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이온 채널 연구, 바이오텍의 새로운 황금알 되나 버텍스 파마슈티컬스의 성공 신화, 이제 다른 제약사들도 주목 [서울=뉴스핌] 김태훈 기자 = 이온 채널 연구는 버텍스 파마슈티컬스(Vertex Pharmaceuticals)를 세계에서 가장 가치 있는 바이오테크 기업 중 하나로 만들었습니다. 이제 다른 신약 개발사들도 이 분야에 베팅하며 다양한 질병 치료의 새로운 장을 열 준비를 하고 있습니다. 수개월간의 탐색 끝에, 제약사들은 회사의 다음 챕터를 열어줄 것이라 믿는 귀중한 목표물을 찾아냈습니다. 바이오헤이븐 파마슈티컬(Biohaven Pharmaceutical) 팀은 경쟁사들의 추격을 두려워하며 빠르게 움직였습니다. 크리스마스 이브, CEO 블라드 코릭(Vlad Coric)과 이사회 멤버 한 명은 코네티컷 본사에서 서쪽으로 400마일 떨어진 곳으로 날아가 "프로젝트 루돌프"라는 암호명으로 임무를 수행했습니다. 그들은 다양한 뇌 질환 치료 잠재력을 가진 실험 약물을 손에 넣고 돌아오기를 희망했습니다. 2년여가 지난 지금, 이 약물은 바이오헤이븐의 가장 중요한 자산 중 하나가 되었습니다. 피츠버그에 본사를 둔 크놉 바이오사이언스(Knopp Biosciences) 연구진이 수년간 정교하게 다듬은 이 약물은 이온 채널이라는 미세한 통로의 특정 유형을 활성화하도록 설계되었습니다. 이 단백질은 모든 인간 세포에 존재하며 필수적인 기능을 수행합니다. 근육을 움직이고, 오감을 조절하며, 면역 체계를 활성화하고, 세포 간의 소통을 촉진하는 등 신약 개발사들의 주요 표적이 되는 기능들입니다. 머크앤드컴퍼니(Merck & Co.)의 전 이온 채널 연구 수석 이사인 그레고리 카초로프스키(Gregory Kaczorowski)는 "우리 몸에서 이온 채널과 관련 없는 것을 생각하기는 어렵습니다"라고 말했습니다. 환자들에게 이온 채널 약물은 풍부한 혜택을 제공합니다. 혈압을 낮추고, 발작을 진정시키며, 감염을 퇴치하고, 심장 박동을 안정시키는 데 사용됩니다. 개발사들에게는 매우 수익성이 높을 수 있습니다. 버텍스 파마슈티컬스는 일련의 이온 채널 치료제를 통해 낭포성 섬유증 치료 방식을 혁신했으며, 이를 통해 세계 최대 규모의 생명공학 기업 중 하나가 되었습니다. 최근 시가총액은 1,200억 달러를 넘어섰습니다. 버텍스는 또한 수십 년간 통증 완화를 위한 이온 채널 차단제를 개발해 왔으며, 올해 가장 진보된 후보 물질의 승인 신청을 시작했습니다. 월스트리트 분석가들은 이 약물이 통증 관리에 필요한 비오피오이드(non-opioid) 옵션이 될 것으로 예상하며, 연간 최고 50억 달러 이상의 매출을 전망하고 있습니다. 잠재적인 수익에도 불구하고, 소수의 제약사만이 이온 채널 연구 부서를 전담하고 있습니다. 전문가들은 이러한 단백질을 연구하고 안전하게 약물화하는 것이 매우 어렵기 때문이라고 말합니다. 버텍스의 통증 연구 책임자인 폴 네굴레스쿠(Paul Negulescu)는 이온 채널을 "길들이기 어려운 야생마"에 비유했습니다. 잡기는 어렵고, 길들이기는 더욱 어렵다는 것입니다. 하지만 미래 지향적인 과학의 도움으로 연구자들은 이제 이온 채널의 구조와 이 빠른 단백질들이 실시간으로 움직이는 방식을 볼 수 있게 되었고, 이론적으로는 안전하고 효과적일 가능성이 더 높은 약물을 개발할 수 있게 되었습니다. 이러한 발전은 특히 뇌 질환 치료제 개발사들 사이에서 관심과 투자를 다시 불러일으키고 있습니다. 바이오헤이븐, 뉴로크린 바이오사이언스(Neurocrine Biosciences), 재즈 파마슈티컬스(Jazz Pharmaceuticals)와 같은 회사들은 이 분야가 가까운 미래에 간질, 떨림, 우울증, 양극성 장애에 대한 새로운 치료법을 만들어낼 것이라고 확신하고 있습니다. 코릭 CEO는 "이온 채널은 신경정신 및 신경 질환 치료 방식을 바꿀 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이 분야는 빠르게 발전할 준비가 되어 있습니다."라고 말했습니다. 인간 세포가 얼마나 작은지 상상하기 어려울 수 있습니다. 평균적으로 머리카락 굵기의 10분의 1, 소금 알갱이보다 25배 작습니다. 이 미세한 세계를 둘러싸고 있는 유동적인 기름막에 수천 개의 이온 채널이 고정되어 있습니다. 이 채널은 운하처럼 작용하지만, 물 대신 나트륨, 칼륨, 칼슘, 염소와 같은 전하 입자의 이동을 제어합니다. 세포가 특정 방식으로 자극되면 운하가 열려 이온이 안팎으로 쏟아져 들어갈 수 있습니다. 그런 다음 닫히고 "휴지" 상태로 돌아갑니다. 열리고 닫히는 과정은 초당 수백 번 일어나며 세포를 자극하여 "무언가 일어나고 있다, 반응하라!"고 말하는 것과 같습니다. 연구자들은 1939년부터 1952년까지 앨런 호지킨(Alan Hodgkin)과 앤드루 헉슬리(Andrew Huxley)라는 두 명의 영국 생리학자와 몇 마리의 불운한 오징어 덕분에 이를 알게 되었습니다. 그들은 거대한 오징어 신경을 이용한 획기적인 논문을 발표했습니다. 이 신경은 동전만큼 두껍고 야드 이상 길게 자랄 수 있었습니다. 그들은 신경이 막을 가로지르는 전기 전류의 흐름을 통해 신호를 보낸다는 것을 발견했습니다. 호지킨과 헉슬리는 이온 채널을 직접 볼 수는 없었지만, 그 존재를 정확하게 예측했습니다. 그들의 연구는 1963년 노벨상을 수상했으며, 이후 다른 획기적인 발견의 토대가 되어 이 상을 받게 했습니다. 1980년대에는 두 명의 세포 전문가인 에르윈 네허(Erwin Neher)와 베르트 사크만(Bert Sakmann)이 단일 이온 채널을 통과하는 전류를 측정하는 기술을 개발했습니다. 이 "패치 클램핑(patch clamping)"은 올림픽 선수들에게 인기 있는 부항 요법과 유사합니다. 매우 얇은 유리관을 사용하여 세포막의 아주 작은 조각을 흡입하여 연구자들이 약물이 개별 채널에 미치는 영향을 연구할 수 있도록 합니다. 카초로프스키는 이 기술이 "혁명적"이었으며 "생화학자와 생물학자들에게 이온 채널을 연구할 수 있는 능력을 부여했다"고 말했습니다. 2000년대 초반에는 더 많은 도구들이 등장했습니다. 미국의 신경생물학자 로더릭 맥키넌(Roderick MacKinnon)은 이온 채널의 원자 구조를 최초로 보여주었고, 생화학자 로저 치엔(Roger Tsien)은 이 단백질의 활동을 기록할 수 있는 다채로운 염료 팔레트를 발명했습니다. 이 시기는 또한 패치 클램핑 과정을 자동화하는 사업이 성장하는 시기였으며, 하루에 수행할 수 있는 약물 스크리닝 양이 몇 개에서 수천 개로 증가했습니다. 이러한 발전은 종종 추측에 의존했던 연구 분야에 통제와 정밀성을 가져왔습니다. 이전의 항발작 및 혈압 약물은 과학자들이 이온 채널을 정확히 어떻게 조절하는지 알았기 때문이 아니라, 그 효과를 관찰하기 쉬웠기 때문에 발견되었습니다. 그리고 연구자들이 현재 사용할 수 있는 단백질 활동에 대한 명확한 그림이 없었기 때문에, 머크와 브리스톨 마이어스 스퀴브(Bristol Myers Squibb)와 같은 대형 제약사들은 다른 곳으로 초점을 옮겼습니다. 카초로프스키는 "제가 하고 싶지 않은 말은 비합리적이었다는 것이지만, 많은 것이 표현형적으로 이루어졌습니다. 합리적으로 해야 할 때는 어렵습니다. DNA와 RNA 등을 복사하고 붙이는 것은 쉽습니다. 전기를 이해하는 것은 개념적으로 조금 더 어렵습니다. 솔직히 말해서, 제약사 임원들은 이를 제대로 이해하지 못합니다."라고 말했습니다. 그들의 투자 행태를 보면, 제약사들이 서서히 이온 채널 분야로 돌아오고 있는 것으로 보입니다. 11월 말, 머크는 파킨슨병을 칼슘 채널 조절을 통해 치료할 수 있는지 연구하는 신생 바이오텍에 최대 6억 1,000만 달러를 투자했습니다. 일주일 전, 재즈는 GSK에서 분사한 오티포니(Autifony)와 최대 7억 7,100만 달러 규모의 협력을 발표했습니다. 벤처 투자자들도 동참하고 있습니다. 웨스트레이크 빌리지 파트너스(Westlake Village Partners)는 나트륨 채널 차단 비오피오이드 진통제 파이프라인으로 버텍스의 발자취를 따르려는 캘리포니아 기반 스타트업인 라티고 바이오테라퓨틱스(Latigo Biotherapeutics)의 1억 3,500만 달러 규모 펀딩 라운드를 주도했습니다. 통증에서 이온 채널의 역할을 규명하는 데 큰 공헌을 한 것으로 알려진 예일 의과대학 신경학 교수인 스티븐 왁스먼(Stephen Waxman)은 "긴 여정이었지만, 우리는 이를 활용하고 있습니다. 매우 흥미로운 시기입니다. 과학적 문제와 규제 문제가 모두 있습니다. 하지만 치료법 개발은 가능하며, 실제로 일어나고 있습니다."라고 말했습니다. 새로운 투자는 불과 몇 년 전보다 증가한 것입니다. 2019년, 재즈의 한 자회사는 근육 활동을 조절하는 칼슘 채널 그룹에 초점을 맞춘 소규모 회사를 5,300만 달러에 인수했습니다. 이 거래는 재즈의 운동 장애 연구를 확장하는 동시에 흔한 유형의 떨림에 대한 중기 시험 약물을 확보하게 했습니다. 재즈의 연구개발 책임자인 로버트 이아논(Robert Iannone)은 "우리는 추구할 가치가 있는 표적과 해당 계열에서 매우 차별화된 약물을 가지고 있다고 확신했습니다."라고 말했습니다. 비슷한 시기에 뉴로크린은 이도시아(Idorsia)와 제논 파마슈티컬스(Xenon Pharmaceuticals)로부터 실험 치료제를 라이선스했습니다. 두 약물 모두 어린이에게 영향을 미치는 희귀 간질을 치료하기 위한 것으로, 전자는 재즈의 약물과 동일한 채널을 차단하고 후자는 알려진 9가지 나트륨 채널 중 하나인 "Nav1.6"을 억제합니다. 바이오헤이븐 역시 2017년 일부 칼륨 채널을 더 오래 열어두도록 설계된 약물에 대한 권리를 인수한 제논의 연구에 주목했습니다. 이는 신경 세포를 안정화시켜 과도한 발화와 관련된 질병을 치료할 수 있다는 생각에서 비롯되었습니다. 4년 후, 제논은 국소 간질 성인에 대한 연구에서 긍정적인 결과를 얻었고, 주요 우울증에 대한 약물 평가도 진행 중이었습니다. 코릭 CEO는 이러한 결과와 다른 데이터들이 이온 채널 분야에 "뛰어들" 때라고 확신하게 만들었다고 말했습니다. 그는 바이오헤이븐이 편두통 신약으로 성공했던 것을 반복할 수도 있다고 생각했습니다. 훨씬 더 큰 회사들의 경쟁에도 불구하고, 바이오헤이븐의 누르텍 ODT(Nurtec ODT)는 경주용 자동차와 틱톡 광고, 클로이 카다시안(Khloe Kardashian)과 같은 유명 인사들의 지지를 통해 시장 점유율과 대중적 인지도를 확보했습니다. 화이자(Pfizer)는 2022년 이 약물과 바이오헤이븐의 나머지 편두통 사업 부문을 116억 달러에 인수했습니다. 코릭 CEO와 그의 팀이 자체 이온 채널 치료제를 찾기 시작하면서, 그들은 이 개발 분야의 오랜 문제에 직면했습니다. 이 단백질은 신체 곳곳에 존재하기 때문에, 표적 약물은 선택적이어야 합니다. 그렇지 않으면 심각한 부작용이 발생할 수 있습니다. 무분별한 채널 차단제는 가슴으로 들어가 심장이 실제로 한 박자 쉬는 것을 건너뛰게 할 수 있습니다. 뇌에서는 현기증, 졸음, 피로와 같은 신경학적 문제를 유발할 수 있습니다. 한 가지 극명한 예로, 마취제 리도카인(lidocaine)과 일본 복어의 치명적인 독 모두 특정 종류의 나트륨 채널을 차단합니다. 이들을 구별하는 것은 선택성입니다. 카초로프스키는 "이온 채널은 양날의 검입니다. 치료제의 표적이 되기도 하지만, 독성의 표적이 되기도 합니다. 당신은 무언가를 얻지 못합니다."라고 말했습니다.