세포치료제 품질관리 및 제형화 관련 문제점
세포치료제는 환자의 치료와 진단•예방을 위해 살아있는 자기, 동종, 이종 세포를 체외에서 배양•증식한 첨단바이오의약품이다. 환자나 정상인의 세포를 이용하기에 화학합성의약품에 비해 자체 독성이 낮고 작용기전이 명확해 암을 포함한 희귀 난치성 질환 등 미충족 수요가 높은 환자들에게 맞춤형 치료제로 사용된다.
합성의약품은 약물배합과 화학공정을 통해 대량생산과 품질관리가 용이하고 분자 크기가 작아 경구제나 외용제 등 다양한 제형이 가능하다. 반면 세포치료제는 분자량이 크고 유전자 조작 기술을 통해 키메릭 항원 수용체(Chimeric Antigen Receptor, CAR)나 T 세포 수용체 (T Cell Receptor, TCR)를 면역세포에 주입하기에 생산절차가 복잡하다. 숙련자가 장시간 세포를 배양하기에 제조시간이 길고 생산 비용 역시 고가이고, 환자에 따라 세포자체의 증식률과 활성이 제각각이라 품질관리가 어렵다. 세포치료제는 살아있는 세포가 약효를 나타내기 때문에 일반적으로 일회용 세포보관백에 주사제로 제형화되어있고, 동결방법, 해동 후 배양방법, 보관 온도 등에 따라 세포의 생존율과 활성이 크게 달라진다.
이에 따라 2022년 3월 미국 FDA에서 ‘CAR-T 세포치료제 등 제품 개발을 위한 지침 초안’을 발표했고, 2022년 4월 국내 식품의약품안전처에서 ‘임상시험용 세포치료제•유전자치료제 품질평가 가이드라인’을 제개정했다. 미국 FDA의 세포치료제 지침 초안은 CAR-T 세포치료제를 포함한 TCR-T 세포, CAR-NK 세포 등 대부분의 유전자 변형 림프구에 적용하는 것으로 ‘공통 권장사항, CMC 권장사항, 비임상시 권장사항, 임상시 권장사항’으로 구성되었다. 이중에서 FDA의 공통 권장사항과 이에 관련한 국내외 회사의 특허 전략을 기술하면 아래와 같다.
미국 FDA 세포치료제 제품 개발에 대한 공통 권장사항 및 특허 전략
1. 키메릭 항원 수용체는 하나 또는 하나 이상의 표적 항원에 결합하도록 하는 항원 인식 도메인과 T 세포의 활성화가 시작되는 신호 전달 도메인으로 구성
- 항원 인식 도메인의 표적 항원에 대한 특이적인 결합 평가 권장
- CAR-T 활성도 평가 시 Transmembrane domain, hinge, linker 도메인 각각에 의한 CAR-T 활성도 변화 평가 권장
(예시) 앱클론이 지씨셀에 기술이전한 HER2항체를 이용한 HER2 CAR-NK 세포치료제는 HER2가 과발현된 유방암, 위암 등 고형암을 표적하는 세포치료제로 최근 미국 임상 1상과 2상 IND를 통과했다. 앱클론은 독자적인 항체 디스커버리 플랫폼을 이용해 HER2 질환 단백질의 새로운 에피토프에 결합하는 앱클론 항체 ‘39D2’를 특허출원 (한국 특허 공개번호 제10-2019-0055008호 등) 후 기술 이전했고, 지씨셀은 독자적인 NK 증식기술로 대량생산한 동종유래 NK 세포에 앱클론의 HER2 항체를 탑재했다. |
2. 벡터는 약리학적 활성을 제공하는 요소로, 벡터 존재, 지속성, 소실 양상에 대한 자료는 세포의 안정성과 유효성에 영향을 미칠 수 있음
- Genome integration 가능 벡터는 부작용 발생 우려로 인해 long-term follow up 권장
(예시) 알로젠 테라퓨틱스는 동종유래 CAR-T 세포치료제를 개발하기 위해 정상인의 면역원성인 TCR을 암호화하는 TRAC 유전자를 2세대 유전자가위 TALEN을 이용해 제거했다(US 2021/0100839 A1). 이들 유전자 조작 CAR T 치료제는 이식편대숙주질환(GVHD)을 최소화 했지만, 장기간 인체내 안전성이 확보되지 않았다. 알로젠의 동종유래 CAR-T 세포치료제는 임상1상에서 환자1명에게 염색체 이상이 보고되어 임상보류가 되었다가 최근에 해제되어 임상2상에 진입했다 |
3. CAR-T 세포 제조를 위한 출발 물질은 일반적으로 환자 또는 건강한 기증자로부터 백혈구 성분채집(Leukapheresis)을 통해 확보
- 기존의 자가유래 CAR-T 치료를 받았던 환자에게 새로운 CAR-T를 주입 시 공정 과정 중 형질 도입 능력을 고려하여 생체 내 확장, 안정성 및 효능에 예상치 못한 위험요소 방지
- 임상에서 CAR-T 치료를 받은 경험이 있는 환자와 그렇지 않은 환자 모두를 등록 예정이라면 잠재적인 CAR-T의 차이점이 반드시 고려 및 평가되어야 함.
(예시) FDA에서 승인된 CD19 혈액암 표적 CAR-T 세포치료제 4종 (킴리아, 예스카타, 브레얀지, 테카루스)이 모두 마우스 유래 FMC63 항체를 사용하기에 면역원성이 높다. 앱클론은 FMC63 항체가 아닌 CD19 단백질의 서로 다른 에피토프에 결합하는 h1218 인간화 항체를 사용하는 CAR-T 치료제를 제조해 특허로 등록했다 (한국 등록특허 10-2136063 등). 앱클론의 인간화 항체기술이 적용된 세포치료제는 기존 세포치료제와 결합부위가 다르고 인체내에서 장기간 활성을 유지하면서도 면역원성이 낮아 기존 CD19 CAR-T 세포치료제에 내성이 생긴 10~20% 환자들에게도 투여가 가능하다 (서울아산병원에서 임상1상 중). |
4. 제조한 최종 CAR-T 세포를 환자에게 안전하게 주입하기 위해 냉동 보존할 수 있으며, 임상 현장에서 안전하고 신선한 제품의 수령 및 취급을 위해 잘 설계된 물류 개발과 구현이 중요
- 냉동 보존된 CAR-T 세포의 경우 냉동 보호제 주입과 관련된 위험 평가 및 통제된 해동이 중요
(예시) 엔케이맥스는 유전자가 조작된 CAR-NK 세포가 아닌 순수 NK세포를 분리해 활성도를 높이는 대량증식에 대한 특허 (PCT/US2019/016076)를 바탕으로 미국 임상1상 IND를 통과했다. 이번 임상1상은 동결보존된 고순도 고용량의 동종유래 NK 세포라 림프구제거의 전처리과정없이 여러 기관에서 오픈 라벨 임상으로 진행된다. 표준 치료에 적어도 1번 이상 실패한 진행성 고형암 환자를 대상으로 안전성과 내약성을 평가하고, 그 이후에 독성과 효능 평가를 위한 최대 허용 용량을 결정한다. 이 과정에서 엔케이맥스는 99% 이상의 고순도 NK 세포라 냉동 해동 후 dose escalation 과정이 생략되고 최대용량 투여로 미국 IND 승인을 획득했다. |
결론
미국 FDA가 승인한 CAR-T 세포치료제는 환자 개인맞춤형이라 세포의 대량 증식과 유전자 조작에 따른 기술 난이도로 제조에 평균 7~8주가 걸리고 그에 따라 1회 투여 비용이 5억정도로 초고가이다. 적응증도 혈액암에 국한되어 있어, 고형암에도 즉시 사용할 수 있는 합리적인 가격의 동종유래 세포치료제 개발이 절실하다. 현재 정상인의 면역세포를 이용한 기성품 (Off-the-shelf) 면역세포치료제 개발을 위해 각국이 치열한 특허 경쟁을 벌이고 있다.
또한, 최근 유럽에서 세계 최초로 동종유래 T 세포치료제인 ‘엡발로’를 EBV 양성 PTLD 환자 (Post-Transplant Lymphoproliferative Disorder)에 대한 치료제로 품목 허가했다. 동종유래 세포치료제에 대한 안정성과 적응증에 대한 데이터가 장기간 축적되면, 현재 글로벌 매출 1위인 면역관문 억제제인 키트루다가 흑색종을 시작으로 비소세포폐암, 두경부암, 방광암, 간암 등으로 적응증을 확대하듯 더 많은 환자들에게 보다 저렴한 가격으로 단독투여나 병용투여가 가능할 것이다.
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김나영 연구원 / 특허법인 BLT 바이오팀
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| 공동 필자소개 박연수 파트너 변리사/변호사는 서울대 생물교육학과를 졸업하고 2009년 변리사 시험, 2012년 변호사 시험에 합격하였습니다. 생명공학, 약학 및 화학 분야 국내 및 해외 기업의 특허 업무 전반에 대하여 전문성을 가지고 업무를 수행해 왔으며, 국내 바이오 기업에서 IP 전략 수립, 국내외 IP 소송 업무를 담당한 바 있습니다. 현재, 특허법인 비엘티에서 화학 바이오 분야 특허, IP 전략 수립 업무를 담당하고 있습니다.
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세포치료제 품질관리 및 제형화 관련 문제점
세포치료제는 환자의 치료와 진단•예방을 위해 살아있는 자기, 동종, 이종 세포를 체외에서 배양•증식한 첨단바이오의약품이다. 환자나 정상인의 세포를 이용하기에 화학합성의약품에 비해 자체 독성이 낮고 작용기전이 명확해 암을 포함한 희귀 난치성 질환 등 미충족 수요가 높은 환자들에게 맞춤형 치료제로 사용된다.
합성의약품은 약물배합과 화학공정을 통해 대량생산과 품질관리가 용이하고 분자 크기가 작아 경구제나 외용제 등 다양한 제형이 가능하다. 반면 세포치료제는 분자량이 크고 유전자 조작 기술을 통해 키메릭 항원 수용체(Chimeric Antigen Receptor, CAR)나 T 세포 수용체 (T Cell Receptor, TCR)를 면역세포에 주입하기에 생산절차가 복잡하다. 숙련자가 장시간 세포를 배양하기에 제조시간이 길고 생산 비용 역시 고가이고, 환자에 따라 세포자체의 증식률과 활성이 제각각이라 품질관리가 어렵다. 세포치료제는 살아있는 세포가 약효를 나타내기 때문에 일반적으로 일회용 세포보관백에 주사제로 제형화되어있고, 동결방법, 해동 후 배양방법, 보관 온도 등에 따라 세포의 생존율과 활성이 크게 달라진다.
이에 따라 2022년 3월 미국 FDA에서 ‘CAR-T 세포치료제 등 제품 개발을 위한 지침 초안’을 발표했고, 2022년 4월 국내 식품의약품안전처에서 ‘임상시험용 세포치료제•유전자치료제 품질평가 가이드라인’을 제개정했다. 미국 FDA의 세포치료제 지침 초안은 CAR-T 세포치료제를 포함한 TCR-T 세포, CAR-NK 세포 등 대부분의 유전자 변형 림프구에 적용하는 것으로 ‘공통 권장사항, CMC 권장사항, 비임상시 권장사항, 임상시 권장사항’으로 구성되었다. 이중에서 FDA의 공통 권장사항과 이에 관련한 국내외 회사의 특허 전략을 기술하면 아래와 같다.
미국 FDA 세포치료제 제품 개발에 대한 공통 권장사항 및 특허 전략
1. 키메릭 항원 수용체는 하나 또는 하나 이상의 표적 항원에 결합하도록 하는 항원 인식 도메인과 T 세포의 활성화가 시작되는 신호 전달 도메인으로 구성
(예시) 앱클론이 지씨셀에 기술이전한 HER2항체를 이용한 HER2 CAR-NK 세포치료제는 HER2가 과발현된 유방암, 위암 등 고형암을 표적하는 세포치료제로 최근 미국 임상 1상과 2상 IND를 통과했다. 앱클론은 독자적인 항체 디스커버리 플랫폼을 이용해 HER2 질환 단백질의 새로운 에피토프에 결합하는 앱클론 항체 ‘39D2’를 특허출원 (한국 특허 공개번호 제10-2019-0055008호 등) 후 기술 이전했고, 지씨셀은 독자적인 NK 증식기술로 대량생산한 동종유래 NK 세포에 앱클론의 HER2 항체를 탑재했다.
2. 벡터는 약리학적 활성을 제공하는 요소로, 벡터 존재, 지속성, 소실 양상에 대한 자료는 세포의 안정성과 유효성에 영향을 미칠 수 있음
(예시) 알로젠 테라퓨틱스는 동종유래 CAR-T 세포치료제를 개발하기 위해 정상인의 면역원성인 TCR을 암호화하는 TRAC 유전자를 2세대 유전자가위 TALEN을 이용해 제거했다(US 2021/0100839 A1). 이들 유전자 조작 CAR T 치료제는 이식편대숙주질환(GVHD)을 최소화 했지만, 장기간 인체내 안전성이 확보되지 않았다. 알로젠의 동종유래 CAR-T 세포치료제는 임상1상에서 환자1명에게 염색체 이상이 보고되어 임상보류가 되었다가 최근에 해제되어 임상2상에 진입했다
3. CAR-T 세포 제조를 위한 출발 물질은 일반적으로 환자 또는 건강한 기증자로부터 백혈구 성분채집(Leukapheresis)을 통해 확보
(예시) FDA에서 승인된 CD19 혈액암 표적 CAR-T 세포치료제 4종 (킴리아, 예스카타, 브레얀지, 테카루스)이 모두 마우스 유래 FMC63 항체를 사용하기에 면역원성이 높다. 앱클론은 FMC63 항체가 아닌 CD19 단백질의 서로 다른 에피토프에 결합하는 h1218 인간화 항체를 사용하는 CAR-T 치료제를 제조해 특허로 등록했다 (한국 등록특허 10-2136063 등). 앱클론의 인간화 항체기술이 적용된 세포치료제는 기존 세포치료제와 결합부위가 다르고 인체내에서 장기간 활성을 유지하면서도 면역원성이 낮아 기존 CD19 CAR-T 세포치료제에 내성이 생긴 10~20% 환자들에게도 투여가 가능하다 (서울아산병원에서 임상1상 중).
4. 제조한 최종 CAR-T 세포를 환자에게 안전하게 주입하기 위해 냉동 보존할 수 있으며, 임상 현장에서 안전하고 신선한 제품의 수령 및 취급을 위해 잘 설계된 물류 개발과 구현이 중요
(예시) 엔케이맥스는 유전자가 조작된 CAR-NK 세포가 아닌 순수 NK세포를 분리해 활성도를 높이는 대량증식에 대한 특허 (PCT/US2019/016076)를 바탕으로 미국 임상1상 IND를 통과했다. 이번 임상1상은 동결보존된 고순도 고용량의 동종유래 NK 세포라 림프구제거의 전처리과정없이 여러 기관에서 오픈 라벨 임상으로 진행된다. 표준 치료에 적어도 1번 이상 실패한 진행성 고형암 환자를 대상으로 안전성과 내약성을 평가하고, 그 이후에 독성과 효능 평가를 위한 최대 허용 용량을 결정한다. 이 과정에서 엔케이맥스는 99% 이상의 고순도 NK 세포라 냉동 해동 후 dose escalation 과정이 생략되고 최대용량 투여로 미국 IND 승인을 획득했다.
결론
미국 FDA가 승인한 CAR-T 세포치료제는 환자 개인맞춤형이라 세포의 대량 증식과 유전자 조작에 따른 기술 난이도로 제조에 평균 7~8주가 걸리고 그에 따라 1회 투여 비용이 5억정도로 초고가이다. 적응증도 혈액암에 국한되어 있어, 고형암에도 즉시 사용할 수 있는 합리적인 가격의 동종유래 세포치료제 개발이 절실하다. 현재 정상인의 면역세포를 이용한 기성품 (Off-the-shelf) 면역세포치료제 개발을 위해 각국이 치열한 특허 경쟁을 벌이고 있다.
또한, 최근 유럽에서 세계 최초로 동종유래 T 세포치료제인 ‘엡발로’를 EBV 양성 PTLD 환자 (Post-Transplant Lymphoproliferative Disorder)에 대한 치료제로 품목 허가했다. 동종유래 세포치료제에 대한 안정성과 적응증에 대한 데이터가 장기간 축적되면, 현재 글로벌 매출 1위인 면역관문 억제제인 키트루다가 흑색종을 시작으로 비소세포폐암, 두경부암, 방광암, 간암 등으로 적응증을 확대하듯 더 많은 환자들에게 보다 저렴한 가격으로 단독투여나 병용투여가 가능할 것이다.
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김나영 연구원 / 특허법인 BLT 바이오팀
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박연수 파트너 변리사/변호사는 서울대 생물교육학과를 졸업하고 2009년 변리사 시험, 2012년 변호사 시험에 합격하였습니다. 생명공학, 약학 및 화학 분야 국내 및 해외 기업의 특허 업무 전반에 대하여 전문성을 가지고 업무를 수행해 왔으며, 국내 바이오 기업에서 IP 전략 수립, 국내외 IP 소송 업무를 담당한 바 있습니다. 현재, 특허법인 비엘티에서 화학 바이오 분야 특허, IP 전략 수립 업무를 담당하고 있습니다.
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