- 생물학적 특성 유지한 정확한 생체 내 분포 분석법 개발 

- 엑소좀 생체분포 정량분석법 개발, 임상 근거 제공

- 엑소좀 치료제 개발 가속화 기대

- 미토콘드리아 DNA 활용, 정확한 분포 평가 가능

한국연구재단 등 공동연구팀이 미토콘드리아 DNA를 활용하여 변형되지 않은 엑소좀의 생체 내 분포를 정확히 평가할 수 있는 정량 분석법을 개발, 엑소좀 기반 치료제 임상시험의 과학적 근거를 제공할 것으로 기대된다.

▲세포외소포의 비임상 생체 내 분포 평가

(1) 세포외소포에 존재하는 미토콘드리아 DNA에 대한 분석 방법 개발함으로써, 어떠한 조작도 가하지 않은 세포외소포의 정량분석이 가능해짐. 미토콘드리아 DNA의 12개 부위 중 가장 민감성과 특이성이 좋은 시퀀스를 이용하여 시험법을 구축함.

(2) 세포외소포의 생체 내 분포평가의 시험 절차; 실험동물에 세포외소포를 투여 하고, 부검 후 조직을 채취하여 DNA를 분리 하고, 정량 PCR방법을 통해 분석을 수행함.

(3) 실험동물에 세포외소포를 투여 하였을 때 24시간까지 장기 내 분포를 확인 할 수 있음

그림설명 및 그림제공 : 오송첨단의료산업진흥재단 신약개발지원센터 조영우

매력적인 차세대 신약 후보로 꼽히는 엑소좀* 치료제를 안전하게 개발할 수 있는 새로운 분석법이 개발됐다. 전 세계적으로 아직까지 시판된 적 없는 엑소좀 기반 치료제의 임상에 과학적 근거를 제공한다는 점에서도 주목된다.

*엑소좀(exosome): 세포에서 분비되는 나노크기의 이중지질막 형태로 이뤄진 작은 소포체를 일컫는다. 본래 엑소좀은 세포외소포의 종류 중 하나이지만 신약개발 시장에서는 주로 엑소좀으로 불린다. 

한국연구재단은 오송첨단의료산업진흥재단 조영우, 노영욱 박사 연구팀과 한국기초과학지원연구원 박혜선 박사, 조미영 연구원 연구팀이 공동연구를 통해 엑소좀의 정확한 생체 내 분포평가*가 가능한 정량분석 방법을 개발했다고 밝혔다.

*생체 내 분포평가: 신약의 임상시험 허가를 위한 시험 항목 중 하나로 동물모델 등을 사용해 생체 내 이동 및 분포, 잔존여부를 분석한다. 치료제의 표적 효과와 비표적 효과의 정도를 결정할 수 있는 중요한 시험이다.

엑소좀 기반 치료제는 살아있는 세포에서 분비되는 세포외소포를 분리, 정제해 개발하는 첨단바이오의약품 중 하나로 치료제나 질병 진단 도구, 약물전달체 개발이 활발하다.

하지만 명확한 분석방법이 없어 전 세계적으로 임상시험 진입에 어려움을 겪고 있으며, 엑소좀 치료제가 시판된 사례도 전무하다.

임상시험 허가를 위한 필수 과정인 생체 분포 평가시 친유성염료, 방사선동위원소 등을 사용한 표지법을 기반으로 하는 영상 분석을 주로 사용하고 있으나, 이런 표지 물질이 엑소좀의 자연적인 생물학적 특성을 변형시키는 등 정확한 분석에 한계가 있었다.

본 연구팀은 엑소좀의 생물학적 특성을 유지하면서 생체 내 분포를 정확히 측정하기 위해 단백질이나 RNA를 이용한 분석에 집중했다.

먼저 엑소좀에 미토콘드리아 DNA*가 존재함을 확인하고 이를 분석 대상으로 설정했다. 사람 세포에서 나온 엑소좀을 실험동물에 투여한다면 분석 대상이 명확히 구별될 수 있다는 의미이다.

연구팀은 이 같은 시험법에 따라 변형되지 않은 엑소좀을 검출하고 정량 PCR** 방법으로 분석한 결과, 다양한 세포에서 분리된 엑소좀이 가진 미토콘드리아 양이 차이가 있음을 확인했다.

실제 설치류 꼬리 정맥에 투여한 엑소좀 생체 내 분포 평가에서는 투여 후 모든 장기에 걸쳐 광범위하게 분포하는 것을 검증하고, 기존 영상분석과 정량 PCR방법을 비교 분석해 시험법의 타당성을 입증했다. 

*미토콘드리아 DNA: 세포질의 미토콘드리아에 존재하는 DNA를 말하며, 동물 종 간에 상당한 차이로 인해 많은 연구에서 종 식별을 위한 신뢰할 수 있는 도구로 사용하고 있다. 

**정량 PCR: DNA의 원하는 부분을 복제·증폭시켜 특정 DNA 서열의 양을 추정하는 분자생물학적 기술

조영우 연구원은 “이번 연구는 변형되지 않은 엑소좀의 생체 내 분포를 정확히 평가할 수 있어 엑소좀 기반 치료제 개발에 중요한 정보를 제공할 수 있다”며 “엑소좀 치료제 임상 승인을 신속하게 진행하는데 과학적 근거를 제공할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 바이오‧의료기술개발사업 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 세포외소포 연구 분야 국제학술지 ‘세포외소포지(Journal of Extracellular Vesicles)’에 7월 17일 게재되었다.