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진화하는 백신 개발, 암 정복 ‘도전’

감염성질환·암·알츠하이머 등 美 264개 연구 중
소아 백신 등장으로 총 16개 질병 예방 가능

이헌구 (hglee@pharmnews.co.kr) 다른기사보기 

2017-11-23 오전 6:00 페이스북 트윗터 kakao 목록 보기 프린트

미국제약협회(PhRMA)가 2017 백신 보고서인 ‘백신 : 혁신을 이끌어 내기 위한 과학 활용(VACCINES : HARNESSING SCIENCE TO DRIVE INNOVATION FOR PATIENTS)을 최근 발간, 현존하는 백신 종류 및 연구개발 영역 등을 소개하고 이를 통한 사회경제적 비용 절감 효과를 예측했다.

또한 보고서는 백신 개발 전 과정에 걸쳐 발생하는 다양한 문제점을 진단하고 이에 대한 해결책을 제시했다. 이에 이 보고서의 주요 내용을 정리했다.

치료용 백신 개발 ‘집중’

혁신을 주도하는 제약회사들은 연구 및 개발 생태계 전반에서 이해 관계자들과 협력해 질병을 예방하고 치료할 수 있는 백신을 연구 중이다. 현재 미국의 제약회사들이 질병 예방과 치료를 위해 개발 중인 백신은 264개에 달하는 것으로 파악됐다. 세부적으로 보면 감염성 질환 137건, 암 101건, 알레르기 10건, 자가면역질환 8건, 알츠하이머병 4건, 기타 질병 5건 등으로 집계됐다.

각 백신은 대상으로 삼는 미생물의 유형(바이러스, 박테리아 등)과 백신 접종 인구 및 접종 방법에 대한 고려 사항에 따라 약독화 생백신(live attenuated vaccines), 사백신(inactivated vaccines), 아단위/재조합 백신(Subunit/recombinant vaccines)으로 구분된다.

이와 함께 현재 미국 FDA의 승인을 받은 수지상 세포 백신도 있다. 이 백신은 암세포에 면역 반응을 일으키기 위해 환자 자신의 면역 세포를 사용하는 기전을 가진다.

보고서에 따르면 소아 백신의 등장으로 총 16가지 질병을 예방하고 있는 것으로 나타났으며 이로 인해 미국에서만 총 1조 4천억 달러의 사회적 비용이 절감된 것으로 조사됐다. 또 백신으로 인한 직접의료비용 절감액은 약 100억 달러 정도로 추산됐다.

백신은 전 세계적으로 상당수의 전염병 위협을 줄이고 경우에 따라서는 이를 제거하는 데 중요한 역할을 하고 있다.

실제 미국 질병통제예방센터(CDC)에 따르면 백신의 등장으로 천연두는 박멸됐고 소아마비는 전 세계에서 퇴치를 앞두고 있다. 대부분의 국가에서는 풍진·수두 등 소아 감염병이 줄고 있고 최근에는 여러 종류의 인간유두종바이러스의 감염을 예방하는 백신이 출현하며 자궁경부 및 기타 파괴적인 형태의 암까지 예방하는 추세다.

지금까지 백신은 질병을 예방하는 강력한 도구로 개발돼 왔지만 최근 제약사들은 질병을 치료할 잠재력을 가진 ‘치료용’ 백신 개발에 초점을 맞추고 있다. 치료 백신은 암과 같은 감염 및 질병에 대처하기 위해 신체의 면역 체계를 자극하거나 복원해 작동하는 기전을 가진다.

현재 전염병 외 풀과 두드러기 알레르기를 치료할 수 있는 구강용 치료 백신 3종과 전립선 암 치료 백신 1종이 개발 중에 있는 것으로 나타났다.

고연령층 ‘맞춤형’ 백신 개발 한창

현재 개발 중인 264종의 백신은 모두 임상시험 중이거나 FDA 검토 대기 중인 약제다.

이 중 HIV감염에 대한 예방백신은 환자의 면역계가 HIV를 인식하고 효과적으로 대응할 수 있는 가능성을 제공한다. mRNA 기반의 비소세포폐암(NSCLC) 치료 백신은 환자의 면역계를 동원해 폐암에서 과발현 되는 6개의 특정 종양 관련 항원(면역 반응을 유발하는 종양에서 생성되는 물질)을 표적으로 한다.

알츠하이머병 치료 백신은 베타-아밀로이드 펩티드와 바이러스유사입자(VLP, virus-like particle)를 결합해 베타-아밀로이드 단백질에 대한 항체를 생성하고 플라크 형성을 억제함으로써 해당 질환을 치료하는 역할을 한다.

60세 이상 성인의 호흡기세포융합바이러스(RSV, respiratory syncytial virus) 감염 예방 백신은 바이러스를 ‘모방’하는 한편 자연면역시스템을 활성화시키는 기존의 백신과 다른 기전으로 작동한다. 특히 이 백신은 자연발생면역 보다 더 효과적일 수 있는 유전공학면역 반응을 이끌어 내는 게 특징이다.

아울러 백신 접종의 효과는 나이가 들수록 줄어들 수 있다. 노인들의 경우 면역 반응에 대한 연령과 관련된 변화, 즉 ‘면역노화(immunosenescence)’를 경험한다.

이는 감염과 싸울 수 있는 능력에 영향을 미치며 감염 예방에 있어 백신의 효과에 영향을 줄 수 있다. 이에 제약사들은 현재 고연령층에 대한 맞춤형 백신을 개발 중에 있다. 현재 15개의 잠재적인 백신이 고령자를 대상으로 연구되고 있는 것으로 집계됐다.

파트너십 모색, 백신개발 위험부담 줄여야

백신은 모든 연령대 사람들의 면역 증강과 질병 퇴치에 중요한 역할을 한다. 미국에서는 아동기 백신으로 인해 현재 16개의 질병을 예방하고 있으며 유년기 백신을 통해 1조 4천억 달러의 사회적 비용이 미국에서 절감됐다고 미국질병통제예방센터(CDC)는 추정하고 있다.

특히 태아의 경우, 출생 시 부모로부터 일부 질병에 대한 면역력을 물려 받지만 이는 시간이 지남에 따라 빠른 퇴행 과정을 거치므로 초기예방접종이 질병 예방에 필수적이라는 게 의학계 중론이다.

이처럼 질병에 대한 개별적인 보호를 제공하는 것 외에도 예방 접종은 지역 사회, 특히 예방 접종하기에 너무 어리거나 의학적 이유로 백신을 맞을 수 없는 어린이를 보호하는 데 필수적이다.

특히 어린이의 면역 체계의 경우 상대적으로 불충분한 상태이기 때문에 백신을 처음 접종한 후 시간의 경과에 따라 효능이 떨어지는 것으로 알려져 있다. 이는 바로 제약사들이 최근 들어 ‘부스터’ 개발에 열을 올리는 이유다.

보고서는 면역 체계가 환자의 수명을 단축시키기 때문에 백신은 감염 및 질병을 예방하는 데 있어 앞으로 더욱 중요해질 것이라고 전망했다.

다케다약품의 글로벌 백신 사업부 총괄인 Rajeev Venkayya 박사는 “백신 개발은 길고 복잡하며 비용이 많이 드는 과정으로 성공을 거둔 경험이 풍부한 R&D 조직이 필요하다”고 강조하면서 “신흥 전염병에 대해서는 아직도 많은 과제가 남아 있다. 백신 업계는 미래의 불가피한 전염병 위협에 대비해 정부 및 기타 자금 제공처와의 파트너십을 통해 투자 및 위험을 공유해야 한다”고 말했다.

GSK 미국 백신사업부 Patrick Desbiens 수석 부사장은 “획기적인 백신 기술은 우리의 면역 체계가 노화됨에 따라 발생하는 질병을 예방하는 데 효과적인 대안이 될 것”이라면서 “새로운 백신이 출시되면 성인, 특히 메디케어(Medicare) 프로그램 범위 내에 있는 노년층이 겪을 재정적 장벽을 줄임으로써 백신 접근성 향상에 일조할 것”이라고 강조했다.

낮은 백신 접종률, 경제적 부담 연 153억 달러

백신의 거듭된 발전에도 불구하고 예방 가능한 질병에서의 유병률은 어린이보다 성인에서 더 높게 나타나는 것으로 확인됐다. 실제로 지난 2015년 19세 이상 성인의 절반 이하만이 독감 백신을 접종 받은 것으로 조사됐으며 같은 기간 대상포진 백신을 투여 받은 성인은 30%에 그친 것으로 집계됐다.

이 같은 저조한 백신 접종률은 개인에게 있어 직접적인 영향을 미치는 것 외에도 경제적 부담을 가중시킨다는 측면에서 주목해야 한다. 2013년 한 해만해도 65세 이상 성인을 대상으로 4가지 주요 예방 가능한 질병(인플루엔자, 폐렴 구균 감염, 대상포진, 백일해)에 대한 낮은 백신 접종률이 끼치는 연간 예상 비용은 총 153억 달러인 것으로 나타났다. 경제적 부담은 직접적인 의료비용과 간접비용(생산성 감소, 노동 손실 및 소득 손실 포함)을 모두 포함했다.

보고서는 백신에 대한 더 많은 이해와 접근이 공중보건 향상은 물론, 시간이 지남에 따라 더 많은 의료비용을 감소시킬 것이라고 내다봤다.

특히 성인에서 백신의 유용성과 가치에 대한 인식을 증가시킬 경우 백신 접종률을 높일 수 있다는 분석이다. 아울러 보고서는 백신으로 예방할 수 있는 질병을 방지하기 위해 예방 관리에 대한 광범위한 보험도 적극 제공해야 한다고 강조했다.(도표1) 



백신 접종에 따른 美 공중보건 변화

백신은 공중 보건에서 가장 큰 발전의 일부로 가장 파괴적인 전염병을 억제하는 한편 미국에서 천연두를 근절했다.(도표2) 



FDA 승인까지 10~15년, 약 26억 달러 소요

새로운 백신을 연구하고 개발하는 것은 복잡하고 다각적인 과정을 거쳐야 하며 상당한 시간과 자원 투자가 필요하다.

실제로 후보물질 발견 단계에서부터 FDA 승인까지 새로운 약을 개발하는 데는 평균 10~15년이 소요되며 약 26억 달러의 연구개발비가 투자된다고 보고서는 분석했다. 특히 이 과정에서 FDA 승인을 받고 본격적으로 임상 시험에 진입하는 의약품은 12%에 불과한 것으로 나타났다.

백신도 다른 의약품과 마찬가지로 안전성과 효능에 대한 엄격한 FDA 기준을 충족하기 위해 포괄적인 연구 과정을 거쳐야 하는 만큼 비임상 및 임상 연구 외에도 백신의 순도와 효능을 보장하기 위한 제조 및 저장 계획을 수립하는 연구도 전체 프로세스 안에 포함된다.

다만 백신 연구 개발을 복잡하게 만드는 다양한 고유 과제도 수반된다. 여기에는 개발 프로세스 전반에 걸쳐 과학적, 임상적, 물류적 장애물이 포함될 수 있으며 이는 경우에 따라 더 많은 과제로 확대될 수도 있다.

과학·임상·물류적 장애물 극복 과제

대표적인 과학적 도전에는 진화하는 변종을 예로 들 수 있다. 백신을 만들고 테스트하기 위해 표적 바이러스의 특정 변종을 확인하는 것은 상당한 시간을 요구한다(특히 바이러스가 새로운 위협 일 경우 더욱 그렇다). 그 시간 동안 바이러스 자체가 돌연변이를 일으킬 수도 있으므로 제약사는 다시 밑그림(drawing board)으로 돌아가야 하는 상황에 놓일 수 있다.

또 최근 급속한 의학 발전으로 인해 면역계에 대한 이해가 가속화된 건 사실이지만 여전히 많은 감염성 질환의 복잡성에 대해 해결해야 할 과제가 산재해 있다. 특히 소수의 인구에서 드물게 발생하는 질병에 대해 면역 체계가 어떻게 정상적으로 반응하는지에 대해서 정확한 이해가 요구된다.

아울러 백신에 대한 면역 반응을 사전에 잘 예측하기 위해서는 인간의 면역 체계와 유사하면서 신뢰할 수 있는 비임상 연구 모델이 필수적으로 수반돼야 한다.

임상 과제의 경우 환자 모집을 예로 들 수 있다. 이는 다양한 인구를 모집하는 과정 자체가 백신 연구에 영향을 준다고 보기 때문이다. 특히 백신의 경우 본질적으로 예방 효과를 알아보는 것인 만큼 건강한 사람을 대상으로 임상시험을 실시하기 때문에 여기에 해당하는 환자를 모집하는 일은 어려울 수 있다.

신종 전염병 또는 산발적으로 발생해 바이러스에 감염되는 질병을 연구할 경우 언제 어디서 질병이 발생할지 예측하기 어려운 만큼 제대로 된 지원자를 찾는 것이 어려운 과정으로 꼽힌다.

특히 병원을 자주 방문하지 않는 지역에서는 의료 센터를 방문하는 것과 백신 자체의 안전에 대한 두려움이 있다. 이에 신중하게 설계된 교육 및 홍보 전략, 지역 공동체를 통한 협조 등이 연구 수행 과정에서 환자들의 불신을 극복하는 데 중요한 역할을 할 수 있다.

백신은 미생물을 통해 생성된 생물학적 물질이기 때문에 제품 제조는 매우 복잡한 프로세스를 거치는 게 일반적이다. 여기에는 백신 성분을 생산, 분리 및 정제하고 이 과정을 거친 성분을 저장 및 전달하기 위해 적절한 용액에 혼합하는 등 여러 단계를 거치는 과정을 반복한다.

임상 시험을 위해 대량으로 백신을 제조하는 것은 갑자기 생산 규모를 늘려야 하는 만큼 상당한 시간과 투자가 요구될 수 있다. 이러한 과정을 거쳐 백신이 일단 제조되면 이를 포장, 보관 및 배송해야 한다. 그리고 인도 시 적절한 조건에서 보관하는 게 필수적이다.

대부분의 백신은 안정성을 유지하기 위해 엄격한 콜드 체인(cold chain)이 필요하기 때문에 냉장 상태로 배송 및 보관해야 한다. 권장 범위를 벗어나는 온도에 노출될 경우 백신의 효과가 감소 될 수 있기 때문이다. 노출된 배치(batch)는 폐기돼야 하는 만큼 시간과 자원을 낭비하지 않는 데 주의해야 한다. 아울러 인프라가 갖춰지지 않은 국가에서 콜드 체인을 유지하는 것은 어려울 수 있기 때문에 최근 일부 제약사는 냉장 보관할 필요가 없는 백신 개발에도 착수한 것으로 알려졌다.

화이자 수석 부사장 겸 백신 연구 개발 책임자인 Kathrin Jansen 박사는 “지역사회 감염에 대처하기 위해 현재 후보백신에서 과학적 진보를 이룬 가운데 그룹B연쇄상구균(GBS)과 호흡기세포융합바이러스(RSV)와 같은 감염성 질병에 취약한 신생아를 보호할 기회가 마련될 것”이라며 “다만 숙련된 백신 제조업체가 효과적인 백신 개발에 뛰어 들고 있는 상황에서 개발 일정은 줄어들고 있다”고 언급, 백신 개발에 있어 제약사가 당면한 도전 과제를 설명했다.

연령별 CDC 권장 주요 백신

▷유아(~6세)
신생아는 B형 간염 백신을 처음 접종받은 이후 로타바이러스, 폐렴구균감염, 소아마비 및 b형 헤모필루스 인플루엔자(Hib)를 예방하기 위한 백신을 접종한다. 또한 디프테리아 및 백일해 예방을 위해 복합백신(TDaP)이 제공된다. 1세가 되면 홍역, 볼거리 및 풍진(MMR 백신)을 예방하는 복합백신 외에도 수두와 A형 간염을 예방하는 백신을 접종 받는다. 이들 유아기 백신의 추가 용량은 미성숙 면역계의 면역성을 보장하기 위해 첫 6년 동안 몇 번 더 투여한다.

▷어린이(7~18 세)
독감 예방을 위해 어린이들은 연례 인플루엔자 백신 접종을 해야 한다. 11~12세 사이의 청소년을 대상으로 TDaP 백신과 HPV 및 박테리아 수막염 예방 백신을 접종 받아야 한다.

▷성인(만 19세 이상)
성인은 연례 인플루엔자 백신을 접종 받아야 한다. 특히 10년 주기로 TDaP 백신 부스터 접종을 권장한다. 60세 이상은 대상 포진을 예방하는 조스터(Zoster) 백신을, 65세 이상은 폐렴구균 예방 백신 접종을 권장한다.

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