CRISPR 유전자가위 기술을 보유한 툴젠은 최근 호주의 바이오텍 카테릭스와 공동연구 개발을 통해 CAR-T 시장에 출사표를 던졌다.
약물 개발 배경 현재 시판되는 키메릭 항원 수용체 T세포(CAR-T) 치료제는 혈액암에서 잘 작동돼 치료효율이 높지만, 고형암에서 잘 작동하지 않는다. 또 환자의 T세포를 이용해 치료제를 개발하기 때문에 대량생산의 한계가 존재한다. 툴젠은 이러한 치료제의 한계점을 크리스퍼(CRISPR) 유전자가위 기술을 이용해 극복하고자 연구개발을 시작했고, 2018년부터 기존 CAR-T보다 성능이 개선된 형태의 차세대 CAR-T 치료제에 대한 유의미한 성과를 얻고 있다.약물 특성(기전) 툴젠은 다양한 면역세포의 유전체를 효과적으로 교정하기 위해 다양한 전달 방법을 이용한 비교 실험을 진행했다. 그 결과 전기천공(electroporation) 방식을 이용한 CRISPR 유전자가위 효소 전달법으로 매우 효율적인 면역세포 유전자 교정 기법을 개발했다. 현재 T세포, NK세포 및 NKT세포 등 항암 치료제에 사용되는 다양한 면역세포에서 효율적으로 유전자 교정을 수행할 수 있는 기반 기술을 마련했다. 특히 CAR-T의 기본 세포인 T세포에서는 최대 95%까지의 유전자 교정 효율을 보여 세계적인 경쟁력을 확보했다.
툴젠은 T세포의 DGK(DiacylGlycerol Kinase) 유전자를 제거하는 방식으로 CAR-T의 항암효능을 향상시키는 Styx-T 기술을 개발했다. DGK는 T세포 신호전달 중 중요한 역할을 하는 디아실글리콜(diacylglycol)을 인산화해 포스파티딘산(phosphatidic acid)으로 바꾸는 유전자다. 이를 통해 DGK는 T세포 신호를 끄는 역할을 한다.
따라서 암이 T세포를 제어하는 기작 중 일부가 DGK를 통해 수행되고, 실제로 암조직 내에 침투해 있는 T세포(TIL·Tumor-Infiltrating Lymphocyte)에서 높은 발현을 보이고 있는 것으로 알려져 있다. 툴젠의 Styx-T 기술은 T세포에서 효율적으로 DGK 유전자를 제거하면서 CAR-T를 생산할 수 있다.
적응증 등 활용 가능성 대부분 CAR-T 치료제 개발업체들은 기능성을 향상시키기 위해 CAR 엔지니어링 또는 병용투여를 진행한다. 툴젠의 Styx-T 기술은 T세포를 교정하는 것으로 대부분의 CAR-T 치료제에 적용해 기능을 향상시킬 수 있다. 그렇기 때문에 Styx-T 기술은 CAR-T의 기능성을 향상시킬 수 있는 범용성 높은 플랫폼 기술로서 다양한 적응증에 기술 적용이 가능할 것으로 보인다.
효능 CAR-T 생산 과정에 유전자 교정을 접목해 T세포에서 발현되는 두 가지 DGK 유전자인 DGKA와 DGKZ를 제거해 만들어진 ‘DGK KO CAR-T’가 항암살상 능력 및 사이토카인 분비능이 현저히 증가함을 확인했다. DGK KO의 면역세포 기능 증진 효과는 CAR-T뿐 아니라 NK세포, NKT세포 등에서도 일관성 있게 관찰됐으며, 이에 따라 DGK를 제거함으로써 기존 면역세포치료제의 성능을 훨씬 개선시킬 수 있음을 확인했다.
또 표적 암세포를 이식한 마우스 모델에서 DGK를 제거한 CAR-T가 기존 CAR-T 보다 종양 크기를 더 많이 줄이는 것을 확인함으로써 DGK KO CAR-T가 기존의 CAR-T 치료제의 성능을 개선시킬 수 있는 새로운 방법임을 확인했다.또 차세대 CAR-T 플랫폼인 Styx-T는 암세포 재투여 실험에서 체내 항암 효능의 지속성이 크게 향상되는 것으로 확인됐다.
DGK는 암세포가 T세포 기능을 제어하기 위해 사용하는 방법 중 일부에서 활용되기 때문에 DGK KO CAR-T는 이러한 기작에 저항성을 가질 수 있을 것으로 예측된다. 실제로 DGK를 통해 T세포를 제어하는 암의 기작 중 PGE2와 TGF 등에 대해 DGK KO CAR-T가 높은 저항성을 보임을 확인했다.
임상 단계 툴젠은 이런 결과를 바탕으로 항암(암세포 제거) 기능이 강화된 세포치료제(CAR-T 등) 개발을 위해 호주의 카테릭스(CARtherics)와 2019년 공동연구개발 계약을 체결했다. TAG-72는 다양한 고형암 및 혈액암에서 발현되는 표지 인자다. CAR-T 및 CAR-NK세포 플랫폼에서도 툴젠의 유전자 교정 기능성 향상 기술의 효용성이 확인됨에 따라 최근 라이선스 계약을 진행했다.
이번 기술이전 계약은 유전자교정을 기반으로 한 기능 향상 기술을 카테릭스의 ‘TAG-72 CAR’에 적용해 업그레이드된 CAR-T 및 CAR-iNK(만능줄기세포 유래 NK세포)를 개발하는 권리에 대한 것이다. 툴젠은 이번 계약에 따라 카테릭스의 일정 지분을 반환의무가 없는 계약금으로 수령하고 임상 단계에 따른 마일스톤과 사업화에 따른 세일즈 마일스톤으로 약 1500억 원 규모의 금액과 추후 로열티도 지급받을 예정이다.
유전자 교정 TAG-72 CAR-T는 현재 전임상 단계로 2022년에 미국에서 난소암에 대한 임상을 개시할 예정이다. 툴젠이 기존 연구에서 보여준 결과와 같이 유전자 교정 기술을 적용한 카테릭스의 차세대 TAG-72 CAR-T는 기존 CAR-T에 대비하여 세포 및 동물모델에서 치료 효능 및 지속성이 크게 향상되었음을 확인했다.
또 최근 T세포 기반 면역세포치료제가 가지는 생산성 문제를 극복하는 차세대 면역세포치료 플랫폼으로 세계적인 기대를 받고 있는 iNK에 유전자 교정을 적용했을 때 iNK 생산성 및 암 사멸 기능성을 유지했고, 암이 사용하는 면역세포 저해 물질 중 하나인 TGF-β가 처리된 환경에서도 iNK에 비해 항암능력을 잘 유지하는 것으로 확인됐다.