시선바이오머티리얼스, ‘용액상 PNA 합성법’ 개발

PNA 고순도·저원가 대량 생산 기술 확보...유전자치료제 상용화 속도

시선바이오머티리얼스는 공주대학교 화학과 홍인석 교수팀과 7년간 공동 연구를 통해 ‘용액상 블록 조립 기반 PNA(Peptide Nucleic Acid) 합성 기술’을 개발했다고 밝혔다.

이 기술은 기존 고체상 합성의 한계를 극복해 PNA의 고순도·저원가 대량생산을 가능하게 함으로써, 유전자 치료 및 진단 시장에서의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다.

PNA는 유전자 치료제, 진단, 나노센서, 이중항체(AOC) 기술 등 다양한 분야에서 활용되는 차세대 인공 유전자다. 1991년 덴마크 코펜하겐대 Peter E. Niesen 교수가 사이언스지에 처음 보고한 이후, DNA 및 RNA보다 강한 결합력과 돌연변이 구별 능력, 그리고 생체 내 안정성으로 주목받아 왔다.

그러나 합성 공정이 복잡하고 대량생산이 어려워, 현재는 mg당 수천만 원 수준의 고가로 공급되고 있으며 신약 개발용 원료(g~kg 단위) 확보에 한계가 있다.

현재까지의 PNA 합성은 주로 고체상 지지체(Solid Phase) 기반 방식으로, 단량체를 순차적으로 결합시켜 제조한다. 이 방식은 합성 단계가 늘어날수록 수율이 떨어지고 불순물이 증가하며, 특히 기능성 분자를 부착할 경우 입체 장애로 인해 합성 실패율이 높고 생산 단가가 급등하는 문제가 있었다.

또한, 한 번에 제조 가능한 양이 적어 대량생산이 사실상 불가능했다.

시선바이오머티리얼스는 이번 연구를 통해 단량체를 용액상에서 이량체(2-mer), 삼량체(3-mer), 사량체(4-mer) 등 ‘블록(block)’ 단위로 먼저 합성한 뒤, 이들을 Block-on-Block 방식으로 조립하는 새로운 합성법을 확립했다.

또 용액상에서 고체상 대비 분자 확산과 접근성이 좋아 입체 장애를 완화해, 고체상에서 합성이 불가능하던 기능성 PNA도 합성이 가능하다.

이 공정을 통해 시선바이오머티리얼스는 고순도·저원가 PNA의 대량생산 시스템을 구축했다. PNA 신약 후보 물질 개발의 가장 큰 난관이었던 합성 효율과 원가 문제를 동시에 해결했다.

블록 단위 조립을 통해 목표 서열을 신속하게 완성해 생산 단가를 절감할 수 있고, 고체상 합성 시 단량체 대비 약 10배 이상 사용해야 하는 반응제를, 용액상에서는 필요한 양만 투입할 수 있다. 누적 관점에서 최대 100배의 원료 절감 효과를 기대해 볼 수 있다.

각 블록 단계에서 정제가 가능해, 최종 PNA의 crude 순도가 높고 정제 효율이 탁월하다.

고체상 합성법은 단계마다 cleavage/미결합이 누적돼 n-1·n-2 불순물이 증가하고 이에 따라 정제 난도가 높은 경우가 많이 발생한다. 용액상 블록 조립은 사전 정제된 멀티머 블록을 원료로 사용하므로 단계별 절단 불순물이 사실상 발생하지 않는 공정이다. 이에 최종 정제가 용이하고, 정제 수율도 기존 합성법 대비 2배에서 많게는 10배 이상 높다.

시선바이오머티리얼스는 해당 기술에 대해 한국·일본·중국에 특허 등록을 완료했으며, 미국은 심사 중, 유럽 PCT 출원 중이다. 현재는 서울대병원, 카이스트, 성균관대, 양자센서개발기관 등 다수의 연구기관에 연구·전임상용 gram-scale PNA를 공급하고 있다. 향후 국내외 유전자치료 기업 및 연구소를 대상으로 kg-scale 대량생산 체계 구축 및 공급 확대를 추진할 계획이다.

새 기술을 통해 기존 가격 대비 최대 1/10 수준의 공급가로 PNA 소재를 제공할 수 있어, 유전자치료제 및 정밀진단 시장의 원가 경쟁력을 크게 높일 전망이다.

시선바이오머티리얼스 관계자는 “이번 용액상 블록조립 합성기술은 고체상 방식의 구조적 한계를 극복한 PNA 대량생산 플랫폼으로, 유전자 치료 및 진단 분야의 실질적인 상용화를 앞당길 핵심 기술”이라며 “향후 글로벌 파트너십을 확대해, 차세대 유전자치료제 원료소재 분야의 경쟁우위를 확보하겠다”고 밝혔다.

- Copyright ⓒ 조선비즈 & Chosun.com -