유전자 치료 발전: 새로운 전달 플랫폼, 제조 성장 및 전임상 데이터
새로운 AAV 및 MSC 기반 전달 시스템이 전임상 연구에서 유전자 치료를 발전시키는 가운데, 해당 분야는 비바이러스 플랫폼으로 전환되고 있다. 유전자 치료 이용률은 42% 증가했고, 회원 1인당 연간 지출은 2022년부터 2024년까지 두 배로 늘었다.
연구진은 각막 내피 기능 장애를 위한 새로운 DES-AAV-Foxo1 시스템과 복막 중피종을 위한 레트로바이러스 복제 벡터의 MSC 기반 전달에 있어 유전자 치료 전달의 진전을 보고했다. 한편 해당 분야는 지질 나노입자와 같은 비바이러스 플랫폼으로 전환되고 있다. 미국 내 3억 명을 대상으로 한 건강 데이터 세트의 추세에 따르면, 유전자 치료 이용률은 42% 증가했고 회원 1인당 연간(PMPY) 지출은 2022년부터 2024년까지 두 배로 늘었다. 세포 및 유전자 치료 위탁 제조 시장은 2026년 43억 1천만 달러에서 2031년 90억 8천만 달러로 확대될 것으로 전망된다.
모든 유전자 치료와 대부분의 세포 치료는 유전 물질을 환자의 세포에 전달하기 위해 일반적으로 AAV 또는 렌티바이러스와 같은 바이러스 벡터에 의존하며, 벡터 생산은 업계에서 가장 큰 용량 제약 요인이다. Lonza는 수요를 충족하기 위해 2024년과 2025년에 휴스턴과 스위스 비스프에 있는 전용 바이러스 벡터 시설을 약 50% 확장했다. 2024년에는 Novo Holdings가 CDMO 역사상 최대 규모인 165억 달러에 Catalent를 인수했으며, Thermo Fisher는 자체 벡터 제조 인프라에 별도로 20억 달러 규모의 4개년 자본 프로그램을 투입했다. 삼성바이오로직스 및 Charles River Laboratories와 함께 이 5개사는 현재 전 세계 벡터 생산 수익의 대부분을 차지한다.
해당 분야는 임상적 관점에서 가장 성숙한 기술인 바이러스 벡터에서 벗어나, 광범위하게 조정 가능한 생화학적 특성과 우수한 안전성 프로파일을 지닌 지질 나노입자(LNP) 및 세포외 소포(EV)와 같은 비바이러스 시스템으로 전환되는 패러다임 변화를 겪고 있다. AAV 벡터는 높은 형질도입 효율과 지속적인 발현으로 인해 생체 내 유전자 전달의 임상적 기준점으로 남아 있다. 그러나 제한된 운반 용량, 면역원성, 유전독성 위험을 포함한 이들의 한계는 차세대 시스템이 극복해야 할 경계를 정의한다. 임상 시험 데이터에 따르면 바이러스 벡터를 사용한 유전자 치료는 일부 환자에서 유전독성, 특히 종양유전자를 활성화할 수 있는 삽입 돌연변이를 유발할 수 있다. 현재 FDA 승인을 받은 LNP 기반 유전자 치료제는 없지만, 다수가 임상 시험 중에 있다.
치료제 개발 분야는 오늘날에도 여전히 종양학 중심이지만, 희귀질환을 위한 유전자 치료는 그 뒤를 잇는 가장 빠르게 성장하는 부문으로, 이전에는 전혀 치료 옵션이 없었던 질환에 대한 규제 승인 속도가 빨라지면서 성장하고 있다. 현재 시장에는 혈우병, 암, 다양한 희귀질환을 치료하는 40개 이상의 유전자 치료 제품이 있다. '2025 세포 및 유전자 치료 보고서: 의학의 미래를 전진시키다'에 따르면, 지난 1년 동안에만 178개의 종양학 중심 약물 후보가 후기 파이프라인에 진입했다. Medicare는 입원 환자 CAR-T 투여에 대해 약 269,000달러를 상환하며, 약 자체는 종종 400,000달러 이상이 소요되는데, 이 격차는 신기술 추가 지불금(New Technology Add-on Payments)으로 부분적으로 메워진다. Johnson & Johnson과 공동 개발 및 판매되는 CAR-T 치료제 Carvykti는 다발성 골수종 환자 10,000명 이상을 치료했으며 2026년 회사 차원의 수익성 달성을 목표로 하고 있다.
연구진은 각막 이식을 기다리는 환자가 약 1,270만 명으로 추산되는 각막 내피 기능 장애를 위해 점성 콜린 염화물-과당 기반 심부 공융 용매(DES)를 담체로 사용하는 AAV-Foxo1 전달 시스템을 설계했다. DES-AAV-Foxo1 전달 시스템은 기존 AAV 전달에 비해 우수한 생체적합성을 나타냈고, 전방 내 체류 시간을 크게 연장했으며, 각막 내피 세포에서 형질감염 효율을 향상시켰다. 동물 실험을 통해 제1형 당뇨병 및 Fuchs 내피 각막 이영양증 마우스 모델에서 각막 내피 펌프 활성을 효과적으로 개선하고 내피 기능 장애를 완화시키는 것이 확인되었다.
알파-만노시드증의 고양이 모델에서, 진행된 질환을 가진 동물을 대상으로 전신 AAV 유전자 치료를 평가했다. 임상 지표의 일부 개선이 관찰되었지만, 이러한 개선은 덜 진행된 질환을 가진 동물에서보다 적었다. 치료를 받은 동물은 치료를 받지 않은 동물에 비해 개선되었지만, 벡터 용량을 늘려도 임상 결과가 더 개선되지는 않았다. 부분 교정은 질환에 걸린 고양이의 수명을 연장시켰으며, 진행성 퇴행성 질환의 경과를 늦추거나 안정시켜 환자에게 의학적으로 유익할 수 있다.
HIV-1 백신의 운반체로 인간 임상 시험에 사용된 재조합 아데노연관바이러스(rAAV) 벡터에 대한 별도의 연구에서, HIV-1 gag를 코딩하는 유전자를 발현하는 rAAV 벡터가 생쥐에서 gag 특이적 CD8+ T 세포를 자극했지만, 이 T 세포는 gag를 발현하는 복제 결함 아데노바이러스 벡터로 부스터 면역접종한 후에도 증식하지 못하는 것으로 나타났다. rAAV 벡터로 유도된 CD8+ T 세포는 증식 능력이 낮았고, gag 자극에 대한 반응으로 IFN-γ를 낮은 수준으로 생성했으며, 면역억제 분자를 상향 조절했다. 증식 능력 손상은 항원을 코딩하는 rAAV 벡터의 지속성 때문이었으며, CD8+ T 세포를 항원이 없는 환경에 두면 회복될 수 있었다. 이 데이터는 rAAV 벡터가 기능적으로 손상된 T 세포를 유도하고 자연 감염에 대한 면역 반응을 약화시킬 수 있음을 시사한다.
암 유전자 치료를 위해 연구진은 악성 복막 중피종의 임상 관련 모델에서 종양 귀소성 중간엽 줄기세포(MSC)를 RRV 운반체로 사용하는 방법을 조사했다. 지방 조직, 골수 및 제대혈에서 유래한 MSC는 중피종 세포를 향한 유의미한 이동을 보였으며, RRV 감염 및 생산을 허용했다. 복막 내 파종성 암 모델에서 MSC/RRV 전달은 종양 내 바이러스 전파를 크게 향상시켰고, 복수 모방 모델에서는 우수한 항종양 효능을 달성하여 강력한 종양 억제와 생존 기간 연장을 가져왔다. RRV 매개 자살 유전자 치료는 교모세포종, 중피종, 폐암, 위암, 췌장암, 난소암 및 골육종을 포함한 다양한 암에서 효능을 입증했다.