이 미세한 통로는 신약의 금광입니다

이온 채널 연구, 바이오텍 신성장 동력으로 부상 버텍스 파마슈티컬스(Vertex Pharmaceuticals)를 세계적인 바이오텍 기업으로 만든 이온 채널 연구가 다시 한번 주목받고 있습니다. 제약사들이 다양한 질병 치료 가능성에 베팅하며 이 분야에 뛰어들고 있습니다. 수개월간의 탐색 끝에 제약사들은 차세대 성장 동력이 될 만한 유망한 신약을 발굴했습니다. 바이오헤이븐 파마슈티컬(Biohaven Pharmaceutical) 팀은 경쟁사들의 추격을 따돌리기 위해 발 빠르게 움직였습니다. 크리스마스 이브, 블라드 코릭(Vlad Coric) CEO와 이사회 멤버는 코네티컷 본사에서 서쪽으로 400마일 떨어진 곳으로 향했습니다. 코드명 '루돌프 프로젝트'로 명명된 이 임무의 목표는 다양한 뇌 질환 치료 가능성을 지닌 실험 신약을 확보하는 것이었습니다. 2년여가 지난 지금, 이 신약은 바이오헤이븐의 핵심 자산 중 하나로 자리 잡았습니다. 피츠버그에 본사를 둔 크놉 바이오사이언스(Knopp Biosciences) 연구진이 수년간 정교하게 개발한 이 신약은 '이온 채널'이라 불리는 미세한 통로를 활성화하도록 설계되었습니다. 이온 채널은 모든 인간 세포에 존재하며 근육 수축, 오감 작용, 면역 체계 활성화, 세포 간 신호 전달 등 필수적인 기능을 수행합니다. 이러한 중요성 때문에 제약사들의 주요 타겟이 되고 있습니다. 머크앤코(Merck & Co.)의 전 이온 채널 연구 수석 이사인 그레고리 카초로우스키(Gregory Kaczorowski)는 "우리 몸에서 이온 채널과 관련 없는 기능을 상상하기 어렵다"고 말했습니다. 이온 채널 기반 신약은 환자들에게 막대한 혜택을 제공합니다. 혈압 강하, 발작 진정, 감염 퇴치, 심장 박동 안정 등에 사용됩니다. 개발사 입장에서도 높은 수익성을 기대할 수 있습니다. 버텍스 파마슈티컬스는 이온 채널 치료제 개발을 통해 낭포성 섬유증 치료에 혁신을 가져왔으며, 세계 최대 바이오테크 기업 중 하나로 성장했습니다. 최근 시가총액은 1,200억 달러를 넘어섰습니다. 버텍스는 또한 통증 완화를 위한 이온 채널 차단제 개발에도 수십 년을 투자해 왔으며, 올해 가장 진보된 후보 물질에 대한 승인 신청을 시작했습니다. 월스트리트 분석가들은 이 약물이 필요한 비마약성 통증 관리 옵션이 될 것으로 예상하며, 연간 최고 50억 달러 이상의 매출을 전망하고 있습니다. 이러한 잠재력에도 불구하고, 이온 채널 연구에 전념하는 제약사는 소수에 불과했습니다. 전문가들은 이온 채널 단백질의 연구 및 안전한 약물 개발이 매우 어렵기 때문이라고 설명합니다. 버텍스의 통증 연구 책임자인 폴 네굴레스쿠(Paul Negulescu)는 이온 채널을 '길들이기 어려운 야생마'에 비유하며, 포착하기는 어렵지만 통제하기는 더욱 어렵다고 말했습니다. 하지만 최첨단 과학 기술의 도움으로 연구자들은 이제 이온 채널의 구조와 단백질의 실시간 움직임을 파악할 수 있게 되었습니다. 이를 통해 이론적으로 더 안전하고 효과적인 약물을 개발할 가능성이 높아졌습니다. 이러한 발전은 특히 뇌 질환 치료제 개발 분야에서 새로운 관심과 투자를 이끌어내고 있습니다. 바이오헤이븐, 뉴로크린 바이오사이언스(Neurocrine Biosciences), 재즈 파마슈티컬스(Jazz Pharmaceuticals)와 같은 기업들은 이 분야가 가까운 미래에 간질, 떨림, 우울증, 양극성 장애 등 다양한 질환에 대한 새로운 치료법을 선보일 것으로 기대하고 있습니다. 코릭 CEO는 "이온 채널은 신경정신 및 신경계 질환 치료 방식을 바꿀 잠재력을 가지고 있다"며 "이 분야는 빠르게 발전할 준비가 되어 있다"고 강조했습니다. 인간 세포의 크기는 상상하기 어려울 정도로 작습니다. 평균적으로 머리카락 굵기의 10분의 1, 소금 알갱이보다 25배 작습니다. 이보다 훨씬 작은 수천 개의 이온 채널이 세포를 둘러싼 유동적인 막에 박혀 있습니다. 이 채널들은 수로 역할을 하지만, 물 대신 나트륨, 칼륨, 칼슘, 염소와 같은 전하를 띤 입자의 이동을 제어합니다. 세포가 특정 방식으로 자극을 받으면 채널이 열리면서 이온이 안팎으로 흘러 들어오거나 나갑니다. 이후 채널은 닫히고 '휴지' 상태로 돌아갑니다. 이러한 열리고 닫히는 과정은 초당 수백 번 일어나며 세포를 자극하여 "무언가 일어나고 있으니 반응하라!"고 알리는 것과 같습니다. 연구자들은 1939년부터 1952년까지 활동했던 두 명의 영국 생리학자 앨런 호지킨(Alan Hodgkin)과 앤드루 헉슬리(Andrew Huxley)의 연구 덕분에 이 사실을 알게 되었습니다. 이들은 오징어에서 채취한 거대한 신경을 연구하여 신경이 막을 가로지르는 전기 전류의 흐름을 통해 신호를 전달한다는 사실을 밝혀냈습니다. 당시에는 직접 볼 수 없었지만, 이들은 이온 채널의 존재를 정확히 예측했습니다. 이들의 연구는 1963년 노벨상을 수상했으며, 이후 다른 혁신적인 발견의 토대가 되었습니다. 1980년대에는 두 명의 세포 전문가 어윈 네허(Erwin Neher)와 베르트 자크만(Bert Sakmann)이 단일 이온 채널을 통과하는 전류를 측정하는 기술인 '패치 클램핑(patch clamping)'을 개발했습니다. 이는 올림픽 선수들이 사용했던 부항 요법과 유사하며, 초박형 유리관을 이용해 세포막의 아주 작은 조각을 흡입하여 약물이 개별 채널에 미치는 영향을 연구할 수 있게 합니다. 카초로우스키는 이 기술이 "혁명적"이었으며 "생화학자 및 생물학자들에게 이온 채널 연구 능력을 부여했다"고 평가했습니다. 2000년대 초반에는 더 많은 도구가 등장했습니다. 미국의 신경생물학자 로더릭 맥키넌(Roderick MacKinnon)은 이온 채널의 원자 구조를 최초로 규명했으며, 생화학자 로저 치엔(Roger Tsien)은 단백질 활동을 기록할 수 있는 다양한 색상의 염료를 개발했습니다. 이 시기에는 패치 클램핑 과정을 자동화하는 기업들이 등장하면서 하루에 수십 개에 불과했던 신약 스크리닝 양이 수천 개로 증가했습니다. 이러한 발전은 종종 추측에 의존했던 연구 분야에 통제와 정밀성을 가져왔습니다. 과거의 항경련제 및 혈압 강하제는 과학자들이 이온 채널을 정확히 어떻게 조절하는지 알지 못한 채 그 효과가 쉽게 관찰되었기 때문에 발견되었습니다. 또한, 연구자들이 현재 보유하고 있는 단백질 활동에 대한 명확한 그림이 없었기 때문에 머크, 브리스톨 마이어스 스퀴브(Bristol Myers Squibb)와 같은 대형 제약사들은 다른 분야에 집중했습니다. 카초로우스키는 "과거에는 비합리적이라고 말하고 싶지는 않지만, 현상학적인 방식으로 연구가 진행되었다"며 "합리적으로 연구하려면 어렵다. DNA와 RNA를 복사하는 것은 쉽지만, 전기를 이해하는 것은 개념적으로 더 어렵다. 솔직히 제약사 경영진은 이를 제대로 이해하지 못한다"고 말했습니다. 제약사들의 투자 행태를 보면 이온 채널 분야에 대한 관심이 서서히 되살아나고 있음을 알 수 있습니다. 지난 11월 말, 머크는 파킨슨병 치료를 위해 칼슘 채널 조절 가능성을 연구하는 신생 바이오텍에 최대 6억 1,000만 달러를 투자했습니다. 일주일 전에는 재즈 파마슈티컬스가 GSK에서 분사한 오티포니(Autifony)와 최대 7억 7,100만 달러 규모의 협력을 발표했습니다. 벤처 투자자들도 적극적으로 참여하고 있습니다. 웨스트레이크 빌리지 파트너스(Westlake Village Partners)는 나트륨 채널 차단 비마약성 진통제 파이프라인을 구축하여 버텍스의 성공을 재현하려는 캘리포니아 기반 스타트업인 라티고 바이오테라퓨틱스(Latigo Biotherapeutics)의 1억 3,500만 달러 규모 펀딩 라운드를 주도했습니다. 예일 의과대학 신경학 교수이자 이온 채널의 통증 역할에 대한 주요 발견을 인정받은 스티븐 왁스먼(Stephen Waxman)은 "긴 여정이었지만, 이제 그 결실을 보고 있다"며 "과학적, 규제적 과제가 있지만, 임상 적용은 가능하며 실제로 이루어지고 있다. 매우 흥미로운 시기"라고 말했습니다. 새로운 투자는 불과 몇 년 전과 비교했을 때 상당한 증가입니다. 2019년, 재즈 파마슈티컬스의 자회사는 근육 활동을 조절하는 칼슘 채널 그룹을 전문으로 하는 소규모 회사를 5,300만 달러에 인수했습니다. 이 거래를 통해 재즈는 운동 장애 연구를 확장하고 흔한 유형의 떨림에 대한 임상 2상 시험 중인 약물을 확보했습니다. 재즈의 연구개발 책임자인 로버트 이아논(Robert Iannone)은 "우리는 추구할 만한 가치가 있는 표적과 해당 계열에서 매우 차별화된 약물을 가지고 있다고 확신했다"고 밝혔습니다. 비슷한 시기에 뉴로크린은 이도시아(Idorsia)와 제논 파마슈티컬스(Xenon Pharmaceuticals)로부터 실험 치료제를 라이선스했습니다. 두 약물 모두 어린이에게 영향을 미치는 희귀 간질 치료를 목표로 합니다. 이도시아 약물은 재즈 약물과 동일한 채널을 차단하며, 제논 약물은 9가지 알려진 나트륨 채널 중 하나인 'Nav1.6'을 억제합니다. 바이오헤이븐 역시 제논의 연구에 주목했습니다. 제논은 2017년 일부 칼륨 채널을 더 오래 열어두도록 설계된 약물의 권리를 인수했습니다. 이는 신경 세포를 안정화시켜 과도한 흥분과 관련된 질환을 치료할 수 있다는 생각에 기반했습니다. 4년 후, 제논은 성인 국소 간질 환자를 대상으로 한 연구에서 긍정적인 결과를 얻었으며, 주요 우울증에 대한 약물 평가도 진행했습니다. 코릭은 이러한 결과와 기타 데이터를 통해 이온 채널 분야에 '뛰어들' 적기라고 확신했습니다. 그는 바이오헤이븐이 편두통 신약 분야에서 거둔 성공을 재현할 수 있을 것으로 생각했습니다. 경쟁이 치열했음에도 불구하고 바이오헤이븐의 Nurtec ODT는 레이싱카와 틱톡 광고, 클로이 카다시안(Khloe Kardashian)과 같은 유명인들의 홍보를 통해 시장 점유율을 확보하고 대중적인 인지도를 얻었습니다. 화이자(Pfizer)는 2022년 이 약물과 바이오헤이븐의 나머지 편두통 사업 부문을 116억 달러에 인수했습니다. 코릭 팀이 자체 이온 채널 치료제 개발에 착수하면서, 이 분야의 오랜 문제에 직면했습니다. 이온 채널은 신체 전반에 존재하기 때문에, 이를 표적으로 하는 약물은 반드시 선택성이 높아야 합니다. 그렇지 않으면 치명적인 부작용이 발생할 수 있습니다. 무분별한 채널 차단제는 심장에 작용하여 심장 박동을 건너뛰게 할 수 있습니다. 뇌에서는 현기증, 졸음, 피로와 같은 신경학적 문제를 유발할 수 있습니다. 극명한 예로, 마취제 리도카인(lidocaine)과 일본 복어의 치명적인 독은 모두 특정 종류의 나트륨 채널을 차단합니다. 이 둘을 구분하는 것은 바로 선택성입니다. 카초로우스키는 "이온 채널은 양날의 검"이라며 "치료제의 표적이 되기도 하지만, 독성의 표적이 되기도 한다. 무언가를 얻으면..."이라고 말했습니다.