지난 30여년간 ‘근거중심의학’을 근간으로 해오던 세계 보건의료계가 긴장하며 이목을 집중했던 키워드가 ‘게놈’이었다면 앞으로 30년은 ‘정밀의료’에 초점이 모아진다는 것이 확실시 되고 있다.

인간 게놈 프로젝트를 통해 영원히 인류의 숙제로만 여겨졌던 유전체 정보가 풀리고 이를 해석해 의학적으로 적용하는 기술이 급속도로 발전하면서 이른바 미래형 맞춤의학인 정밀의료에 세계 각국의 정부와 기업의 역량이 결집되고 있는 것이다.

특히 유전체 분석의 시간과 비용이 절감돼 가면서 대중화가 이뤄질 것이란 기대와 여기에 생물분자의학의 진보로 질병과 관련된 개인의 특이 분자 정보가 급증하면서, 정밀의학은 점점 보편화의 추세를 보이고 있다. 이미 임상에서 정밀의학을 적용한 치료 사례들이 등장하는 시대가 됐다.

 엄청난 기대・투자…세계적 추세

새롭게 떠오르는 첨단기술 트랜드를 중점적으로 연구하는 리서치 및 자문 회사인 BIS Research는 지난해 “글로벌 정밀의학시장은 2015년 이후 연평균 12.6%로 성장해 2022년 약 100조원 규모가 될 것”이라고 전망한 바 있다. 이처럼 세계는 이미 정밀의료에 집중해 엄청난 투자를 계획하고 있다.

지난 해 초 오바마 대통령이 연두 교서에서 언급함으로써 이슈가 된 미국은 올해에만 2억2천만달러(2천6백억원)를 정밀의료 연구개발에 투자하겠다고 밝혀 세계의 관심을 집중시켰다.

오바마 정부는 우선 자발적 임상연구를 위해 국립보건원(NIH)에 1억3천만달러, 더 많고 좋은 암치료법 개발을 위해 국립암연구원(NCI)에 7천만달러, 규제의 현대화를 위해 식약청(FDA)에 1천만달러, 그리고 환자들의 프라이버시 보호를 위해 국가헬스케어조정관실(ONC)에 5백만달러를 각각 배정했다.

또 미국은 국립보건원 주도로 지난해 5월 ″정밀의료계획 추진위원회″를 구성, 가동해 코호트를 구축하고 국립암센터로 하여금 암유전체 발굴과 확대 연구를, 식품의약국은 개인정보보호 기반 오픈소스 플랫폼 구축을, 국가헬스케어조정관실은 상호 운영성 표준을 각각 개발하고 있다. 전체 예산의 60%는 코호트 구축에 소요된다고 한다.

영국도 마찬가지. 2014년부터 시작해 2017년까지 ‘10만 게놈 프로젝트(The 100,000 Genomes Project)’를 완성시켜 암과 유전 관련 질환들에 대한 혈액 및 조직 샘플을 채취, 유전체 분석을 통한 정보를 구축하겠다는 발표 했다. 앞으로 태어나는 모든 신생아들에 대한 유전자 검사를 실시하는 것을 검토 중이다.

중국 정부도 올해 3월 정밀의학 5개년 발전계획을 발표했다. 예산규모는 15년 간 600억 위안 (약 10조7,000천억원, 연간 7,100억원)으로 추산된다.

2007년 신발 공장을 개조해 지금은 전세계 유전체 데이터의 20% 넘게 생산하고 있는 베이징 유전체연구소(BGI)는 정부의 전폭적인 지원으로 유전체 분석 산업(연 수익 2억 달러, 2,200억 원)에 엄청난 속도를 내고 있다.

정밀의학과 관련된 분야의 전세계 사업가들은 수많은 중국인 환자를 대상으로 자신들의 아이디어와 의료기기, 소프트웨어 등의 타당성과 가치를 시험하고 인정을 받을 수 있다는 장점때문에 속속 중국으로 진출하고 있다. 중국은 신약개발 역량 부족 등의 문제는 있지만, 정밀의학을 위한 방대한 환자의 데이터와 유전체 분석 기술에 강점을 가지고 있는 것으로 평가 받고 있다. 중국 유전체 분석회사들은 이미 예상 수요에 대비한 서비스 준비를 위해 경쟁하고 있다. 베이징 유전체 연구소는 몇 년 전부터 최신 장비를 구비해, 미국 전체의 유전체 분석 능력보다 더 큰 규모의 분석력을 보유한 것으로 평가받고 있다. 또 중국의학원, 청화대, 복단대 등은 정밀의학센터 설립을 추진 중이며, 사천의대 서중국병원은 미국의 정밀의학 구상과 비슷한 100만명의 유전체 분석 프로젝트를 자체적으로 계획하고 있다.

일본의 경우 얼마 전 ‘질병극복을 위한 게놈의료 실현화 프로젝트’를 추진하기로 결정했다. 이를 추진하기 위해 지난해 93억 엔(약 950억 원)을 정부에 요구했으며, 현재 3개의 주요 바이오 은행에 축적되어 있는 유전체 정보를 취합해 연구에 효과적으로 활용하겠다는 방침이다. 최근에는 진단이 잘 되지 않는 질병을 가진 아동 질병의 유전체를 분석해 진단 및 치료에 활용한다는 프로젝트도 시작하겠다고 발표했다.

우리나라도 정밀의학을 향한 행보를 이미 내 디뎠다. 맞춤형 의료 구현을 위한 국제적 수준의 유전체 연구 자원・정보 확보 및 맞춤형 예방・진단・치료기술 개발을 지원하기로 하고 2014년부터 8년간(2014년~2021년), 약 5,788억 원을 투입하는 “포스트게놈 다부처 유전체사업”을 시작했다. 그 동안에는 부처별, 개별적으로 수행 되었던 유전체 사업들을 다부처 사업으로 통합해 연구비의 낭비를 줄이고 유전체 사업의 시너지 효과가 나오기를 기대하고 있다.

이와 같이 세계 각국은 임상유전체를 기반으로 한 정밀의학 시대를 준비하기 시작했다.

 정밀의학, 무엇인가?

정밀의학(Precision medicine)이란 환자마다 다른 유전적, 환경적 요인과 질병 경력, 생활 습관 등을 사전에 인지해 특정 환자에게 적정한 약을 적정 용량으로 적정 시간에 사용해 환자별로 최적화된 치료법을 제공하는 의료 방향을 말하며 핵심 개념은 “N of 1 trial" 즉, 한사람을 위한 임상시험이다. 기존의 의학연구처럼 다수의 환자군, 다수의 정상인 그룹을 대상으로 비교하는 방식이 아닌, 단 한명의 환자를 대상으로 연구를 진행해 그 한명에 최적화된 치료법을 찾아낸다는 것이다.

결국 어떤 A라는 질환이나 증상에 B라는 처방을 내리는 기존의 치료법에 반기를 들고 있는 셈이다. 이제는 비록 기존의 진단체계에서 같은 질환군에 속한다 하더라도 A라는 개인에 대한 A의 치료를, B라는 환자에게는 B의 치료를 제공하려 하고 있는 것이다.

정밀의료는 그간 의료계의 패러다임이던 맞춤의학 개념을 한 단계 업그레이드한 것으로 기존의 임상병리학에 분자 프로파일링 기술을 도입함으로써 진단부터 치료에 이르기까지의 전 단계를 유전・환경・생물학적 특성 등을 환자 개인의 조건에 맞게 정밀하게 진단, 치료하는 포괄적 개념인 것이다.

몇 년 전까지만 해도 대세를 이루던 맞춤의학 대신 정밀의학을 향한 움직임이 강력해지고 있는 것처럼 의료의 변천은 어느 때 보다 빠르게 진화하고 있다. 전문가에 따라 맞춤의학과 정밀의학은 내용 면에서 공통점이 많은, 본질적으로 비슷한 의미를 갖고 있다고 주장한다. 하지만 맞춤의학이 특정한 한 개인을 위해 개발된 예방 및 치료법이란 오해의 소지가 있어, 정밀의학이란 용어가 적정하다는 주장이 지배적이다. 또 맞춤의학을 구현하기 위해 좀 더 좁은 범위에서 목적을 분명히 하는 의미로 정밀의학이란 상징적인 단어를 쓰고, 최종적으로는 맞춤의학의 구현을 지향하기 때문에 ‘정밀맞춤의학’이라는 표현이 더 적당하다는 경우도 있다.

 배경 및 필요성

과학 기술의 발달로 개인의 유전체 기반 맞춤의료가 질병에 대해 보다 정확한 진단을 가능하게 하고 있다. 또 특정 치료 및 치료제에 적합하거나 적합하지 않은 환자의 선별을 통해 맞춤형 치료를 할 수 있게 하며, 질병의 조기 발견, 나아가 예방까지 가능하게 해 줌으로써 의료로서의 가치 외에도 사회・경제적 수요의 증가에 있어서 정밀의학의 중요성이 점점 부각되고 있는 것이다.

정밀의학은 질병 발병 후의 치료라는 기존 의료의 대응 방식과는 한껏 다르다. 발병 전에 질병을 발견하고 예방함으로써 개인의 건강 수명을 연장해 주고 질병 발생을 줄여 치료비용을 절감할 수 있게 해준다. 또 발병 후에도 맞춤형 치료로 부작용을 최소화하고 치료 효과를 증진시킬 뿐 아니라 불필요한 약제비나 치료비를 줄일 수 있어 국민 보건의료와 개인적으로 무한한 효과도 보장받게 된다.

제약 산업에 있어서 정밀의학은 기존 의약품 대비 높은 유효성과 경제성 등을 바탕으로 한 새로운 시장 창출의 원동력으로 평가된다. 뿐만 아니라 유전체, 단백질체 등의 정보를 이용함으로써 정밀의학 관련 기술이 의약품 개발 과정의 큰 비중을 차지해 향후 신약 개발 경쟁력 확보에 있어 거의 필수적인 요구 조건으로 받아들여지고 있다. 이는 현재 137종의 FDA 승인 신약이 약물유전체 정보를 기반으로 개발됐고, 임상 전 단계의 모든 치료 중 60% 정도가 정밀의학 관련 바이오마커 데이터에 의존하는 것으로 추산되었다는 보고를 통해 증명되고 있다. 그밖에 여러 시장 동향 보고를 통해 정밀맞춤의료 산업은 전 세계적으로 매년 10% 이상의 성장률을 실현하고 있으며 지속적인 수요 확대, 오믹스(體學)기술과의 융합 등을 통한 응용 가능한 범위의 확대를 바탕으로 향후 큰 성장이 기대되는 고성장 산업임이 언급되고 있을 정도로 산업적 가치 및 경제적 가치는 무한해 학계 및 정부의 관심과 집중적인 투자가 절실하고 중요함을 증명해주고 있다.

 응용 분야

 유전체 정보를 기반으로 한 맞춤 혹은 정밀의학을 논하면서 빠질 수 없는 것이 약물유전체학(Pharmacogenomics)이다. 이는 정밀의학의 일부로서, 약물의 기전과 유전체의 기능 간 차이 등 유전체로 인해 일어나는 특정 약물에 대한 환자의 반응의 다양성을 연구하는 것이다. 또 그 다양성을 초래하는 유전적 또는 비유전적 바이오마커를 발굴, 이용해 얻은 유전적 정보를 바탕으로 환자 개개인에게 최적화된 맞춤약물치료를 효과적이면서도 안전하게 제공할 수 있게 하는, 정밀의학의 기반이 되는 학문이라고도 한다.

 <약물유전체 맞춤치료>

개인의 유전적 요인에 따른 약물 반응의 다양성 및 차이를 약물유전체학을 기반으로 관찰해 약물유전체 검사를 통한 환자별 특정 유전자 소인 유무와 이에 따른 특정 치료제의 안전성, 유효성, 약물 용량을 결정하는 개인 맞춤형 치료라고 할 수 있다.

이의 전제 조건으로는 약물대사에 연관된 효소 또는 유전자 발현, 약물 수용체의 염기 다형성 등 관련 지표들을 찾아내고 이들이 실제 약물의 효능 또는 부작용 발생에 어떤 영향을 미치는지 등에 대한 광범위한 데이터베이스 구축을 필요로 한다.

최근 신약개발의 단계에서부터 이러한 정보들이 일부 확보되고 있지만 기존 치료제에 대한 연구는 그 범위가 방대해 데이터베이스 구축에 많은 시간과 노력이 요구된다.

따라서 약물유전체 맞춤치료 구현을 위한 이러한 노력의 일환으로 미국 약물유전체 연구네트워크인 PharmGKB와 미국 켈리포니아 암예방연구기관인 CPIC, 독일 약물유전체 연구그룹인 DPWG 등의 연구 단체들은 상호 약물-유전자쌍에 대한 평가를 함으로써 근거를 획득하고 임상적으로 사용할 수 있는 가이드라인을 개발하고 있다.

약물유전체 맞춤치료의 한 예로 효소 사이토크롬 P450 2C9을 들 수 있다. 이 효소는 유전자 변이가 있는 환자가 항응고제의 일종인 바파린을 복용할 경우, 간 대사가 원활하지 않아 급성 신부전증, 출혈, 괴사, 골다공증 등의 부작용이 발생할 수 있다. 이 때 맞춤약물치료를 통해 특정 개인에게 적정한 용량의 적정한 약물을 복용하게 함으로써 이와 같은 부작용을 예방하고, 치료 효과를 높일 수 있게 해준다.

 <동반 진단>

특정 약물 치료에 대한 환자의 반응성을 예측하기 위한 분자진단기법의 일종이다. MRI, NIR Fluorescence 등과 같은 진단기능과 동시에 치료용 목적의 물질이 하나의 형태로 구성된 것으로 환자의 유전적 특성 및 변이에 따른 개인적 차이 때문에 같은 항암제를 투여해도 치료에 차이가 나타나는 것에 착안해 개인적 유전 특성 및 변이를 진단하고 의약품을 선택, 치료하기 위한 그 근거를 검출하기 위해 만들어진 진단 기법이다.

동반 진단에는 면역조직화학검사를 통해 특정 단백질의 과발현을 확인하는 방법, 특정 유전자의 유전자 증폭을 DNA Probe를 이용한 FISH(Fluorescense in situ hybridization) 또는 CISH(Chromogenic in situ hybridization) 검사를 통해 확인하는 방법, 그리고 q-PCR 등 유전체학적 기법을 이용해 바이오마커 유전자의 돌연변이 여부를 검사, 확인하는 방법 등이 있다.

 <표적 치료>

흔히 암과 관련, 정상 세포에 해를 입히지 않으면서 특정 암세포를 인지해 공격하는 약물 등을 사용하는 치료법으로 알려져 있다. 즉, 생체지표와 동반진단을 활용해 실제 임상 현장에서 행해지는 정밀맞춤의료의 총화라고 할 수 있다. 이는 질환이 발생하는 생물학적 중요 프로세스를 표적으로 하는 모든 형태의 치료 방법을 포괄하는 개념이다.

예를 들어 항암제 표적치료는 종양이 자라거나 인접 세포로 전이되는 것과 관련 있는 특정 분자의 기능을 저해하거나, 종양이 성장하기 위한 필수적인 혈관의 생성을 억제하거나, 특정 부위의 암세포를 공격하도록 면역체계를 자극 또는 암세포만을 선택적으로 괴사시킬 수 있도록 독성 물질에 표지자를 달아 전달하는 등 모든 방법이 이 표적항암치료제의 범주에 속한다. 잘 알려진 표적 치료제로는 폐암 치료제인 Elrotinib, Gefitinib, Cetuximab 등이 있다. 표적 치료는 유전자와 같은 특정 원인 물질 및 발병 매커니즘을 알고 있더라도 실제로 임상 치료에 활용될 수 있는 약물이나 치료법이 개발되지 않으면 활용이 어려운 단점이 있는데, 이 때문에 표적 치료에서는 임상적 타당성의 유무가 중요한 이슈가 된다.

 <유전체 분석을 통한 질병위험도 예측>

얼마전 유명여배우 안젤리나 졸리가 유전체 검사를 통해 유방을 절제해 화제가 됐다. 이것이 바로 유전체 분석을 통한 질병위험도 예측의 가장 적절한 사례로 손꼽힌다. 유방암에 걸리지도 않은 그녀가 가족력과 유전자 검사를 통해 BRCA1 유전자 돌연변이를 보유하고 있다는 사실만으로 유방 절제술을 선택한 것은 정밀의학이 유전체 정보를 이용한 예방중심 의학임을 단적으로 보여주는 것이다.

이처럼 정밀의학은 다양한 질병에서 유전체 분석을 통한 유전 정보를 바탕으로 특정 질병의 발병 가능성을 낮출 수 있는 치료 등 예방적 조치를 취할 수 있고 유전자 검사는 현재 임상의 다양한 분야에서 활용되고 있다. 심지어 이러한 질병위험도를 예측할 수 있는 데 대한 관심은 개인 유전체 분석의 수요를 늘려 해당 분야 산업의 발전을 촉진했고 유전자 검사 및 그와 관련된 DTC 유전체 분석 사업이라는 새로운 산업 분야를 창출하는 등 정밀의학의 발전에도 많은 영향을 미치고 있다.

 임상유전체 응용 분야

최근에는 병원이나 국가 연구기관 등에서 임상유전체를 활용하는 것뿐만 아니라, 의사를 거치지 않고 개인에게 직접 유전체 검사 결과를 제공하는 소비자 유전체학 산업도 발달하고 있다. 이는 개인별 염기서열의 차이에 관한 단일염기다형성의 정보 분석을 기반으로 하고 있으며, 현재 미국의 경우는 800개가 넘는 회사들이 서로 경쟁하고 있다. 이들은 여러 다양한 질병들에 대한 정밀의학 보급의 급속한 대중화를 일으키고 있다.

 <非암 관련 분야>

△아벨리노 각막이영양증 및 라식 수술=1988년 이탈리아 아벨리노 지방에서 이민 온 가족에게서 처음 발견이 되어 이름을 붙이게 된 질환으로, 양쪽 눈 각막의 중심부에 단백질 침착으로 혼탁해지고, 나이가 듦에 따라 시력이 감소하는 질환이다. 발병 원인으로는 TGFBI 유전자에 발생한 돌연변이가 주원인으로 알려져 있는 상염색체 우성 유전질환이다. 국내에도 인구 1,320명당 1명꼴로 적지 않은 수의 환자가 있으며 라식, 라섹, 엑시머 등 시력교정 레이저 수술 시 각막 혼탁이 증가되는 것으로 보고 되고 있다. 이는 TGFBI 유전자의 변이 여부를 미리 조사한다면 라식 등 시력교정 수술을 하는데 결정적인 단서를 제공할 수 있게 된다.

△장기 이식 거부 예측 서비스 알로맵(AlloMap)=20개의 유전자에서 mRNA 발현량을 통해 환자의 심장이식 거부반응 여부를 미리 예측해 면역억제 치료 결정을 돕는 프로그램이다. CareDX라는 회사에서 개발한 이 프로그램은 2008년 미국 FDA의 승인을 얻어 현재까지 5만6,000건 이상의 테스트가 시행됐다. 2014년, CareDX는 Illumina와 기술공급 계약을 맺고 기존 유전자 발현량 측정 기반의 AlloMap 서비스를 해 왔지만 앞으로 NGS 장비를 이용한 cell-free DNA 기반으로 바꿀 예정이라고 한다.

△23andMe=2007년, 구글 벤처스사에게 360만 달러의 투자를 받은 앤 위짓스키가 공동으로 창업했다. 타액으로 유방암을 비롯, 250여 가지에 달하는 질환 정보를 제공할 수 있는 99달러의 DNA 검사키트를 판매하는 등 개인유전자 분석서비스를 제공하기 시작했다. 비록, 2013년 미국 FDA로부터 판매 중지 명령을 받기는 했지만, 2015년 블룸 증후군의 유전적 질병에 대한 테스트가 허가됐다. 이를 시작으로 앞으로 추가적인 테스트에 대한 FDA 허가 및 등록이 확대 될 것으로 보여진다. 최근 종전보다 검사 종류는 1/4로 줄고, 금액은 두 배인 199달러의 새로운 검사 키트를 출시했다. 대부분이 자신들의 정보를 연구용으로 사용하는데 자발적인 동의를 해 늘어나는 고객에 따라 데이터 베이스는 확장될 것이며 이를 의학 연구나 신약개발에 활용할 계획이라고 한다.

△Counsyl=태어나지 않은 자녀의 유전 질환을 사전에 진단하는 서비스를 제공하고 있다. 부모의 유전자를 분석해, 임신 여부도 결정되지 않는 자녀에게서 발생할 수 있는 100여 개의 개인 희귀 유전 질환 위험률에 대한 정보를 주로 제공한다. 최근에는 가족력 암과 관련된 유전자들도 분석하여 그 정보도 제공하고 있다.