 많이 연구되고 있다[3].

2000년 중반 백혈병, 위암, 대장암 분야에서 암세포만 선택적으로 골라서 공격하는 표적치료제가 등장하여 암치료의 신기원을 이루었다. 종양에서만 특이적으로 나타나는 암바이오마커(종양표지자)는 표적치료제의 개발에 중요하다. 2012년 3월 한국과학기술기획평가원(KISTEP)은 10년 후 한국경제를 책임질 10대 미래유망기술 중의 하나로 종양을 찾는 바이오마커를 탐색하는 ‘종양표지자(Tumor Marker) 분석기술’을 선정하였다. 그리고 2012년 12월 특허청은 ‘특허 관점의 유망 R&D 과제 선정 사업’을 통해 3~5년 이내에 원천・핵심특허 선점이 가능한 바이오 분야 10대 미래 유망 기술을 선정하였는데 여기에 종양표지자를 포함시켰다[3].

바이오마커 기술은 일부 선진국을 중심으로 기술이 개발되고 있으나 아직 제품화에 대한 안정성이 미흡하므로 바이오마커 관련 IT (Information Technology), BT (Biotechnology), NT (Nanotechnology) 등의 융・복합 기술 선점으로 원천기술을 확보할 수 있는 여지가 있으며, 기존 치료중심의 의료 시스템으로부터 환자 맞춤형 진단, 예후 중심의 의료 시스템으로의 의료 패러다임 변화 유도가 가능하며, 조기진단을 기반으로 한 예방의학으로 전환 가능성이 있다.

2. 혈액 속 바이오마커

2.1 바이오마커의 종류

표 1. 특성 및 용도에 따른 종류
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자료: Insight Pharma Reports ‘Disease-Related Biomarker’, 2007; Insight Pharma Reports ‘Molecular Diagnostics’, 2009,[4]

• 단계에 따른 종류

암 발생 이후의 단계에 있어서 암 관리에 도움을 줄 수 있는 바이오마커는 암 치료에 직접적으로 도움을 줄 수 있어야 하며, 단계에 따라 예후 바이오마커(Prognostic Biomarker), 반응예측 바이오마커(Predictive Biomarker), 약역학 바이오마커(Pharmacodynamic Biomarker) 등의 3종류로 나누어 볼 수 있다.

- 예후 바이오마커

예후 바이오마커란 특정 암세포의 자연적 과정을 예측하여 예후가 좋은 암에서 예후가 불량한 암을 구별하여 누구에게 항암제를 투여할 것인지를 결정하도록 도움을 주는 것이라 할 수 있다. 실제로 유방암 환자의 경우, 수술 후 암 조직에서 특정 유전자의 발현 양을 측정하여 유방암의 재발률을 측정할 수 있는데, 그 결과를 바탕으로 누가 수술 후 보조 약물치료를 받을 것인가를 결정하게 된다. 즉, 체내에 잔존하는 암세포를 완전히 제거할 수 있도록 조치하여 재발의 위험성을 최소화하도록 하는 것이다.

- 반응예측 바이오마커

반응예측 바이오마커는 환자가 특정 약물을 투여했을 때, 그 효능을 예측할 수 있도록 도움을 주는 종류라 할 수 있다. 예컨대, 유방암 환자에서 ERBB2 유전자 증폭이 확인된 경우에 허셉틴(Herceptin)을 투여하면 치료효과를 기대할 수 있으나, 에스토로젠 수용체를 발현하는 유방암 환자의 경우에는 허셉틴 대신 타목시펜(Tamoxifen)을 투여할 때 치료효과를 기대할 수 있다. 비슷한 예로 백혈병 환자에서 PML-RARA라는 염색체 돌연변이가 발생한 경우에 레틴A(Retinoic Acid)를 사용하면 치료효과를 볼 수 있으나, 필라델피아 염색체이상(BCR-ABL 휴전 유전자)이 발생한 경우에는 글리벡(Gleevec)이 치료효과를 나타낸다. 따라서 백혈병의 경우 염색체돌연변이들이 특정약물치료를 위한 반응예측 바이오마커라 할 수 있다.

- 약역학 바이오마커

약역학 바이오마커는 신약개발 초기단계에서 약물의 적정 용량을 결정하는데 도움을 줄 수 있는 종류라 할 수 있다. 세포독성을 이용한 약물의 경우, 보통 2상 임상시험에서 항암 활성을 결정하기 위해 사용되는 용량은 1상 임상시험에서 결정된 최대 용량을 사용하지만, 특정 타겟 분자의 목표 치료를 위해 개발된 약물의 경우는 위와 다르다고 할 수 있다. 이 경우 최적의 용량을 결정하기 위한 한 가지 방법은 일정 범위 내에서 다양한 용량에 걸쳐 약물을 처리하여 목표분자활성의 변화를 토대로 2상 임상시험에서의 적정 용량을 선택하는 것이다. 실제로 글리벡은 임상적 완화(Clinical Remission)를 유도하는 용량에서 백혈병 환자 BCR-ABL 단백질의 키나제 활성을 차단하는 것으로 밝혀졌다. 그러므로 이러한 바이오마커는 신약개발의 임상시험단계 및 그 이상의 치료단계까지 활용할 수 있을 것으로 보고 있다[5].

• 시장에 따른 분류

바이오마커는 정상적인 생물학적 과정 및 발병과정으로 인한 변화, 치료적 개입에 대한 약물 반응 등을 평가와 측정하는데 활용되는 지표로 생리학적 특성을 지닌 생체물질이며 시장에 따라 유전체학(Genomics), 단백질체학(Proteomics), 대사체학(Metabolomics), 이미징(Imaging), 기타 Glycomics, Lipidomics, Immunonomics 등을 포함하는 시장으로 분류한다.

- 유전체학은 유전자와 그 기능 및 관련 기술에 대한 연구로 바이오마커 발굴 및 개발에 유전체학 기반 접근법을 많이 활용한다.
- 단백질체학은 단백질에 관한 대규모 연구로, 특히 구조 및 기능에 대한 연구가 진행되고 있으며 단일분자 검출방법의 개발로 다양한 질병 분야와 관련하여 큰 잠재력 보유한다.
- 대사체학은 대사산물을 포함한 화학적 과정에 관한 과학적 연구로, 대사체학 기반 접근법은 상대적으로 초기 단계이나 바이오마커 연구 및 개발에 활용도가 증가하는 상황이다.
- 이미징은 암 연구에 대한 일반적인 도구로 CT(컴퓨터 단층 촬영) 및 MRI(자기 공명 영상) 등을 활용하여 추진한다.
- 기타 Glycomics, Lipidomics, Immunonomics 등을 포함하는 시장이 있다.

2.2 액체(혈액) 생검의 장점 및 필요성

• 장점

암의 경우, 하나의 종양에서 발견된 유전적 다양성(Genetic Diversity)의 폭은 크며, 한쪽 언저리의 암세포는 다른쪽 언저리의 암세포와 다를 수 있다. 또한, 원발병소에서 전이되어 다른 곳에 뿌리를 내린 2차종양(Secondary Tumours)은 또 다른 양상을 나타날 수 있다. 하나의 생검은 불과 몇 센티미터 옆에 있는 돌연변이를 놓칠 수 있으며, 이는 환자의 생존율에 극적인 영향을 미칠 수 있다. 설사 생검을 통해 표적치료법(Targeted Therapies)에 취약한 종양의 특정 돌연변이를 찾아냈다 치더라도, 그 정보는 정적(Static)이어서 암의 진화에 따라 얼마든지 부정확한 정보로 전락할 수 있다. 즉, 현재의 표준 진단방법인 조직 생검(Tissue Biopsy)에 있어서 개선할 여지가 많다. 액체 생체검사(Liquid Biopsy)라는 비침습적인(Non-Invasive) 방법으로, 기존의 침습적인 진단 및 검사방법의 대안으로 주목되고 있으며 특히, 기존의 암 진단방법은 조직 샘플 채취 및 대장 내시경 검사 등의 침습적인 방법에 의존해 왔다. 액체 생체검사는 혈액 등의 체액 검사만으로 신체 부위별 혈액 내에 존재하는 암세포 유래 DNA를 분석하여 암 발생 및 전이 등에 대한 상세한 관찰할 수 있으며 이를 통해서 의사들은 환자로부터 비교적 간편하게 체액을 추출하고 암 전이 여부를 신속하게 확인 가능하게 되었다[6].

• 필요성

현재 암 진단의 표준 방법은 조직 생검(Tissue Biopsy)으로 조직 생검은 내시경이나 바늘 등의 도구를 이용해 인체에 침습적으로 시행하므로 환자는 물론 의사에게도 위험부담이 있으며, 종양의 발생 위치나 크기, 환자 상태에 따라 조직 생검을 시행할 수 없는 경우도 발생한다. 또한 주요한 잠재적 문제점은 종양 조직간 혹은 종양조직 내 생물학적 특성이 다르게 나타날 수 있어 일부의 조직 생검으로부터 얻은 정보가 적절한 치료를 하기에는 정보의 정확도가 불충분할 수 있다. 조직 생검의 위험부담과 부족한 부분을 극복하기 위해 연구자들은 새로운 바이오마커와 진단방법을 찾아내려는 노력으로 액체 생검(Liquid Biopsy) 연구를 활발히 진행하고 있고, 뇌 유사기관(Brain Organoids), 태양광 농업(Supercharged Photosynthesis), DNA 인터넷(DNA Internet) 등과 더불어 2015년에 MIT가 선정한 10대 미래유망기술(10 Breakthrough Technologies in MIT Technology Review, 2015) 중 하나로 발표할 만큼 혁신적인 기술로 여겨진다.

현재 진단에 사용되는 가장 보편적인 방법은 특정 생체시료(예, 조직검체, 혈액, 소변 등)를 수집한 후 내재되어 있는 특정 질병에 대한 바이오마커(생체표지자)의 유무를 측정하고 있다.

환자의 혈액에서 어떤 바이오마커가 나타나는지 특정 바이오마커를 추적하는 것이 진단 및 치료에 있어 중요하다. 현 측정법은 형광법으로 측정하거나, PCR 등의 방법으로 시료를 증폭한 후 여러 가지 복잡한 측정 방법을 동원하여 질병을 판별하고 있다.

액체 생검에는 대부분 유전자 지표들이 사용되고 있으며, 현재 위양성(False Positives) 판정의 가능성은 여전히 있으나 가장 보편적으로 사용되고 있는 진단 바이오마커들은 전립선암 지표 Prostate-Specific Antigen (PSA), 대장암용 Carcinoembryonic Antigen (CEA), 고환암과 간암 지표 Alphafetoprotein (AFP) 등이 임상적으로 사용되는 것이다[7].

- 전립선암 지표 Prostate-Specific Antigen (PSA)
혈청 전립선특이항원(PSA)은 전립선암을 진단하는데 매우 민감한 종양지표로서, 간단히 소량의 혈액을 채취하여 혈액 중 PSA의 수치를 측정하는 객관적인 검사이다. 일반적으로 전립선암이 진행하면 혈청 PSA수치는 상승하게 되기에, 전립선암의 조기진단에 매우 유용하다.

- 대장암용 Carcinoembryonic Antigen (CEA)
CEA (Carcinoembryonic Antigen)는 광범위한 상피성 악성종양에 대한 종양표지자로 여러 암에서 증가하는 경향을 보이지만 특히, 대장암의 병기, 예후 판정, 재발 판정에 이용되고 있다.

- 고환암과 간암 지표 Alphafetoprotein (AFP)
AFP는 종양표지자로써 주로 고환암과 간암일 때 특징적으로 상승 소견을 보이지만 위암 등에서도 상승할 수 있다. 따라서, AFP는 고환암과 간암을 진단하는 보조적인 방법으로 유용하고 일단 암이 발생한 후 치료 예후를 보는데도 많은 도움이 된다.

2.3 혈액중 바이오마커의 종류

• ctDNA

암세포가 파열되어 사멸하는 경우 암세포는 그 내용물을 혈류 속으로 방출하는데, 그 속에는 종양의 DNA, 즉 혈류 속을 순환하는 종양의 DNA (Circulating Tumour DNA, ctDNA)가 포함되어 있다. 부연 설명하면, ctDNA란 혈류 속을 자유롭게 떠돌아다니는 종양 게놈의 부스러기(Genome Fragments)라고 할 수 있다. 정상적인 세포의 찌꺼기는 청소부 세포(예: 대식세포)들이 잘 수거하여 처리하지만, 종양은 덩치가 너무 크고 신속히 증식하기 때문에, 청소부들의 처리 능력(Capacity)을 넘어서게 된다.

따라서 ‘혈류 속에 떠돌아다니는 ctDNA를 포착할 경우, 종양의 동태를 파악하는 결정적 단서를 얻을 수 있다’는 것이 과학자들의 생각이다. ctDNA를 측정/시퀀싱하는 기법을 개발하고 정교화함으로써, 과학자들은 ‘혈액이 담긴 바이알’을 ‘액체 생검(Liquid Biopsies)’으로 바꾸고 있는 것이다. 쉽게 말해서, 기존의 조직생검이 ‘열쇠구멍’이라면 혈액검사는 ‘풍경화’라고 할 수 있다. 시간이 경과함에 따라 혈액샘플을 채취하면, 치료의 경과를 체크하는 것은 물론 ‘종양이 저항성을 진화시키고 있는지 여부’도 감시할 수 있다.

• CTC

CTC (Circulating Tumor Cells, 순환종양세포)는 암 조직에서 떨어져 나와 핏속에서 떠다니는 멀쩡한 종양세포이다. 이들이 다른 조직에 부착되면 전이암이 발생하게 된다. 따라서, 이 세포를 미리 찾아내면 전이암을 조기에 발견할 수 있지만, 혈액 1cc 속 CTC는 수십 개 미만으로 매우 적어 검출하기 어렵다. 같은 양의 혈액 속에 적혈구는 수십억 개, 백혈구는 수백만 개 존재하는 것과 대조적이다. CTC는 1859년 처음 관찰된 이후에 이러한 검출상의 어려움 때문에 오랫동안 CTC의 연구는 쉽지 않았다. 하지만 최근 관심이 집중되고 있으며, CTC 연구의 중심에는 분리 기술 개발이 큰 몫을 차지하고 있다. 분리 기술 개발에 힘 입어 CTC는 바이오마커로 관심을 끌기 시작했으며, 아직도 CTC를 혈액에서 효율적으로 분리하는 방법들이 개발 중이고 각 방법에 따라 검출 효율이 다르며, 각각 장단점이 있다. 한 연구진은 16명의 환자들을 대상으로 한 연구에서, ‘ctDNA의 수가 CTC보다 50배나 많다’는 것을 발견했다. 게다가 CTC가 검출된 환자에게서는 예외없이 ctDNA가 발견됐지만, ctDNA가 검출된 환자에게서는 CTC가 발견되지 않는 경우가 많았다고 한다.

• 미소낭포 및 엑소좀(Exosome)

최근 연구 흐름을 보면 미소낭포 및 엑소좀(Exosome)이 각광을 받고 있다. 대부분의 세포는 다양한 크기와 성분을 가지는 세포 내 기원의 세포외 소낭(Extracellular Vesicle)을 분비할 수 있는 능력을 가지고 있다. 세포외 소낭은 그 크기와 구성에서 이질성이 있는데, 여러 가지 다른 종류의 막 소낭(Membrane Vesicle)들로 자멸소체(Apoptotic Body), 미소낭포 그리고, 엑소좀을 말한다. 세포외 소낭은 체액이나 세포 배양액에서 발견된다. 이렇게 여러 다른 종류들로 이뤄진 막 소낭을 분류하는 데는 아직 논란이 있다. 자멸소체는 직경이 1 μm가 넘고, 미소낭포는 직경이 100-1,000 nm이며, 엑소좀은 직경이 40-100nm로 가장 작은 막 소낭이다. 엑소좀과 미소낭포는 생성되는 방법에서 두드러진 차이가 있다. 세포 바깥으로 엑소좀이 분비되도록 원형질막(Plasma Membrane)과 다포성소체(Multivesicular Body)가 결합되는데, 이러한 과정을 포함하는 능동적인 과정에서 엑소좀이 형성된다. 엑소좀은 후기 엔도솜(Endosome)의 안쪽에서 출아(Budding) 되고, 미소낭포는 원형질막 바깥쪽을 향하여 출아된다. 엑소좀과 미소낭포의 생성 과정은 다르지만, 최종적으로는 둘 다 원형질막의 출아를 통하여 생성된다고 볼 수 있다. 엑소좀과 미소낭포를 구별하여 연구가 이루어진 것은 제한된 일부 연구에서이고, 실제로는 엑소좀과 미소낭포 둘 다 섞여 있는 시료에서 대부분의 연구가 이루어진다고 보고 있다. 엑소좀과 미소낭포는 분비하는 기원 세포(공여세포)의 상태를 반영하며, 어떤 세포에서 분비되었는가에 따라 다양한 생물학적 활성을 나타내고, 체액에서 세포와 세포 사이의 정보 전달을 하며, 세포손상의 잠재적인 순환하는 바이오마커로서 관심을 받고 있다.

엑소좀과 미소낭포는 거의 모든 동물 세포에서 배출되며, 각각의 대사질환의 발병 단계에 따라 분비하고 있는 세포와 조직의 여러 상태를 반영하는 것으로 생각된다. 향후 엑소좀과 미소낭포의 특성이 보다 더 잘 규명되고, 혈액에서 쉽게 측정 가능한 검출 방법이 개발된다면 비만을 포함한 대사질환의 예측, 진단, 치료 및 예후에서 엑소좀과 미소낭포는 새로운 바이오마커로 사용될 수 있을 것으로 사료된다[8].

3. 바이오마커 발굴 동향

3.1 연구동향

• 국외 연구동향

바이오마커에 대한 최근의 연구동향은 타겟물질은 유전자에, 대상질환은 암에 대한 연구에 집중되어 있다. 특히, 암의 조기진단과 표적치료제의 개발과 연계되어 사용할 수 있는 민감하고 특이적인 암 바이오마커에 대한 관심이 높다. 이 중에서도 바이오마커와 맞춤의약을 동반한 동반진단(Companion Diagnostics)은 성장가능성이 가장 높은 분야로 선진각국에서는 연구지원, 보험적용 등의 정책적인 지원을 통해 괄목할만한 발전을 하였다.

• 국내 연구동향

국내에서는 비교적 일찍부터 유전체 연구 육성 및 기술개발지원을 시작하였고 맞춤형 치료제 위주의 신약개발사업을 진행하였다. 2012년에는 맞춤의료 연구와 보건의료산업을 위한 핵심 인프라를 구축하고자 국립중앙인체자원은행을 개관하였다. 하지만, 현재 맞춤의료를 위한 기초연구와 기술수준은 선진국에 비해 매우 부진한 상황이다. 바이오마커를 이용한 가장 활발한 연구 영역인 암유전체 연구는 인종과 지역 특이성이 있기 때문에 한국인 암환자를 대상으로 한 연구가 필수적인데, 의료현장과 연계된 연구 확대가 정부의 제도적 정비와 함께 동반되어야만 임상 현장에서 상용화되어 사용될 수 있을 것이다[9].

한편, 바이오마커에 대한 연구는 선진국에 비해 초기단계에 있지만, BT, IT 등의 다양한 기술개발이 융합되어 자가 측정용 기기를 중심으로 새로운 체외진단키트에 대한 연구는 지속적으로 이루어지고 있다. 체외진단키트는 해외 기업들이 이미 국내 시장을 상당 부분 선점한 상대로 진입장벽이 높지만 새로운 사업으로 적극 참여하고 있다.

표 2. 체외진단키트 주요 기업동향
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3.2 시장동향

• 국외 시장동향

의료산업시장 중 바이오마커 시장의 2020년 예상 규모는 약 300억 달러에 이를 것이고, 연평균 성장률은 약 16%에 이를 것으로 예상되고 있다. 지역별 규모는 미국이 가장 큰 시장을 형성하고 있지만, 아시아 태평양 지역은 약 20.3%로 가장 높은 성장률을 보일 것으로 전망되고 있다. 질환으로는 암질환의 바이오마커가 가장 많은 부분을 차지하고, 분자진단시장의 성장률은 17.6%로 예측되고 있다.

바이오마커에 사용되는 기술은 오믹스기술(Genomics, Transcriptomics, Proteomics, Metabolomics), 이미징기술, 생물정보학, 맞춤의료 등을 포함한다. 오믹스기술과 생물정보학의 연간 성장률은 약 17.1%, 맞춤의료의 연간 성장률은 약 16.39% 일 것으로 예측되고 있다. 맞춤의료와 연관된 바이오마커시장은 다른 바이오마커와 마찬가지로 미국과 유럽이 가장 큰 시장을 형성하고 있으나, 아시아 지역이 21.1%의 가장 높은 연간성장률을 보이고 있다.

제조회사에서 바이오마커의 출시는 제품의 출시(Product Launch), 협업(Partnership & Collaboration), 승인(Clearance & Approval)와 합병(Merger & Acquisition)로 이루어지고 이 중 ‘제품의 출시’가 가장 많은 형태(38%)이다[9].

• 국내 시장동향

국내의 맞춤의료와 연관된 바이오마커 시장은 아직 초기 단계로 대부분 해외업체로부터 장비와 시약을 수입하여 서비스를 제공하는 수준이다. 국내기업들은 주로 유전체 분석과 바이오마커를 중심으로 맞춤의료 시장에 진출하고 있으며 학계와 바이오벤처 기업을 중심으로 질환 마커 발굴과 일부 마커의 검증과 임상시험을 수행하는 정도이다. 아직은 국내에서 개발되거나 발굴된 바이오마커가 식품의약품안전처의 허가, 승인을 거쳐 실제로 임상에서 활발하게 적용되는 예는 거의 전무한 실정이다.

바이오마커는 연구나 발굴이 아니라, 체외진단제품으로 개발되어 임상 검사로 적용되어야만 산업화로 연결될 수 있으며 이를 위해서는 제도적 완성단계를 거쳐야만 한다. 국내에서는 최근 식약처에서 임상적 중요성과 위험도에 따라 체외진단제품을 4등급으로 분류하고 관련 제도 정비를 시행하고 있다.

바이오마커 시장은 초기단계에 있지만, 체외진단키트에 대한 연구는 바이오마커에 비해 비교적 활발하게 이루어지고 있고, 체외진단키트 국내 시장규모는 2014년 기준 약 4,174억원이며 이는 2010년의 2,534억원 대비 약 160% 성장한 것으로 가파른 상승세를 보이고 있다. 국내 체외진단키트 산업은 Biotechnology 산업의 영향을 크게 받고 있으며, 외국 대비 우위에 있는 IT 기술을 융합하여 경쟁력 있는 산업으로 육성될 것으로 예측된다.

3.3 시장 규모

• 세계 시장규모

세계적으로 의약품의 효과·부작용 등을 예측할 수 있는 ‘바이오마커’ 시장이 크게 성장하고 있지만, 우리나라는 아직까지 수입 의존도가 높은 것으로 나타났다. 한 보고서에 의하면 오는 2020년 세계 바이오마커 시장은 약 300억 달러, 연평균 성장률은 16%에 이를 것으로 전망했다.

지역별로는 미국이 가장 큰 시장을 형성하고 있지만 성장률은 아시아·태평양 지역이 가장 높을 것으로 예상되고 있다. 질환별로는 암질환의 바이오마커가 주목받고 있다.

이런 추세에 맞추어 미국 FDA는 2013년까지 유전체-약물 정보를 기준으로 137종의 신약 및 이를 위한 155종의 바이오마커를 승인했다.

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그림 1. 세계의 바이오마커 시장, 2011-2020 (단위: 백만달러)
[출처: Allied Market Research, Bimarkers Market, 2013]

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그림 2. 세계의 바이오마커 시장 - 지역별, 2011-2020 (단위: 백만달러)
[출처: Allied Market Research, Bimarkers Market, 2013]

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그림 3. 세계의 바이오마커 시장 - 질환별, 2011-2020 (단위: 백만달러)
[출처: Allied Market Research, Bimarkers Market, 2013]



• 국내 시장규모

반면 국내 맞춤의료와 연관된 바이오마커 시장은 아직 초기 단계로, 대부분 해외업체로부터 장비와 시약을 수입해 사용하고 있다. 국내 기업들은 주로 유전체 분석과 바이오마커를 중심으로 맞춤의료 시장 진출을 노리고 있지만 아직까지는 학계와 바이오 벤처 기업을 중심으로 질환 마커 발굴과 일부 마커의 검증 및 임상시험을 수행하는 수준에 머물러 있다.

현재 맞춤의료를 위한 기초연구와 기술수준은 선진국에 비해 매우 부진한 상황이며 국내에서 개발 또는 발굴한 바이오마커가 식품의약품안전처의 허가·승인을 거쳐 실제 의료현장에서 활발히 적용되는 예는 전무하다.

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그림 4. 국내 등급별 체외진단제품 허가현황
[출처: 식품의약품안전처 발표자료, 2013년 5월 기준]



바이오마커는 연구나 발굴이 아니라 체외진단 제품으로 개발돼 임상 검사로 적용돼야만 산업화로 연결될 수 있으며 이를 위해서는 제도적 완성이 필요하다.

또한, 암관련 신약개발, 진단기기 및 방법 개발 등 바이오마커의 산업화는 많은 투자 및 관련 산·학·연의 협력이 필요한데 아직 국내 기업의 규모와 환경은 매우 열악한 실정이며 국가 차원의 정책적 지원, 대기업의 참여, 기존 기업의 선택과 집중을 통한 혁신적 노력이 절실하다[10].

4. 맺음말

기존의 암 진단방법은 조직 샘플을 채취하거나 대장 내시경 검사 등의 침습적인 방법에만 의존해 왔었다. 혈액을 포함해서 액체 생체검사(Liquid Biopsy)는 비침습적인(Non-Invasive) 방법으로 혈액 등의 비교적 간편하게 추출할 수 있는 체액 검사만으로 신체 부위별 혈액 내에 존재하는 암세포 유래 DNA를 분석하여 암 발생 및 전이 등에 대한 상세한 관찰에 대한 높은 가능성으로 기존의 침습적인 진단 및 검사방법의 대안으로 주목되고 있다.

최근 비록, 암 발생의 과정과 관련된 분자생물학적, 유전학적 변화에 대한 괄목할만한 연구 발전 및 관련 연구가 폭발적으로 이루어짐으로 인해, 민감도와 특이도가 높은 바이오마커들이 개발되었으나, 더욱 높은 민감도와 특이도를 가지는 바이오마커의 개발이 필요하다. 또한, 실제적으로 CTC, ctDNA, 미소낭포, 엑소좀 등은 바이오마커로써 잠재력이 크고 진단에 활용될 가능성은 있지만 아직 질병과의 코디네이션이 떨어져서 실제적으로 진단에 활용되기까지에는 많은 시간이 소요될 수도 있다.

진단, 분류, 예후, 약물반응을 효율적으로 평가할 수 있는 바이오마커의 개발 및 대규모의 재현성 있는 임상적 결과를 통한 검증이 이루어진다면, 바이오마커가 치료와 진단에 새로운 장을 열어감에 있어서 핵심역할을 할 것으로 기대되며, 나아가 조기에 암 진단 및 맞춤형 치료를 비롯한 치료와 진단에도 활용가능할 것이며, 빠른 시일 내에 이러한 실용적 바이오마커의 발굴이 이루어지기를 기대해 본다.

5. 참고문헌

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전봉현(2017). 혈액을 이용한 질병 진단 바이오마커 발굴 동향. BRIC View 2017-T24. Available from https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=report&id=2767 (Jun 20, 2017)
* 자료열람안내 본 내용은 BRIC에서 추가적인 검증과정을 거친 정보가 아님을 밝힙니다. 내용 중 잘못된 사실 전달 또는 오역 등이 있을 시 BRIC으로 연락(member@ibric.org) 바랍니다.
 
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