⑤ 웨어러블 건강관리기술 - 삼성·LG
웨어러블(Wearable) 건강관리기술은 맥박, 체온, 혈압, 심전도 등 생체신호의 실시간 수집을 위한 웨어러블 기기의 제조기술 및 데이터 분석을 통해 급·만성 질환을 조기진단하며 예방하고 있다.
국내에서는 삼성전자와 LG전자가 일별 칼로리 소비량 및 생체 활동량 측정이 가능한 웨어러블 밴드를 개발해 건강관리진단기술을 개발하고 있다.
전자부품연구원은 옷에 센서와 무선통신 칩을 장착해 심전도, 호흡, 운동량을 측정할 수 있는 바이오셔츠를 개발했으나 효율성이 떨어져 상업화 단계에는 도달하지 못한 것으로 파악되고 있다.
미국 Jawbone, Nike, 일본 Hitachi, Sony 등도 개인 활동량 및 생체 데이터를 실시간 측정할 수 있는 휴대용 밴드를 개발했다.
구글은 수술과정 촬영, 원격의료 자문, 환자 진료 및 수술기록을 열람할 수 있는 의료진단용 웨어러블기기인 「구글 글라스」를 개발하고 있다.
⑥ 유전자 편집 질병 치료 - 기초과학연구원
난치병이나 유전병을 치료할 수 있는 유전자 편집 신기술로 유전자 가위가 주목받고 있다.
유전자 가위는 유전체를 자르거나 원하는 서열을 삽입해 인간 세포 및 동식물 세포의 유전자를 편집하는데 사용되는 핵산분해효소이며 손상된 DNA를 자르거나 정상서열을 교체하는 방식으로 질병 치료에 적용되고 있다.
글로벌 유전자 편집시장은 2016년 28억4000만달러에서 2021년 55억4000만달러로 확대될 것으로 예상되고 있으며, 특히 3세대 유전자 가위기술 매출이 2022년까지 36.2% 이상 성장할 것으로 기대되고 있다.
국내 유전자 편집시장도 2014년 600만달러에서 2020년 7000만달러로 10배 이상 성장할 것으로 예상되고 있다.
1·2세대 유전자 편집시장은 어려운 유전자 편집기술과 높은 진입장벽으로 주목받지 못했으나 3세대 유전자 가위인 크리스퍼/Cas9 기술은 설계기간이 하루 뿐이고 비용도 수십달러로 저렴해 연구소를 비롯해 의료, 헬스케어 분야에서 적용이 확대되고 있다.
미국, 영국, 스웨덴 등에서는 3세대 유전자 가위기술을 이용해 HIV(Human Immunodeficiency Virus), 암, 혈우병, 선천성 안구질환 등을 치료하는 방안을 연구하고 있다.
유전자 가위를 이용하면 항암치료 없이 암환자의 혈액에서 면역세포 유전자를 편집해 암세포의 공격능력을 높이는 방식으로 치료가 가능하며 실제로 세계적으로 기술도입 관련 임상실험을 시행하고 있다.
미국 국립보건원(NIH) 자문위원회는 2016년 6월 미국 펜실베니아대학 연구진들에게 골수종, 흑색종, 육종 등 암 치료를 위해 18명 환자를 대상으로 3세대 유전자 가위 크리스퍼/Cas9 임상시험 연구를 제안한 바 있다.
10월에는 중국 Sichuan 병원이 크리스퍼/Cas9를 활용해 비소세포 폐암 환자 10명을 대상으로 임상시험을 했다.
3세대 유전자 가위는 과거보다 쉽고 빠르게 인간의 질병을 치료할 수 있으나 동시에 의도하지 않은 부분까지 절단하는 비표적절단의 위험성도 내포하고 있다. 세포 증식을 억제하는 유전자를 잘못 절단하면 없던 질병을 유발할 가능성이 있다. 목표하지 않은 유전체를 절단하는 오류를 막기 위해 다양한 극복방안이 마련되고 있다.
국내에서는 정확한 유전자 편집기능으로 주목받는 유전자 가위기술을 국산 콩 및 벼 등에 적용해 우수한 품종을 개발하는 연구가 본격화되고 있다.
기초과학연구원(IBS) 유전체교정연구단은 농촌진흥청 농생물게놈활용사업단과 작물의 유전자 기능 연구와 신품종 개발을 위해 업무협약을 체결하고 유전체 정보를 바탕으로 작물 유전자 교정과 유전자 기능 연구를 위한 기술협력을 강화할 계획이다.
유전체교정연구단 김상규 연구위원은 “농생물게놈활용사업단과 한국산 콩들의 물질적 유전적 특성을 분석해 우수한 품종을 개발하는 연구를 시행하고 있다”며 ”앞으로 벼와 토마토 등에도 유전자 가위기술을 적용해 기능성과 병충해 내성이 강한 품종을 개발할 방침”이라고 강조했다.
⑦ 순환 종양세포 DNA 탐지 - 투자 “미흡”
순환 종양세포 DNA 탐지는 암 환자의 말초혈액에서 순환하는 암세포와 순환 DNA를 탐지해 환자의 혈액에서 순환하고 있는 종양세포나 DNA를 추출하는 고통을 최소화하고 정확한 분석결과를 확보할 수 있는 바이오기술이다.
Im-Municon은 혈중 암세포 분리를 이용한 암 진단기술을 최초로 개발했으며 Johnson&Johnson이 관련기술을 인수해 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받아 상용화했다.
세계적으로는 2007년 이후 연구그룹 등이 고가의 진단비용을 해결하기 위해 마이크로·나노기술을 기반으로 한 혈중 암세포 분리연구 결과를 발표하고 있다.
국내에서는 관련 R&D(연구개발)가 미미한 상태이며 글로벌 의료기술 경쟁력을 키우기 위해서는 개발이 시급한 것으로 지적되고 있다.
외국의 원천특허들을 피하기 위해 독자적인 핵심기술을 개발해야 하며 빠른 시스템화 기술 개발을 통해 경쟁력이 있는 시제품을 제작할 것이 요구되고 있다.
⑧ 연속식 혈당측정기술 - 아이센스
연속식 혈당측정은 혈액채취 없이 비침습적인 방법으로 혈당을 연속적으로 측정하는 바이오센서의 고도화 기술이며 채혈에 이어 여러단계를 거치는 불편한 과정 없이 혈당 측정이 가능해 당뇨환자의 삶의 질 향상에 기여할 것으로 기대된다.
Abbott의 연속식 혈당측정센서 「FreeStyle Libre」는 팔뚝에 동전 크기의 작은 패치를 부착해 혈액채취 없이 2주 동안 실시간으로 혈량을 측정할 수 있는 것으로 파악되고 있다.
메드트로닉의 연속식 혈당측정센서 「iPro2」와 인공지능 인슐린 펌프 「MiniMed」는 연속식 혈당측정센서와 연동돼 실시간으로 측정한 환자의 혈당 정보를 바탕으로 인슐린 투입을 조절할 수 있는 것으로 알려졌다.
국내에서는 연구기관을 중심으로 개발이 집중되고 있으며 아이센스가 상업화를 위해 R&D를 계속하고 있다.
기초과학연구원 연구팀이 그래핀(Graphene) 복합체를 활용한 전기화학센서와 미세 약물침을 결합한 「당뇨 전자패치」를 개발했으며, 포스텍 연구팀은 눈물의 글루코스(Glucose)를 분석할 수 있는 바이오센서를 콘택트렌즈에 탑재하는데 성공해 혈당측정 콘택트렌즈는 3년, 약물 방출기능까지 추가한 타입은 5년 안에 상용화가 가능할 것으로 예상하고 있다.
아이센스는 2011년부터 산학협력으로 R&D를 계속한 끝에 연속 혈당 측정기술을 확보했다.
피하지방에 바이오센서를 삽입해 세포 간질액으로 포도당을 측정하는 방식이며 채혈 없이 실시간 혈당 측정이 가능하다.
아이센스는 2019년 상용화를 목표로 연속식 혈당측정기술을 개발하고 있으며 현재 1주일 측정용 패치가 수입제품 기준 100만원에 달하고 있어 국산화를 통해 가격을 절감할 수 있을 것으로 예상하고 있다.
⑨ 생체 직접교차분화 - 건국대·연세대
생체 직접교차분화기술은 세포의 체외조작 없이 생체 내에서 직접교차분화를 유도해 세포의 수명을 바꿀 수 있어 재생이 필요한 세포를 직접 제조함에 따라 재생의학의 패러다임을 전환시킬 것으로 기대하고 있다.
세계적으로 췌장세포, 심근, 신경세포의 생체 교차분화에 대한 개념증명의 연구가 진행되고 있으나 인간에게 적용하기 위해 기전을 분석하고 안전성을 확보하는 R&D는 초기단계에 불과한 것으로 파악되고 있다.
다양한 종류의 조직 및 세포에서 재생이 가능한지 검증하는 연구 및 기전에 대한 연구가 요구되고 있다.
국내에서는 생체 외부에서의 직접교차분화 및 리프로그래밍 연구가 활발히 진행되고 있으며 생체 내부는 건국대학교, 연세대학교 등이 R&D를 계속하고 있다.
건국대학교는 의학전문대학원 줄기세포팀 한동욱 교수팀이 체세포에 특정 유전자를 도입해 유도만능줄기세포단계를 거치지 않고 원하는 유도간세포로 전환할 수 있는 교차분화 기전을 규명했다.
이에 따라 체세포의 생산기간을 단축시키고, 생산효율을 최대 90배 이상 극대화시킬 것으로 기대하고 있다.
건국대학교 관계자는 “기존 유전성 및 난치성 간질환 치료는 간 이식만이 유일한 해결책이었으나 생체 교체분화를 통해 세포 치료제 개발 및 신약 스크리닝 등으로 획기적인 치료방법을 개발할 수 있을 것”이라고 강조했다.
연세대학교 조승우·이태윤 교수 공동연구팀은 인체 신경세포의 전기신호를 모방해 피부세포를 신경세포로 분화할 수 있는 「직접교차 분화기술」을 개발했으며 파킨슨병·뇌경색 등 신경질환을 치료할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
연구팀은 미세한 전기 자극을 발생시키는 나노 마찰전기 발전소자를 분화에 적용해 피부세포가 신경세포로 전환되는 속도, 효율, 분화능력을 개선하는데 성공한 것으로 파악되고 있다.
⑩ 후성유전학적 발생·분화 조절 - 동아ST
후성유전학적 발생·분화 조절기술은 후성유전학적 방법으로 발생 및 분화 과정에서 광범위한 유전자들의 발현을 조절해 원하는 세포를 제작하고 3차원적인 발생·분화 등 생명현상 이해에 기여할 수 있는 바이오기술이다.
사람에 대한 연구는 배아 연구가 윤리문제로 한계를 나타내고 있어 줄기세포를 이용한 후성유전학적 변형에 초점을 맞추어 R&D를 진행하고 있다.
국내에서는 후성유전학적 연구 대상이 발생·분화 과정보다는 암과 관련된 방향으로 집중되고 있다.
동아ST는 스웨덴 바이오벤처 Beactica AB와 공동연구 및 기술이전 계약을 체결하고 후성유전학 기반 차세대 항암제를 개발하고 있다.
Beactica의 기존 선도물질 및 공동연구를 통해 발굴될 추가 선도물질에 대한 글로벌 독점권을 확보하고 최적화 연구, 전임상, 임상 등 항암 신약개발을 위한 공동으로 추진할 방침이다.
Beactica는 단백질의 기능조절에 특화된 혁신기술과 선도물질을 보유하고 있으며 유럽의 대학, 제약기업 및 연구기관과 R&D 네트워크를 구축하고 있다. <허웅 기자: hw@chemlocus.com>
