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첨단바이오의약품의 체내분포(Biodistribution) 평가 기술

작성자오대균
작성일시2021.06.17 09:28
조회수4,490

첨단바이오의약품의 체내분포 (Biodistribution) 평가 기술

1. 개요

신약약표평가 지원부는 바이오의약품의 유효성, 안전성, 약동/ 약력학적 평가와 다양한 평가의 신뢰성보증 업무를 지원하고 있습니다. 이번 호에서는 세포치료제나 유전자치료제와 같은 첨단바이오의약품 투여 또는 이식 후, 유효성 및 안전성을 확보하는데 중용한 정보를 제공할 수 있는 체내분포 평가 기술에 대해 좀 더 자세히 소개하고자 합니다.

줄기세포, 면역세포 등과 같은 세포치료제와 바이러스벡터, 유전자 도입 세포 등과 같은 유전자치료제는 임상시험을 위한 필수 비임상시험 항목으로 체내분포 평가가 요구되고 있다. 세포치료제는 살아있는 세포를 사용하기 때문에 치료 효과에 영향을 주는 세포의 운명(예: 이동, 생착, 분화, 잔존)이 세포 자체의 특성과 주변환경에 따라 영향을 받는다고 알려져 있습니다. 세포치료제는 세포의 기원이 자가에서

동종, 이종을 넘어 iPS (유도만능줄기세포)로 까지 확대되면서 재생의료 및 면역조절치료제로써 기대가 높아지고 있다. 세포치료제는 치료 목적에 따라 척수강, 피하, 근육내, 정맥내 등 다양한 경로로

투여되고 있어 유효성 및 안전성 평가 목적으로 체내분포를 면밀히 모니터링할 필요성이 증가하고 있습니다.

유전자치료제의 생체 내 분포 특성을 확인하는 것은 비임상시험에서 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 분포시험 자료는 표적 및 표적 외 장기, 생식계에 벡터/유전자 및 발현산물 존재 가능성을 결정하는

데에 활용됩니다. 벡터의 잔존, 지속성 및 소실 양상에 대한 자료는 유전자치료제의 안전성을 확보하는데 아주 중요한 정보를 제공합니다

미국 식품의약품안전국 (FDA)에서는 적절한 동물 종을 이용하여 생체내 분포, 이동, 잔존 기간에 대한 자료를 안전성 측면에서 확보할 것을 권고하고 있습니다. 투여 후 세포 및 유전자의 운명을 확인하는

것은 세포의 생착이나 유전자의 잔존과 활성 간의 관계를 입증하고 치료제의 작용기전을 분석하는데 도움이 될 수 있습니다. 유럽 의약품안전청 (EMA)에서는 현재의 기술적 한계 및 윤리적 문제로 인하여

인체 내에 투여한 후 세포 및 유전자의 체내분포 및 거동을 직접 확인할 수 없기 때문에, 실험동물을 대상으로 하는 비임상 연구를 통해 이와 같은 정보를 얻는 것이 중요하다고 강조하고 있습니다.

첨단바이오의약품의 체내분포 평가는 설치류, 비설치류 그리고 질환동물모델 등을 사용하여 방사선 동위원소, 형광 및 나노입자를 이용한 영상 분석, 정량 PCR, 또는 면역 조직화학적 방법 등 다양한

분석기법을 이용하여 세포 및 도입유전자에 대한 생체 내 거동 및 분포, 소실 등을 평가합니다.

2. 관련 기술

A. 정량 PCR (Quantitative real-time PCR)을 이용한 체내분포 평가 기술

세포치료제 및 유전자치료제의 체내분포 평가는 식품의약품안전처에서 발간한 “정량 PCR을 이용한 유전자치료제 생체분포 시험방법 밸리데이션 시 고려사항”, 과 “줄기세포치료제 체내분포 평가

가이드라인 – 정량 PCR 중심으로-” 에서 명시된 평가기준에 따라 정량 PCR과 같이 민감도가 높은 정량 분석 기법을 사용하고 있습니다. 정량 PCR은 유전자 조작 없이 낮은 농도의 세포치료제 검출이

가능합니다. 일반적으로 임상시험용 의약품을 임상 예정 투여경로로 투여한 후 투여 부위 및표적장기에서 지속시간 및 그 외 주요 장기에서의 분포를 평가합니다. 세포치료제는 사람 유래 세포를 동물에

투여하기 때문에 동물 조직 중의 사람 유래 DNA 서열 (human Alu) 특이적인 primer와 형광 부착 probe를 사용하고, 유전자치료제는 도입된 유전자와 벡터 부위의 primer 및 probe를 사용하여 정량 PCR

방법으로 체내분포를 평가합니다.

<첨단바이오의약품의 체내분포 평가 절차>

B. 체내분포 평가 시험방법

i. 시험동물의 선택

시험동물의 생체 내 환경은 세포 및 유전자치료제의 homing, 증식 및 잔류시간에 영향을 미치므로, 임상과 유사한 질환/손상 동물모델을 사용하여 미세환경이 유사한 조건에서 체내분포를 평가할 필요가

있습니다. 그러나, 질환/손상 동물모델 제작이 어려운 경우에는 시험물질에 대한 면역거부반응을 피하기 위해 면역저하, 면역결핍, 또는 인간화된 설치류를 사용하거나 면역억제제를 투여한 시험동물

사용하여 평가할 수 있습니다.

ii. 투여경로, 용량설정 및 투여 횟수

세포 및 유전자치료제는 생체 내 환경에 따라 분포 패턴이 달라질 수 있으므로, 시험물질의 투여는 임상적용경로와 동일한 해부학적 장소 (anatomical location) 및 시술 경로로투여합니다. 투여 후에는

임상적으로 분포가 예상되는 부위와 해부학적으로 동일한 부위에 시험물질이 분포되는 것이 중요합니다. 기술적으로 임상과 유사한 해부학적 부위에 투여하여 시험을 수행하는 것이 불가능할

경우, 미세환경이 유사한 부위에 투여하여 시험하는 것을 고려할 수 있습니다. 임상적용경로와 다른 투여 경로로 투여할 때는 그 이유와 적용 경로의 타당성 및 시험 과정이 시험 목적에 부합한다는 과학적

근거가 제시될 필요가 있습니다. 임상시험에서 여러 번 투여되는 경우 임상투여횟수를 반영한 체내분포평가를 수행할 수 있으며, 용량 및 횟수의 적절성에 대한 근거자료가 요구될 수 있습니다. 만약 생체내 소실 시점 이전에 반복 투여를 하는 임상디자인의 경우에는 단회 투여에 대한 체내분포 프로파일과 반복 투여에 의한 축적된 영향을 각각 평가할 필요가 있습니다.

iii. 분석 및 관찰

세포 및 유전자치료제의 체내분포평가는 투여 직후와 시간에 따른 분포 양상, 완전소실을 관찰할 수 있는 기간을 포함하여야 합니다. 투여부위 및 표적장기의 분포양상을 면밀히 분석하는 것은 물론,

전신노출이 예상되는 경우에는 투여부위를 포함한 전 장기 분석을 통하여 분포가 예상되는 장기를 평가하여야 합니다. 일반적으로 투여부위를 포함하여 뇌, 폐, 간, 심장, 비장, 고환/난소, 신장, 췌장, 골수,

혈액, 림프절 등의 주요 장기에 대한 분포를 평가합니다.

C. 분석법 밸리데이션

질환/손상 동물모델에서 체내분포를 평가하기 위해서는 체내분포 정량법 개발 및 밸리데이션이 필요합니다. 신약개발지원센터에서는 자동화된 체내분포평가 시스템 (Automatic genomic DNA extraction system, Automated Liquid Handling system, 384 well Real-Time PCR System) 을 바탕으로 세포 및 유전자치료제의 정량 PCR기반 체내분포 분석법 개발 및 밸리데이션, 평가 서비스를 제공하고 있습니다. 시험물질의 분석법 전체 밸리데이션 항목으로 최저정량한계의 설정, 검량선의 선택성 (Selectivity), 정량구간의 직선성 (Linearity), 검출한계 (LOD), 정확성 (Accuracy), 정밀성 (Precision) 분석에 사용되는 Primer & Probe set의 특이성 (Specificity), 조직별 DNA에 의한 직선성 영향 평가, 생체시료의 냉∙해동 안정성(Freeze and thaw stability) 등의 평가결과를 제공합니다 .

<체내분포평가 관련 장비 및 보유기술>

3. 체내분포평가 수행 사례

대학, 산업체 등 약 15건 이상의 세포 및 유전자치료제 체내분포평가를 지원하였습니다.

<다양한 체내분포평가 수행>

의뢰 기관	시험물질 종류	투여경로	시험 종류
대학	유전자치료제	I.V	Primer & Probe discovery, Validation, BD study
대학	유전자치료제	I.V	Primer & Probe discovery, Validation, BD study
대학	유전자치료제	I.V	Primer & Probe discovery, Validation, BD study
대학	유전자치료제	I.T	Primer & Probe discovery, Validation, BD study
대학	세포치료제	I.V	Validation, BD study
대학	세포치료제	I.V	Validation, BD study
대학	세포치료제	Joint	Validation, BD study
민간	면역치료제	I.V	Primer & Probe discovery, Validation, BD study
민간	면역치료제	I.V	Primer & Probe discovery, Validation, BD study
민간	면역치료제	I.V	Primer & Probe discovery, Validation, BD study
민간	면역치료제	I.V	Primer & Probe discovery, Validation, BD study
민간	세포치료제	Brain	Validation, BD study
민간	세포치료제	Brain	Validation, BD study
민간	세포치료제	I.V	Validation, BD study
민간	세포치료제	I.V	Validation, BD study