신약 개발 과정에서 전임상(비임상) 연구는 후보물질이 실제 인체 내에서 유효한 치료 효과를 내는지, 그리고 치명적인 독성이나 부작용은 없는지를 면밀히 검증하는 첫 번째 관문이다. 이 단계에서 어떤 동물모델을 활용해 유의미한 데이터를 도출하는가에 따라 연구 결과의 신뢰성은 물론, 막대한 비용과 시간이 투입되는 임상 1·2·3상의 성공 가능성 자체가 달라질 수 있다. 특히 최근 글로벌 제약·바이오 시장의 트렌드가 표적치료제, 항체치료제, 이중항체, 세포·유전자치료제(CGT) 등 정교하고 복잡한 신약 모달리티(Modality)로 진화하면서, 후보물질의 세밀한 작용 기전을 명확히 검증할 수 있는 질환모델의 중요성은 그 어느 때보다 커지고 있다.
이러한 흐름 속에서 젬크로는 유전자 편집 기술을 활용해 신약 연구에 필요한 맞춤형 마우스 모델을 개발하고 전임상 연구 인프라를 제공하는 바이오 기업이다. 연구 목적에 따라 유전적 특성을 정교하게 구현한 질환모델을 구축하고, 제작부터 증식·보존까지 연구 과정 전반을 지원하며 국내 신약 개발의 전임상 경쟁력을 높이는 데 주력하고 있다. 사람의 질환과 약물 반응을 보다 정확하게 예측할 수 있는 질환모델을 구축하고 있는 젬크로 이한웅 대표를 만났다.
신약 개발에서 실험동물로 마우스가 특히 주목받는 이유는 무엇인지.
젬크로는 정밀 유전자 변형 마우스(GEM, Genetically Engineered Mouse)를 기반으로 신약 개발에 필수적인 고도화된 질환모델과 전임상 연구 인프라 솔루션을 제공하는 바이오 전문기업이다. 신약 개발 과정에서는 후보물질의 유효성과 체내 안전성을 정확하게 검증하기 위해 최적의 실험동물을 선별하는 작업이 필수적이다. 아무리 뛰어난 합성 물질이나 바이오의약품이라도 이를 검증하는 생체 모델이 정확하지 않으면 임상 단계에서 예상치 못한 독성이나 효능 부족으로 실패할 수밖에 없기 때문이다.
이러한 전임상 단계에서 영장류(원숭이)나 개, 토끼 등 중대형 동물을 활용하는 방법도 있지만, 천문학적인 관리 비용이 소요될 뿐만 아니라 윤리적 규제와 대규모 개체 수 확보의 현실적인 한계가 뒤따른다. 반면 마우스는 상대적으로 경제적 부담이 적고 번식 주기가 짧아 대규모 사육과 통계적 유의성 검증이 다른 어떤 동물보다 더욱 용이하다. 무엇보다 마우스는 인간과 유전자 구성 및 생리적 메커니즘이 유사해, 현대 생명과학과 신약 개발 전반에서 신뢰할 수 있는 표준 질환모델로 자리 잡고 있다.
현재 바이오 연구 현장에서 기존 마우스 모델에 대해 지적되는 구조적 한계는 무엇인가.
현장에서 지적되는 부분은 '모델의 노후화와 관행적 답습'이다. 신약 모달리티의 발전 속도와 동물모델의 발전 속도 사이의 간극이 크다는 말이다. 과거 30~40년 동안 연구 현장에서 쓰여 온 표준 마우스 모델들은 체계적인 현대 유전체 정보와 첨단 생물학적 메커니즘을 온전히 반영해 설계된 경우가 드물다. 최근 개발되는 면역항암제나 타깃 치료제는 인간 고유의 수용체나 특정 단백질 경로에 정밀하게 작용하도록 설계되는데, 구형 마우스 모델에서는 유전자 설계 방식에서 비롯되는 생물학적 차이로 인해 이러한 인간 특이적 치료제의 반응이 나타나지 않거나 왜곡되어 관찰되는 한계가 빈번하다.
그럼에도 연구 현장에서 구형 모델을 쉽게 대체하지 못했던 이유는 개발 장벽 때문이다. 연구자가 새로운 마우스 한 종을 자체 개발하려면 전문기술을 가지고도 최소 1~2년의 시간과 1억 원 안팎의 연구비가 소요된다. 신약 개발의 속도전 속에서 개별 연구진이나 바이오벤처가 매번 새로운 모델을 직접 만드는 것은 현실적으로 어렵기 때문에, 결국 한계가 분명함에도 기존 모델에 의존하는 구조가 이어져 왔다. 젬크로는 질환과 치료 표적의 생물학적 특성과 기존 동물모델의 한계를 초기 기획 단계부터 분석해 연구 현장에서 필요로 하는 최적화된 마우스 모델을 맞춤 설계·제작함으로써 이 구조적 병목을 해소하고 있다.
젬크로의 핵심 원천 기술력과 맞춤형 GEM 제작 역량은 어느 수준인가.
CRISPR 유전자가위 기술을 기반으로 구축한 '맞춤형 유전자 변형 마우스(GEM) 원스톱 제작 기술'이 핵심 경쟁력이다. 젬크로는 현재까지 200종 이상의 고난도 맞춤형 GEM을 개발해 연구기관과 기업에 공급해왔다. 연구 난이도가 높고 유전적 상호작용이 복잡한 희귀·난치성 질환이나 다중 유전자 변이 모델 개발에도 유연하고 정밀하게 대응할 수 있는 기술력을 축적했다.
기술적으로는 특정 타깃 유전자를 정밀하게 제거하는 녹아웃(Knock-out), 원하는 유전자나 리포터를 특정 위치에 삽입하는 녹인(Knock-in), 그리고 마우스의 유전자를 사람의 유전자로 치환하는 인간화(Humanization) 기술을 폭넓게 구사한다. 이를 통해 사람의 질환 환경과 약물 반응 경로를 마우스 체내에 정밀하게 모사함으로써, 시험관 내(in vitro) 실험과 실제 인체 임상 사이의 간극을 효과적으로 좁히고 있다.
젬크로의 대표적인 마우스 모델 파이프라인인 'N2G'와 후속 라인업을 소개해달라.
가장 최근 성과는 독자 개발한 면역결핍 마우스인 ‘N2G’ 모델이다. N2G는 마우스 고유의 면역 거부 반응을 최소화해 사람의 면역세포나 암세포를 안정적으로 생착시킬 수 있도록 최적화된 플랫폼이다. 인간 면역 시스템(human Immune System) 규명과 항암 신약 연구에 주로 활용되며, 인간 CD34+ 조혈모세포(HSC)를 활용한 인간화 연구에서 우수한 생착 효율과 데이터 재현성을 입증했다.
여기에 그치지 않고 연구 현장의 세부적인 수요와 신약 모달리티의 변화에 대응해 모델을 고도화하고 있다. 방사선 조사 같은 전처리 과정 없이도 조혈모세포의 장기 이식과 생착이 가능한 ‘N2G1’ 모델을 비롯해, 인간 말초혈액단핵구(PBMC)를 이용해 단기간 내에 인간 면역계를 재현하는 PBMC-huMice 전용 ‘N3G’ 및 ‘N4G’ 등 후속 모델도 잇달아 선보인다. 이와 함께 면역관문억제제나 ADC(항체-약물 접합체) 등 최신 항암제 연구에 특화된 hiFcRn 모델처럼 therapeutic antibody PK 평가를 목적으로 하는 정밀 인간화 모델 파이프라인도 지속적으로 확대하고 있다.
글로벌 연구기관인 잭슨랩(JAX)과의 협력 현황과 해외 진출 전략은.
젬크로는 초기부터 글로벌 표준에 부합하는 마우스 모델을 개발·공급하는 데 집중해왔다. 그 결과 자체 개발 모델의 국내 공급망을 구축하는 한편, 국내에서 개발한 ‘K-마우스’ 모델을 해외 연구자들도 안정적으로 활용할 수 있는 글로벌 공급 체계를 구축하는 것을 중요한 성장 전략으로 추진하고 있다. 그 일환으로 세계적인 실험동물 연구기관인 미국 잭슨랩(The Jackson Laboratory, JAX)에 젬크로가 자체 개발한 N2G, hiFcRn, hiACE2 모델을 공식 등록하고 글로벌 연구자가 접근할 수 있는 공급 기반을 마련했다.
이번 협약을 통해 글로벌 제약사와 연구기관들이 잭슨랩의 공식 유통 채널을 통해 젬크로의 질환모델을 직접 공급받아 연구에 투입할 수 있는 기반이 마련됐다. 젬크로는 이를 발판 삼아 북미와 유럽 등 글로벌 바이오 시장을 공략하고 있으며, 현지 연구진과의 공동 연구 및 글로벌 라이선스 아웃(기술수출)을 지속적으로 추진하고 있다.
젬크로의 향후 목표와 비전은 무엇인가.
전임상 연구 현장에 존재하는 동물모델의 한계를 극복하고, 실제 인체 생체 반응과의 간극을 최소화한 ‘차세대 표준 질환모델’을 정립하는 것이다. 사람의 질병 메커니즘과 약물 체내 반응을 높은 정확도로 재현해내는 모델이 안착한다면 전임상 데이터의 예측력은 크게 향상되며, 신약 개발 기업들이 임상 단계에서 마주하는 실패 리스크와 비용 손실을 실질적으로 줄일 수 있다.
앞으로도 인체 생체 환경과 유사하고 예측력이 높은 모델을 지속적으로 개발해 국내외 바이오텍과 제약사에 공급할 계획이다. 특히 국내 신약 파이프라인들이 신뢰도 높은 전임상 검증 데이터를 확보해 글로벌 시장에 원활히 진출할 수 있도록 연구 인프라 역할을 충실히 수행할 것이다. 국내 기술로 개발된 마우스 모델의 경쟁력을 글로벌 시장에 입증하는 것이 젬크로의 궁극적인 지향점이다.