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Antisense oligonucleotide를 이용한 치료제 시장 및 기술 동향
Antisense oligonucleotide를 이용한 치료제 시장 및 기술 동향 저자 박도현 (EPFL)
등록일 2022.03.02
자료번호 BRIC VIEW 2022-T03
조회 4188  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
요약문
Antisense oligonucleotide는 단일 가닥의 oligonucleotide로서 타깃 pre-mRNA 혹은 mRNA에 결합하여 타깃의 분해, isoform-switching 그리고 translation 억제 등의 방법을 통하여 타깃의 발현을 조절하는 메커니즘을 지닌 약물이다. 염기서열에 기반한 약물로서 유전적 변이를 가진 타깃에 대한 높은 선택성을 가지고 있지만 조직 분포 등의 단점 역시 가지고 있는 약물이다. 이 리뷰를 통해 ASO의 장점을 극대화하려는 기술적 시도와 이를 바탕으로 한 약물의 개발과 승인을 다룰 예정이며 ASO 기술이 나아갈 방향을 살펴볼 수 있는 관점을 제시하고자 한다.
키워드: RNAi, ASO, Antisense oligonucleotide, RNA
분야: Pharmacology, Biotechnology

목 차

1. 서론
2. RNAi vs ASO
3. ASO 시판 승인 및 시장 현황
4. 화학적 변형
  4.1. PS, 2’-O-Methyl & 2’-O-methoxyethyl
  4.2. PMO (Phosphorodiamidatemorpholino)
  4.3. BNA (bridged nucleic acid)
5. ASO의 장점
6. ASO의 도전
7. 결론
8. 참고문헌


1. 서론

질병을 치료하기 위해 타깃 분자를 조절하는 방법은 유전자부터 단백질까지 다양한 단계에서 이루어질 수 있다 (그림 1). DNA 단계에서는 cripsr-cas9을 통한 편집 방법이 편의성이나 진보성에서 앞서고 있고 단백질 수준에서는 small molecule을 이용한 orthosteric, allosteric 약물과 항체, 단백질 약물에 더해서 ubiquitin-proteasome을 통한 단백질 분해 메커니즘을 가진 TPD (tar-get protein degrader) 분야가 주목을 받고 있다. mRNA에서는 siRNA를 이용해 타깃 mRNA를 분해하는 방법과 이 리뷰에서 다룰 ASO (antisense oligonucotide)를 사용한 타깃 pre-mRNA, mRNA 조절 메커니즘이 제시되고 있다. 최근에는 RNA의 2차 구조를 인식하여 타깃 하는 small molecule 개발 시도도 이루어지고 있다. RNA를 타깃 하는 약물들은 다른 단계를 타깃 하는 약물에 비해 여러 장점을 가질 수 있다. mRNA는 지속적으로 새롭게 만들어지기 때문에 타깃 분자를 mRNA 수준에서 조절할 경우 비가역적인 조절 방법인 TALEN이나 CRISPR-Cas9보다 안정성 측면에서 장점을 취할 수 있다. 또한 기존 항체 의약품이나 small molecule을 이용한 단백질 조절 약품들은 단백질 구조에 따라 혹은 단백질의 위치에 따라 약물 개발이 제한적인 반면 mRNA 타깃 약물의 경우 서열에 상보적인 약물을 통해 선택성을 높일 수 있다. 특히 염기서열에 기반한 약물의 특성상 mutation이나 SNP에 선택적인 약물 개발도 가능해 맞춤형 의약품(personalized medicine)의 개발도 가능하다.


유전자 발현의 각 단계별 타깃 약물의 modality
그림 1. 유전자 발현의 각 단계별 타깃 약물의 modality


mRNA를 조절할 수 있는 방법은 RNAi, ASO (Antisense oligonucleotide), ADAR (Adenosined deaminases acting on RNA) 등이 있다. RNAi는 세포 내의 AGO2 콤플렉스를 이용하여 타깃 mRNA를 분해하며 ASO는 RNAse H 의존적/비의존적 타깃 분자의 분해와 splicing factor 단백질의 결합 방해를 통해 splicing modulation을 만들 수 있다. 또한 ribosome blocking을 통한 translation 억제도 가능하다. ADAR은 mRNA 수준에서 editing이 가능한 기술이다. 이번 동향에서는 제약산업에서 ASO가 갖는 시장성과 화학적 변형(modification)에 따른 ASO의 종류 및 적용된 약물에 대해 소개를 할 것이다. 또한 이를 바탕으로 ASO의 장점과 한계점을 명확히 하여 ASO가 나아가야 할 방향에 대해서 제시하고자 한다.

2. RNAi vs ASO

RNAi와 ASO 모두 oligonucleotide들의 상보적 결합을 기반으로 타깃 mRNA를 조절한다. RNAi의 경우 double-stranded oligonucleotides로 이루어져 있으며 타깃 mRNA를 분해하기 위해 세포 내에서 AGO2를 포함하는 RISC (RNA-induced silencing complex)와 결합을 필요로 한다. 이 결합으로 인해 먼저 passenger strand가 분해되며 남아 있는 antisense strand가 타깃 mRNA와 결합하게 된다. 이후 역시 RISC가 타깃 mRNA를 분해함으로써 이 모든 과정이 마무리되게 된다 (그림 2A). 이러한 RNAi 기술을 바탕으로 신약개발을 하는 회사는 미국의 Anylam과 Arrowhead 등이 있으며 한국에는 Olix와 siRNAgen 등이 있다.

ASO는 single-stranded oligonucleotide를 기반으로 한다. 따라서 RISC 등의 다른 요소의 개입을 필요로 하지 않고 타깃 mRNA 혹은 pre-mRNA에 곧바로 결합하여 작용한다. ASO는 RISC와 같은 세포 내 구성요소들을 이용하지 않기 때문에 안정성, 결합력 그리고 세포 투과력을 증가시키는 여러 가지 화학적 변형(modification)이 가능하고 이를 통해 RNAi가 갖는 한계를 극복할 수 있다. 최근에는 2’-O-methyl이나 2’F-Fluoro가 적용된 Onapatro처럼 RISC에 사용될 수 있는 화학적 변형이 RNAi에도 적용되고 있지만 AOS는 더 자유로운 화학적 변형을 줄 수 있다는 우월성이 있다. ASO는 RISC를 이용하지 않아도 되는 자유로움 때문에 isotype switching, 단백질 번역(translation) 억제 등 다양한 방식을 통해 타깃 분자를 조절할 수 있다 (그림 2B). ASO를 기반 기술로 가진 회사는 해외에 IONIS와 SAREPTA 등이 있으며 국내에는 시선테라퓨틱스, 올리패스 등이 있다.


RNAi와 ASO의 메커니즘 및 관련 바이오텍
그림 2. RNAi와 ASO의 메커니즘 및 관련 바이오텍


3. ASO 시판 승인 및 시장 현황

RNA를 대상으로 하는 치료제 시장은 점점 커지고 있는데 2020년 RNA를 타깃 하는 회사들의 기업 공개(IPO) 규모는 5,000억 원에 달했다. 매출 규모도 점점 커지고 있으며 2015년 2조 원에서 2020년 약 4조 원으로 두 배가 뛰었다. ASO를 이용한 약물의 개발 단계 중 항암제 분야가 1위이고 그다음으로 신경 질환과 심장, 대사 질환이 각각 2위와 3위를 잇고 있다. 승인된 ASO 약물들 중 연간 매출액 1위는 Ionis의 Spinraza이다. SMA (spinal muscular atrophy)의 치료제이며 2020년 23억 달러의 매출을 나타내 ASO 약물 중 최초의 블록버스터가 되었다. 2위는 4억 2천 달러의 매출을 보인 Sarepta의 Exondys51로 근육 질환인 DMD 환자를 대상으로 하는 약물이다. 이처럼 시판되는 약물의 판매는 근육, 신경 질환에서 높기 때문에 앞으로 ASO 개발 방향도 이 분야에 집중될 수 있음을 엿볼 수 있는 대목이다 [1]. 지금까지 FDA와 EMA에서 승인받은 약은 1998년 승인받은 Ionis/Novartis의 Fomiversen (Cytomegalovirus tentis 치료제)를 시작으로 총 9개가 있다. 이 중 가장 먼저 승인받은 Fomiversen과 Mipomersen은 각각 차기 치료제 승인과 부작용으로 인해 시장에서 철회되었다. 승인받은 약은 모두 Ionis와 Sarepta가 개발하였으며 이 외에 1인 맞춤 의약으로 승인받은 Milasen이 있다 (표 1).


표 1. FDA와 EMA에 승인 및 시판된 약물들의 리스트
FDA와 EMA에 승인 및 시판된 약물들의 리스트


4. 화학적 변형

RNA oligonucleotide는 체내의 RNAse의 공격과 다양한 화학적 상황이 연출되는 체내에서의 안정성이 떨어진다. 따라서 oligonucleotide의 안정성을 높이기 위한 다양한 화학적 변형이 이루어져 왔다. 이러한 변형은 backbone, nucleobase 그리고 2’-Ribose ring 등 모든 구조적 위치에서 만들어졌다. 이를 통해 안정성이 향상되었고 타깃 RNA와의 결합력(affinity)과 세포 투과력의 증가까지 이루어졌다. 따라서 이론적으로는 RNAi보다 우수한 물성을 지니게 되었고 실제 liposome, LNP (lipid nano particle) 등의 약물 전달 시스템(drug delivery system) 도움이 없을 경우 동일 농도에서 RNAi보다 높은 효능을 보여주고 있다. [2]

4.1. PS, 2’-O-Methyl & 2’-O-methoxyethyl

RNAse에 의해 phosphodiester 본드가 끊어지는 것을 막기 위해 phosphate에 결합한 ox-ygen 중 하나를 sulfur로 바꾼 형태이다. 이러한 변형을 Phosphotioate라고 부르며 이 변형에 의해 nuclease 저항성을 갖게 된다. 이에 더하여 Sulfur는 oxygen보다 크기가 크기 때문에 구조적 변화를 일으키게 되어 타깃 RNA에 좀 더 강하게 결합하게 만든다. 2’-O-Methyl (2’-O-Me)와 2’-O-methoxyethyl (2’-O-MOE)는 ribose ring의 2번 탄소에 잔기를 붙인 형태이다. 이러한 변형은 nu-clease에 의한 공격을 막아주며 동시에 타깃 mRNA과의 결합을 증가시킨다(∆2’C Tm). 또한 이 두 변형들은 ASO가 생체 내에 주입되었을 때 일으키는 면역반응을 완화시켜 Anti-drug antibody (ADA) 생성에 의한 부작용을 줄이는 역할을 한다 (표 2). Ionis는 이 PS, 2’-O-Me와 2’-O-MOE를 적극적으로 활용하여 약물을 개발하고 있다.

1) Gapmer
Gapmer는 16~24mer로 이루어진 single stranded oligonucleotide로서 RNAse H에 의해 타깃 mRNA를 분해하는 기작을 가지고 있다. 구조적으로 oligomer 중간에는 PS로 변형된 DNA가 수 mer로 자리 잡고 양쪽 끝에는 PS/2’-O-MOE 혹은 PS/2’-O-ME로 변형된 nucleotide가 각 수 mer씩 위치하게 된다. 이런 변형을 가진 ASO가 상보적 염기서열을 가진 타깃 mRNA가 결합하게 되면 DNA와 RNA의 비정상적인 결합으로 인식돼 RNAse H가 불려 오게 되고 중간에 PS만 변형된 위치를 절단함으로 타깃 mRNA를 없애게 된다 (그림 3).


표 2. PS, 2’-O-Me 와 2’-MOE 변형
PS, 2’-O-Me 와 2’-MOE 변형


RNAse H는 우리 몸의 조직 전체에 걸쳐 분포되어 있기 때문에 조직 선택적으로 작용하지 않고 모든 장기에 있는 mRNA를 타깃 할 수 있다. RNAs H 발현 레벨을 세포마다 다르나 타깃 mRNA 분해 효능과 상관성이 있지는 않다는 것이 알려졌다. 초기에는 세포질(cytosol)에 위치한 RNAse H가 타깃을 분해할 것으로 생각되었으나 최근 리포트에 따르면 핵(nucleus)에 있는 RNAs H가 pre-mRNA 단계부터 분해를 하고 그 부분이 상당히 크다는 것이 제시되었다.


Gapmer의 구조
그림 3. Gapmer의 구조


Tegsedi
성분명 Inotersen인 Tegsedi는 Ionis에서 개발한 Gapmer로 유전 질환인 hATTR의 치료를 목적으로 하는 약이다. hATTR은 TTR 유전자의 돌연변이로 인해 발생한다. 정상적인 TTR 유전자는 transthyretin을 발현하며 tetramer를 이루게 된다. Mutation이 일어날 경우 tetramer가 monomer로 쪼개지게 되며 misfolded transthyretin이 서로 엉기어 단백질 응고체를 형성하고 조직에 축적된다. Tegsedi는 S.C. injection (300 mg)을 통해 투여되며 TTR 유전자의 발현 줄여 질병을 치료한다. Tegsedi의 염기서열과 화학적 변형은 다음과 같다. : TCMTTG GTTACMATGAA ATCMCMCM (M: 5-methyl cytosine; underline:2’-O-MOE) [3]. Throm-bocyopenia와 glomedulonephritis와 같은 부작용이 일부 보고되기는 하였으나 2018년에 FDA에 승인되었다. 효과적인 치료제이지만 RNAi 약물 개발사인 Alnylam의 Onpattro가 출시되며 경쟁이 심화되었고 2019년 2분기 총판매액에서 3,800만 달러의 Onpattro에 비해 뒤진 1,000만 달러에 그쳤다. 또한 Pfizer의 small molecule인 Vyndaqel 출시에 의해 경쟁이 더욱 심화되었다.

2) Non-degradable ASO
또한 PS, 2’-O-Me나 PS, 2’-O-MOE를 oligonucleotide 전체에 적용하면 RNAs H에도 저항성을 갖게 된다. 이렇게 변형된 oligonucleotide는 타깃 mRNA에 결합하여 ribosome의 진행을 구조적으로 막게 되어 translation을 억제하게 되고 이 현상이 지속될 경우 no-go-decay에 의해 target mRNA의 분해도 일어나게 된다. 또한 splicing factor의 결합 부위나 splicing을 제어하는 intrinsic sequence에 상보적으로 설계할 경우 pre-mRNA의 splicing을 조절하여 isoform switching을 할 수 있다 (그림 4)


on-degradable ASO의 구조
그림 4. Non-degradable ASO의 구조


Spinraza
성분명 nusinersen은 Ionis에서 SMA (spinal muscular atrophy)를 치료하기 위해 개발한 약으로서 2018년 FDA에서 승인되어 Biogen에서 판매하고 있다. SMA는 신경-근육질환으로서 점진적인 근육 기능 감소와 이로 인한 횡격막 기능 이상으로 인해 호흡 불가능 상태가 되어 사망에 이를 수 있다. 유전질환이기 때문에 유아 시기부터 발병하며 성인이 되기 전 사망률이 매우 높은 질환이다. SMN1 유전자의 돌연변이로 인해 7번 exon의 skipping이 발생하여 불완전한 단백질이 생성되어 근육의 이상을 초래한다 (그림 5). SMN2는 기본적으로 7번 exon이 빠지게 되는 sequence를 가졌지만 SMN2의 copy number가 클수록 SMA 환자의 증상이 약하다는 연구결과를 바탕으로 SMN2에서도 일부 효과적인 단백질이 만들어진다는 사실을 알게 되었다. 이를 바탕으로 SMN2의 intron splicing suppressing sequence에 물리적으로 결합할 수 있는 ASO를 설계하였고. SMN2에서 exon7을 포함하는 온전한 단백질의 생성을 가능하게 하는 메커니즘을 바탕으로 개발되었다. Nusinersen은 모든 monomer가 PS, 2’-O-MOE로 변형이 되어있고 따라서 RNAse H를 비롯한 모든 RNAse에 저항성을 가진다. Spinraza의 시퀀스는 TCMACMTTTCMATAATGCMTGG (M: 5-methyl cytosine; underline:2’-O-MOE). Spinraza의 투여는 스스로 걷거나 심지어 앉을 수 없는 SMA의 환자들의 88%를 독립적으로 걸을 수 있게 하고 100%의 환자를 지지대 없이 앉을 수 있게 하였다 [4]. 18개월 이전 치사율 95%인 SMA의 획기적인 치료제로서 승인된 매년 4억이 넘는 치료비에도 불구하고 ASO 중 유일한 블록버스터 약물이 되었다. 하지만 Spinraza의 시장 점유율은 점점 낮아지고 있는데 그 이유는 AAV 기반 약물인 Zolgensam와 경구투여가 가능한 small molecule인 Evrysdi가 승인을 받아 시판되고 있기 때문이다. Spinraza는 매출액이 2019년 3Q 6,269억 원에서 2021년 2Q 5,730억 원으로 감소한 반면 Zolgensma는 같은 기간에 1,834억 원에서 3,610억 원으로 매출이 성장하였다. Biogen은 이에 맞서 Spinraza가 다른 약물에 비해 투여 가능 나이가 가장 낮은 점을 장점으로 내세워 점유율을 유지하려 하고 있다.


SMA의 유전적 원인과 Spinraza의 메커니즘
그림 5. SMA의 유전적 원인과 Spinraza의 메커니즘


4.2. PMO (Phosphorodiamidatemorpholino)

PMO는 핵산의 base 부분은 변화가 없고 ribose ring이 methylenemorpholine으로 대체된 형태를 가진다. 또한 phosphate가 phosphorodiamidate로 형태가 바뀌었다 (표 3). 이러한 변형은 RNAse H를 포함하는 nuclease에 저항성을 만들고 타깃 분자에 대한 결합력을 증가시킨다. 하지만 solubility가 낮고 세포투과력과 타깃 억제력이 2’-O-MOE보다 낮다고 보고 되어있다 (표 3). 혈청 단백질 결합률이 10% 이하이기 때문에 체내 소실률이 높은 것도 단점이다. Sarepta therapeutics는 이런 PMO를 활용하여 약물을 개발하고 있다. 모든 포트폴리오는 근육 질병인 DMD (Duchenne muscular dystrophy)로 이루어져 있으며 2016년 Exondys51을 필두로 Vyondys53과 Amondy45의 승인되어 총 3개의 DMD 치료제가 시판되고 있다 [9]. DMD는 근육세포 내의 cytoskeleton과 세포 바깥의 basal lamina를 연결하는 구조 단백질로써 근육의 움직임에 필수적인 단백질이다. DMD는 DMD 유전자에 nonsense mutation이 생겨 발생되는 질환으로 점진적인 근육 기능 쇠퇴 특히 횡격막 기능의 감소로 인해 20대 이전 사망률이 아주 높은 유전병이다. Sarepta therapeutics의 약물은 monomer 전체가 PMO로 이루어진 oligomer로서 RNAse에 저항성을 가진다. DMD mRNA에 결합하여 splicing factor의 결합을 막아 exon skipping을 유도한다. 이 결과 frameshift가 발생하여 premature stop codon이 없어지고 WT dystrophin보다는 짧지만 충분히 기능할 수 있는 dystrophyn이 만들어지게 된다 (그림 6). PMO는 다른 변형에 비해 세포 투과력은 낮지만, 근육 투과력이 높기 때문에 이용되고 있다. Sarepta의 exondys51의 승인은 큰 논쟁거리였는데 임상시험의 작은 규모와 낮은 효능 때문이었다. 임상시험에서는 대조군으로 환자 대신 환자들의 historic 데이터를 썼고 환자군도 십 수명으로 수가 적었다. 임상시험 결과(NCT01396239/NCT0154049) 180일의 투여 기간 후에 dystrophin의 단백질 양은 정상의 1% 내외로 머물렀으며 6-min walk test에서도 유의미한 변화를 관찰하지 못했다 [5]. 그럼에도 불구하고 승인된 것은 지금까지 치료제가 없는 unmet need가 아주 큰 질병이기 때문이다. Exondys51의 승인 이후 Sarepta는 PPMO개발 등의 약물 개선을 통해 효능을 높이고 있다 (challenge 부분에서 다룸).


표 3. PMO의 구조와 특징
PMO의 구조와 특징

DMD 환자에서 나타난 유전적 변화 및 Etiplirsen의 작용 방법
그림 6. DMD 환자에서 나타난 유전적 변화 및 Etiplirsen의 작용 방법


4.3. BNA (bridged nucleic acid)

BNA는 ribose ring의 2번과 4번 탄소를 잇는 링커를 통해 nucleotide의 움직임을 제한하고 특정 각도로 고정하는 역할을 한다. 이를 통해 타깃 RNA와의 결합력이 높아지고 궁극적으로 낮은 농도에서도 약물이 작용할 수 있게 도와준다.(∆2~8’C T m증가) BNA는 LNA (locked nucleic acid), cEt (2′,4′-constrained 2′-O-ethyl) 그리고 ENA (2′‐O,4′‐C‐ethylene‐bridged nucleic acid)가 알려져 있다 (표 4). cEt는 Ionios에서 차세대 기술로 개발하고 있는 modification이다. 현재 BNA를 이용해 승인된 약물은 없으나 liposome으로 전달된 GRB2를 타깃 하는 LNA gapmer가 phase I 스터디에서 41명의 AML 환자 중 3명이 CR을 보인 결과는 보고되어 있다 [6].


표 4. BNA의 구조와 특징
BNA의 구조와 특징


5. ASO의 장점

ASO가 다른 small molecule, 항체 등 다른 modality과 구별되는 장점을 가장 잘 드러내는 사례는 Milasen의 개발이다. Milasen은 오직 한 환자를 위해 개발되었는데 그 환자는 6세의 여아로 유아기 때부터 원인을 알 수 없는 잦은 넘어짐, 발작, 호흡곤란 등의 증세를 나타내다 6세에 실명에 이름으로써 병원에 입원하여 집중 검사를 받게 되었다. EEG, EM 분석, Genetic panel test와 전장 유전체 분석 등을 통해 Batten병 진단을 받았으며 전장 유전체 분석 결과 batten병과 관련이 높은 MFSD8 유전자의 exon6과 exon7 사이에 i6-SVA 삽입 돌연변이가 발생함을 알 수 있었다. 이 돌연변이로 인해 MFSD8의 비정상적인 splicing이 일어나게 되어 stop codon이 발상하게 되어 기능을 할 수 없는 단백질이 만들어진다 (그림 7). 이를 막기 위해 2’-OMe와 2’-MOE를 활용하여 SVA 영역을 물리적으로 막을 수 있는 ASO를 설계하였다. 총 9개의 시퀀스 중 정상적인 splicing을 만드는 비율이 가장 높은 TY777 (2’-MOE)이 선정되었다. 바로 진행된 임상에선 독성을 살피기 위해 매주 3.5mg부터 42mg까지 dose escalation이 진행되었고 투여 119일부터는 42mg으로 300일까지 투여가 이루어졌다. PK측면에서 dose 기간이 증가함에 따라 척수의 milasen의 농도가 비례해 증가함을 볼 수 있었고 효능 측면에서도 하루 최고 30회 가까운 발작이 10회 이하로 줄어듦을 볼 수 있었다 [7]. 이러한 milasen의 개발은 환자의 진단부터 약물의 첫 투여까지 총 15개월 남짓밖에 걸리지 않았다. Milasen을 투여받은 환자는 투여 후 수년 후에 결국 사망하였지만, 발병 후 늦은 치료 시기가 치료의 한계로 지적되는 것만큼 ASO의 환자 맞춤형 의약품에 대한 관심은 커지고 있다. 결론적으로 1) 비정상적인 splicing을 돌릴 수 있는 가장 직관적인 방법 2) 환자 맞춤형 약물 설계 3) 빠른 약물 설계 및 투여로 점철된 Milasen은 ASO가 다른 modality에 비해 갖는 장점을 극명히 보여주는 예라고 할 수 있다 (그림 8).


Milasen의 메커니즘
그림 7. Milasen의 메커니즘


Milasen 개발 타임라인
그림 8. Milasen 개발 타임라인


6. ASO의 도전

유전자/Mutation 선택적인 조절의 가능성 그리고 빠른 약물 설계 등의 특징은 undruggable 타깃의 druggable 하게 만들어 다른 약물과 구별되는 장점을 가지게 한다. 하지만 이와는 반대로 큰 약물 사이즈로 인해 구강 투여가 어려운 점, 조직 및 세포 투과도가 낮은 점, 신체 내에서 ADA (anti-drug antibody)가 발생하는 점은 단점으로 작용할 수 있다.

GalNAC
GalNAC은 galnactose에서 유래된 당아미노산으로 ASGR1과 ASPGR 수용체에 결합력이 높다. 이들 수용체는 간세포에서 발현이 높기 때문에 GalNAC이 conjugation 된 분자는 간세포의 ASGR1/ASPGR과 결합하게 되고 endocytosis를 통해 세포 안으로 들어가게 궁극적으로 간으로의 약물 전달이 가능케 된다 (그림 9). 이로 인해 GalNAC이 conjugation 되어 있는 ASO는 mouse에서는 7배, 사람에게서는 30배까지 효능이 증가하였다. 이러한 특징을 활용하여 ASO뿐 아니라 siRNA에도 GalNac을 활용한 약물 개발이 늘어나고 있다 [10].


GalNC의 구조
그림 9. GalNC의 구조


PPMO
PMO 자체는 세포 투과력과 조직 투과력이 아주 낮다. 근육 투과력은 다른 조직에 비해 높은 편이지만 Eteplirsen의 1% 미만 정상 단백질 발현 효능에서 나타나듯 PMO의 낮은 투과력으로 인한 효능 저하는 사실이다. PMO의 낮은 투과력은 PMO의 중성 전기력에 어느 정도 기인하기 때문에 양성 전기력을 띄는 R residue를 PMO 말단에 부착하는 시도가 있었고 이를 PPMO(Pip-PMO)라 명명하였다 (그림 10). PPMO는 rat이나 cynomolgus monkey에서 신장독성이 어느 정도 나타나긴 했지만 DMD 환자에 투여되었을 경우 정상 단백질 발현을 6.55%까지 끌어올릴 수 있었다. 이는 이론상 목표 수치인 10%에 근접하고 0.59% 정상 단백질 발현을 보인 Eteplirsen보다 10배 이상 높은 수치이다. 이번 동향에서는 다루지 않았지만, 간과 근육뿐 아니라 폐 등의 조직을 특이적으로 타깃 할 수 있는 기술들도 많이 보고되어 있다 [9].


PPMO의 구조
그림 10. PPMO의 구조


경구투여
지금까지 승인된 모든 ASO는 Subcutaneous, intrathecal, intravenous 등 주사를 통한 투여만이 가능했다. 경구투여가 가능하다면 환자의 편의성이 아주 좋아지기 때문에 경구투여를 가능하게 하는 연구들이 활발히 이루어졌다. 하지만 ASO 자체의 큰 전기력과 친수성이 높은 물성, 그리고 본질적으로 가지고 있는 적은 장 투과성은 ASO가 경구투여되기 어렵게 하였다. 최근 IONIS에서는 진보된 ASO의 변형 기술과 제형을 기반으로 경구투여가 가능한 AOS를 보고하였다. 이 약물은 Astrazeneca와 협력하에 PCSK9를 타깃 하여 고 콜레스테롤 환자를 치료하려는 약물이다. 이 약물의 경구투여 전략은 다음과 같다. 1) 장 투과력을 높여줄 Sodium Carpate로 제형을 만들어 bio availability를 10%까지 올린다. 2) 낮은 농도로도 효능을 높일 수 있는 cEt 변형을 사용한다. 3) GalNAC를 이용하여 간의 약물 농도를 높인다. 이 결과 20mg을 경구투여했을 때 S.C.로 1mg을 주입했을 때와 비슷한 간내 약물 농도를 얻을 수 있었고 하루 28mg 이상으로 7일간 투여했을 때 PCSK9의 레벨을 50% 이하로 낮출 수 있었다 [8].


7. 결론

ASO는 수십 년에 걸쳐 화학적 변형, conjugation 개발 등을 통해 타깃에 대한 결합력을 높이고 조직 투과도를 높이는 지속적인 개량이 이루어졌다. RNAi와 AAV 그리고 small molecule 등 다른 modality 약물들과의 경쟁도 갈수록 치열해지지만, 환자 맞춤형 치료제를 빠른 시간 안에 설계할 수 있다는 장점은 다른 약물과 비교해서 경쟁 우위를 갖게 한다. 여전히 약물의 투여 방법과 조직으로의 이동이 small molecule에 비교했을 때 제한적인 만큼 이 부분에 대한 기술 개발이 활발히 진행될 것으로 예상되며 질병의 측면에서도 환자 맞춤형 약물이 가능한 만큼 희귀 질환이나 신경질환에서 더 큰 강점을 나타낼 것으로 예상된다.


8. 참고문헌

==>첨부파일(PDF) 참조

 

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박도현(2022). Antisense oligonucleotide를 이용한 치료제 시장 및 기술 동향. BRIC View 2022-T03. Available from https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=report&id=3998 (Mar 02, 2022)
* 자료열람안내 본 내용은 BRIC에서 추가적인 검증과정을 거친 정보가 아님을 밝힙니다. 내용 중 잘못된 사실 전달 또는 오역 등이 있을 시 BRIC으로 연락(view@ibric.org) 바랍니다.
 
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