바이오특허 연구회 유전자 치료 백 경 업 특허청 유전공학과  2004 백경업.

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1 바이오특허 연구회 유전자 치료 백 경 업 특허청 유전공학과  2004 백경업

2 목 차 유전자 치료? 유전자 전달방법 줄기세포 / 암 관련 유전자 치료 유전자 치료제 허가 유전자 전달체 특허출원 현황 정 리
바이오특허 연구회 유전자 치료? 정의 / 역사 / 시장 / 임상진행 유전자 전달방법 바이러스성 전달체 비바이러스성 전달체 줄기세포 / 암 관련 유전자 치료 유전자 치료제 허가 유전자 전달체 특허출원 현황 정 리  유전자 치료제 특허심사  2004 백경업

3 바이오특허 연구회 유전자 치료?  2004 백경업

4 HGP 연대기 바이오특허 연구회 1865, 멘델 유전법칙 1953, 왓슨 & 클릭 DNA 구조
1983, PCR 개발 1990, 미국 에너지성과 국립 보건원 HGP 출범 2001, 인간 지놈 염기서열 해독 99% 완료 2003, 인간 지놈 염기서열 완성  2004 백경업

5 Post-Genome Era Gene Therapy Target How many genes in
바이오특허 연구회 How many genes in the human genome ? What is the role of each gene ? cDNA sequencing Genomic sequencing Tissue distribution Disease-related gene Gene function Structural Genomics Functional Genomics Unknown Genes Finding of novel functional genes Gene Therapy Target Known Genes Some of the technologies that will be used to impact the drug discovery process are listed here under their respective area. Human Genes  50,000~100,000  2004 백경업

6 DNA Timeline 1990 1865, Mendel 1950’s, Franklin 1953, Watson & Crick
바이오특허 연구회 1865, Mendel (유전법칙) 1950’s, Franklin (DNA 화학구조) 1953, Watson & Crick (DNA 이중구조 모델) 1963, Sanger (DNA 서열분석) 1966 (유전자 코드) 1990 (유전자치료 시도) 1993, Mullis (PCR) 1980’s, International team (인간유전자 지도) 1972, Berg (DNA 재조합) 1994, FDA 허가 (유전자조작 토마토) 1995, OJ Simpson (DNA 검사) 1997, Dolly (동물복제) 1998, Clinton/Lewinsky (DNA 입증) 2000, Craig (인간유전자 완성)  2004 백경업

7 유전자 치료 (Gene Therapy) 미국 FDA : 치료를 위한 목적으로 유전자를 조작하거나 살아
바이오특허 연구회 유전자 치료란? 치료 유전자 또는 유전물질을 원하는 장기(세포)로 전달하여 유전적 결함을 치료하거나 새로운 단백질이 발현 되도록 하여 질병을 치료하는 행위 (화학요법에서 화학물질이 치료제인 것처럼 유전자가 약으로 사용) 일반적인 약물치료에 비해 우수한 선택성과 치료율 질병의 증상 치료가 아니라, 질병의 원인 치료 추가적인 연구 필요분야 - 원인 유전자 규명 - 질병 유전자 분석및 발현 조절 기작 연구 - 유전자 전달 방법 미국 FDA : 치료를 위한 목적으로 유전자를 조작하거나 살아 있는 세포의 생물학적인 성질을 변화 시키는 것 "Gene therapy is a medicinal intervention based on modification of the genetic material of living cells”  2004 백경업

8 유전자 치료 3대 요소 타겟 세포 치료 유전자 유전자 전달방법 유전자 치료 대상이 되는 세포 특성 이해
바이오특허 연구회 타겟 세포 유전자 치료 대상이 되는 세포 특성 이해 질병 원인 등의 심층적인 연구 진행 치료 유전자 가장 적합한 치료 유전자 인간 지놈 프로젝트와 병행하여 치료 유전자 개발 유전자 전달방법 대상 세포로 치료 유전자를 전달하는 가장 효율적인 전달방법이 가장 중요  2004 백경업

9 유전자 치료 역사 개념정립 : ’80년대 미국, 영국, 이탈리아 중심으로 시작
바이오특허 연구회 개념정립 : ’80년대 미국, 영국, 이탈리아 중심으로 시작 최초 유전자 치료 : ’89, 미국 국립암연구소, 스티브 로젠버그 박사 - 위암 환자, 종양침윤임파구 체외 배양후 TNF 유전자 삽입 후 환자 투여 - 종양침윤임파구는 TNF 배출하지 않았음 (유전자 치료 안전성 확인) 최초 성공사례 : ’90, 미국 캘리포니아 의대, 프렌치 엔더슨 - 4세 중증복합면역결핍 증후군 (Adenosine deaminase 결핍증) 환자, T세포 꺼내 레트로바이러스 이용, 정상 ADA유전자 도입 후 되돌려 줌 (유전자 치료, 새로운 사업 급부상) 최초 실패사례 : ’99, 미국 펜실바니아 대학 - ‘제시 겔싱어’ 사건 : 아데노바이러스 이용 유전자 치료 중 사망 - 유전자가 염색체에 들어가면서 다른 염색체에 삽입 (유전자 치료 안전성 문제 대두 FDA/NIH 규제강화 제품개발 지체) 임상진행 : ’00, 미국 Introgen과 프랑스 Aventis (p53 임상 3상) 등...  2004 백경업

10 TNF 이용 유전자 치료 세계 최초 유전자 치료 (1989년 미국 NCI, 스티브 로젠버그 박사)
바이오특허 연구회 세계 최초 유전자 치료 (1989년 미국 NCI, 스티브 로젠버그 박사) - 위암 환자의 종양 조직에서 채취한 종양 침윤성 임파구에 TNF- 유전자 도입하여 환자에게 투여 - 치료 결과, 종양의 부분적 축소 종양괴사인자 (tumor necrosis factor-): 종양세포의 분자발현이나 T세포의 effector활성을 증강시키는 사이토카인으로 종양 면역 능력 촉진 1. 환자의 종양 조직에서 임파구(TIL) 채취 2. TNF- cDNA의 재조합 레트로바이러스 생산세포와 함께 배양 3. IL-2의 존재하에 배양, 유전자도입 임파구 증식 4. TNF-를 발현하는 임파구를 환자 투여  2004 백경업

11 ADA 결손증 유전자 치료 세계 최초 성공사례 (1990년 미국 캘리포니아 의대 프렌치 엔더슨)
바이오특허 연구회 세계 최초 성공사례 (1990년 미국 캘리포니아 의대 프렌치 엔더슨) - 4세 여아 중증복합면역결핍 증후군(Adenosine deaminase 결핍증) 환자, T세포 꺼내 레트로바이러스를 이용 정상 ADA유전자 도입 후 되돌려 줌 - 치료 결과, ADA 활성과 T세포 증가, 항체 생산과 면역 능력 회복 ADA (adenosine deaminase): 이 효소 유전자에 이상이 생기면 T세포에 adenosine, deoxyadenosine이 축적되어 중증 복합형 면역 부전증 유발 1. 환자의 말초 혈액단구 채취 2. IL-2의 존재하에 배양, 유전자도입 임파구 증식 3. ADA cDNA의 재조합 레트로바이러스 감염 4. ADA 결핍증 환자에게 투여  2004 백경업

12 유전자 치료 핵심기술 유전자 치료 방법 1. 치료효과를 실제 나타내는 치료유전자 2. 치료 유전자를 타겟 세포에 전달해주는
바이오특허 연구회 1. 치료효과를 실제 나타내는 치료유전자 2. 치료 유전자를 타겟 세포에 전달해주는 유전자 전달기술 (유전자 전달체) 3. 유전자 전달체에 포함된 치료 유전자의 인체 전달기술 (Ex vivo / In vivo) 유전자 치료 방법 1. 유전자 대체 방법 (Gene replacement) 결함유전자를 정확하게 제거하고 그 곳에 정상인 유전자 이입 방법 2. 유전자 교정 방법 (Gene correction) 결함이 있는 유전자의 염기서열을 고치는 방법 3. 유전자 첨가 방법 (Gene addition) 정상기능 유전자를 유전자 전달체에 실어 표적 세포에 전달 방법  2004 백경업

13 1. 치료용 유전자 개발 유전자 징 후 기 능 면역체제 자극으로 암세포 사멸 암 신생혈관의 성장유도 관상동맥질환 말초혈관질환
바이오특허 연구회 유전자 징 후 기 능 면역체제 자극으로 암세포 사멸 암 Interleukin-2 신생혈관의 성장유도 관상동맥질환 말초혈관질환 VEGF 심장의 수축성 증가 심장질환 AC6 암세포 사멸 p53 암세포 사멸 및 정상세포로의 전환 E1A 혈액응고 조절 혈우병 B Factor IX 혈우병 A Factor VIII 세포내 염농도 조절 낭포성 섬유증 CFTR 기 능 징후 유전자  2004 백경업

14 2. 타겟세포 전달기술 물리화학적 방법 (Physicochemical method)
바이오특허 연구회 물리화학적 방법 (Physicochemical method) 대상세포의 세포막에 임의의 충격을 가하거나, 세포막에 결합할 수 있는 화학물질 이용 방법 CaPO4, 초미세주사법 (microinjection), 전기충격법 (electroporation), 리포좀 (liposome), 고분자 (polymer), 리간드 (ligand), 항체 (antibody) 생물학적 방법 (Biological method) 미생물이나 바이러스와 같은 생물체에 치료 유전자 등을 전달한 후, 다시 타겟세포로 치료 유전자 전달 방법 레트로바이러스, 아데노바이러스, 아데노조합 바이러스, 렌티바이러스, 허피스심플렉스 바이러스  2004 백경업

15 3. 인체 전달기술 Ex vivo (indirect method) In vivo (direct method) Ex vivo
바이오특허 연구회 Ex vivo (indirect method) 환자에서 분리한 세포에 벡터 (바이러스성, 비바이러스성) 이용하여 치료 유전자 이입 후, 환자에 수정한 세포를 재이식 방법 유전자 전달 효율이 높고 발현시간이 지속적 In vivo (direct method) 치료 유전자를 포함한 벡터를 환자에게 직접 주사 방법 Ex vivo In vivo In vivo Ex vivo  2004 백경업

16 Frost & Sullivan, US Gene Therapy Market, 2002
미국, 유전자 치료 시장동향 바이오특허 연구회 단일유전 질환 심혈관 질환 년 도 암 기 타 전 체 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 - 50 189 410 739 - 125 255 499 1,723 2,783 - 126 344 630 1,050 - 10 38 979 - 125 431 1,042 2,800 2,551 Frost & Sullivan, US Gene Therapy Market, 2002  2004 백경업

17 유전자 치료 유전자 치료 적용 범위 암 심혈관계 질환 혈액이상질환 중추신경계질환 자가면역질환 대사이상 감염증
바이오특허 연구회 심혈관계 질환 동맥경화, 허혈성심잘질환, 고콜레스테롤증 혈액이상질환 혈우병, 경상적혈구빈혈, 화학요법에 의한 빈혈 중추신경계질환 알츠하이머, 파킨스씨병, 다발성경화증, 헌탕턴병, 유전자결함정신질환 자가면역질환 다발성경화증, 건선, 류마티스성 질환 유전자 치료 대사이상 낭포성섬유증, 당뇨병, 성장호르몬결핍증, 골다공증 감염증 HIV감염, 인플루앤자, 단순포진, 유두종바이러스, 마이코박테리아 암  2004 백경업

18 The Journal of Gene Medicine,
유전자 치료 임상분야 바이오특허 연구회 Protocols by disease 총 3494명 환자 임상치료 감염질환 (12%, 408명) 암 (69%, 2392명) 단일유전질환 (9%, 309명) Patients by disease 기타 (10%, 385명) The Journal of Gene Medicine,  John Wiley & Sons 2002  2004 백경업

19 The Journal of Gene Medicine,
유전자 전달체(벡터) 개발 바이오특허 연구회 유전자 전달의 특이성(specificity) 및 효율(efficiency) 발현의 특이성(specificity), 크기(magnitude), 및 지속성(duration) 면역원성(immunogenicity) 제조(manufacturing) 기타 (6%) Patients by vector 비바이러스성 (22%) 레트로 바이러스 (50%, 1755명) 바이러스성 (72%) 아데노 바이러스 (18%, 644명) 기타 바이러스 (4%, 150명) The Journal of Gene Medicine,  John Wiley & Sons 2002  2004 백경업

20 임상시험 문제점 유전자 치료의 안전성(면역독성/암) 확보 필요 임상 I, II 단계 시험에서
바이오특허 연구회 유전자 치료의 안전성(면역독성/암) 확보 필요 임상 I, II 단계 시험에서 유전자 전달 효율 / 발현 / 치료 효과 면에서 만족하지 못한 결과 대부분 임상 I 또는 임상 II 단계에 머물고 있는 수준 안전성 / 효율성 좋은 새로운 유전자 전달체  2004 백경업

21 바이오특허 연구회 유전자 전달체  2004 백경업

22 바이러스성 전달체 (viral vector) 비바이러스성 전달체 (non-viral vector)
유전자 전달체 종류 바이오특허 연구회 바이러스성 전달체 (viral vector) - DNA virus : Adenovirus, Adeno-associated virus - RNA virus : Retrovirus, Lentivirus 비바이러스성 전달체 (non-viral vector) - 물리적 유전자 전달 방법 : 직접 유전자 주사법 (Naked DNA injection) 전기 충격법 (Electroporation) 유전자 총 (Gene gun) - 화학적 유전자 전달 방법 : 지질-유전자 결합체 (Lipid-DNA complex : Lipoplex) 폴리머-유전자 결합체 (Polymer-DNA complex : Polyplex)  2004 백경업

23 바이러스성 전달체 (viral vector) 비바이러스성 전달체 (non-viral vector)
유전자 전달체 특징 바이오특허 연구회 바이러스성 전달체 (viral vector) 높은 유전자 전달 효율 안전성 문제 비바이러스성 전달체 (non-viral vector) 제조 방법 쉽고, 면역반응 유발 않음 삽입 유전자 크기 제한 없음 특정세포 표적화, 리간드 또는 단일클론항체 결합 용이 Transfection 효율 낮고, 유전자 발현 일시적  2004 백경업

24 Naked DNA injection (직접 유전자 주사법) Electroporation (전기 충격법)
고전적 유전자 전달 방법 바이오특허 연구회 Naked DNA injection (직접 유전자 주사법) 물리적 전달 방법 중 가장 간단한 방법 유전자를 적당 용매(완충)에 녹여 조직에 직접 주사 방법 간, 근육, 표피, 고형암 등 넓은 적용범위 편리성/안정성/반복적 투여/용이제조/경제성 등 장점 효율 낮음 (1% 미만) Electroporation (전기 충격법) 전기 충격에 의해 세포막에 짧은 구멍 발생, DNA가 세포질 내로 들어감 (DNA는 전기장안에서 전기영동과 유사하게 세포막 통과) 피부, 간세포, 근육 등 적용 직접 유전자 주사법에 비해 1000배 이상 발현 Gene gun (유전자 총) 유전자를 금 가루에 붙여서 타겟 세포에 쏘아 놓는 방법 피부세포의 경우, 10~20% 효율 단점으로, 타겟 조직 두께가 한정  2004 백경업

25 바이오특허 연구회 바이러스성 전달체  2004 백경업

26 바이러스성 전달체 특징 유전자 전달체 연구 85% 차지 장 점 단 점 감염세포에 대한 transfection 효율 높음
바이오특허 연구회 유전자 전달체 연구 85% 차지 장 점 감염세포에 대한 transfection 효율 높음 단 점 일부 virus 경우, 작은 크기 DNA만 삽입 가능 숙주 면역반응 유발로 반복 투여시 유전자 발현율 감소 다양한 세포에 표적화되어 특정세포 특이성 없음 안전성 /독성 / 대량생산에 문제점  2004 백경업

27 유전자 전달과정 치료용 유전자를 벡터로 삽입 벡터와 세포의 상호작용 유전자의 세포핵으로의 진입 및 이동 유전자로부터 mRNA의
바이오특허 연구회 복제 불능의 치료용 바이러스 치료용 유전자를 벡터로 삽입 벡터와 세포의 상호작용 유전자의 세포핵으로의 진입 및 이동 유전자로부터 mRNA의 transcription mRNA의 단백질로 translation 단백질의 분비 및 cytoplasmic expression  2004 백경업

28 레트로바이러스 (Retrovirus) 바이러스성 유전자 전달의 가장 일반적 벡터 (60-70% 이상)
바이오특허 연구회 감염된 세포 내에서 RNA genome이 DNA로 변하는 바이러스 바이러스성 유전자 전달의 가장 일반적 벡터 (60-70% 이상) 장 점 : 고효율 유전자 전달 장기간 발현 단 점 : 특이성이 없어서 삽입 돌연변이 독성 봉입 DNA 크기 제한 (8 kb)  2004 백경업

29 GenVec사에서 개발한 심혈관 제품후보로 coronary artery disease (CAD)의 치료
아데노바이러스 (Adenovirus) 바이오특허 연구회 선형 이중 가닥의 DNA를 갖고 있는 non-enveloped virus 일종 장 점 : 감염효율 높고, 유전자 발현효율 높음, 여러 조직에 특이성 단 점 : 숙주 염색체 내에 삽입되지 않아 장기간 유전자 발현 불가능 임상시험에서 면역반응과 염증반응 관련 안전성 문제 대두 GenVec사에서 개발한 심혈관 제품후보로 아데노바이러스 이용 coronary artery disease (CAD)의 치료  2004 백경업

30 기타 바이러스성 전달체 아데노 조합 바이러스 (Adeno-associated virus)
바이오특허 연구회 아데노 조합 바이러스 (Adeno-associated virus) 단독 복제 못하며, adenovirus, vaccinia 또는 herpes virus 등 helper virus와 함께 감염되었을 때 복제, 증식 바이러스 타겟 세포에 안정적 형질도입 가능 봉입 DNA 크기 5 kb 삽입 돌연변이 생성 / 협조 바이러스(helper virus) 필요에 의한 사용 제한 허피스 심플렉스 바이러스 (Herpes simplex virus, HSV) 중추신경계 특이적 감염 DNA 바이러스 알츠하이머, 파킨스, 암 등의 신경계질환 치료 위해 개발 렌티바이러스 (Lentivirus) 면역반응 유도하지 않아 비분열세포인 신경세포를 목표로 한 벡터 개발 오닉스 바이러스 (Onyx virus) p53이 결손된 세포에서만 복제하는 아데노바이러스 바이러스 복제가 주로 암세포에 한정되어, 암세포에 효과적 형질주입  2004 백경업

31 바이오특허 연구회 비바이러스성 전달체  2004 백경업

32 비바이러스성 유전자 전달 타겟 세포 세포전달 기전 ? Transfection complex 2. Plasma membrane
바이오특허 연구회 Transfection complex 2. Plasma membrane fusion DNA release 1. Endocytosis (세포내 이입) RNA mRNA Local Effect transcription 세포전달 기전 ? 1. Endocytosis 2. Plasma membrane fusion translation Nucleus Therapeutic Protein nuclear localiztion Intracellular Effect endosomal release Systemic Effect degradation Endosome Lysosome (용해소체) 타겟 세포  2004 백경업

33 비바이러스성 벡터의 특징 유전자 전달체 연구의 15% 차지 장 점 단 점 제조하기 용이 DNA 크기에 상관없이 수송
바이오특허 연구회 유전자 전달체 연구의 15% 차지 장 점 제조하기 용이 DNA 크기에 상관없이 수송 특정세포 표적화(targeting) 위해, ligand 또는 monoclonal antibody 결합 용이 단 점 Transfection 효율 낮음 혈청 성분 영향에 의해 효율이 더욱 떨어짐  2004 백경업

34 비바이러스성 전달체 Lipid based system
바이오특허 연구회 Lipid based system - Liposomes (cationic / pH-sensitive / fusogenic liposome / stealth liposome / thermosenstive liposome / immunoliposome) - Emulsions - Solid-lipid nanoparticle Polymers Plasmid DNA DNA condensate (poly-L-lysin) DNA/poly-L-lysin complex Targeted DNA /delivery system Complex Delivery system (liposome) Ligand or Antibody Targeted delivery system  2004 백경업

35 내부에는 친수성 공간이 있으며, 외부로는 닫힌 이중의 지질막을 가지고 있는 인지질로 구성된 미세 소포체 (주머니)
리포좀 (liposome) 바이오특허 연구회 내부에는 친수성 공간이 있으며, 외부로는 닫힌 이중의 지질막을 가지고 있는 인지질로 구성된 미세 소포체 (주머니) 찬수성 공간 : 수용성분자 (DNA 포함), 약물 포함 외부 이중막 : 지용성 약물, 양전하 /음전하 물질 결합 Phospholipids (인지질) 장점 : 제조용이 Plasmid DNA와 복합체 형성 용이 효소에 의한 DNA 분해 방어 세포 독성 낮음 단점 : Transfection 효율 낮음 혈청 성분에 의해 transfection 활성 감소 종류 : 이온성에 따른 분류 : 양이온성 / 음이온성 리포좀 특이성에 따른 분류 : 입체적으로 안정화 / 용해성 / pH 감응성 / 온도 감응성 / 면역 리포좀  2004 백경업

36 리포좀의 분류 기능에 의한 분류 (1) Conventional : 인지질로만 구성
바이오특허 연구회 기능에 의한 분류 (1) Conventional : 인지질로만 구성 (2) Stealth : 표면에 고분자 특수 코팅, 크기 조절로 대식세포에 의해 소멸되는 것을 막아, 혈중 내 작용시간과 효과 최대화 (3) Targeted : 표면에 타겟세포 향하게 하는 ligand 붙인 것 (4) Cationic : 음이온성 물질, 특히 DNA 수송에 사용  2004 백경업

37 Stealth liposome 장 점 문제점
바이오특허 연구회 입체적으로 안정화된 리포좀 (Sterically-stabilized liposome) 표면에 당단백이나 에틸렌 글리콜이 결합된 지질 장 점 혈중에 100배 이상 머물면서 치료효과 높임 간, 비장에 의한 흡수 감소 입체적 방해작용 통해, 대식세포나 혈장 단백질과 세포표면 사이에 반응 저해 문제점 체내에 오래 머무는 동안 타겟장기 아닌 다른조직 분포 확률 높음  2004 백경업

38 Targeted liposome 특정세포 표면항원 인식 항체를 표면에 부착하여 표적화
바이오특허 연구회 특정세포 표면항원 인식 항체를 표면에 부착하여 표적화 수송체를 ligand나 MAb 등으로 수식 특정 세포로의 표적화로 독성 등 부작용 감소 체내 순환계 이동하는 동안 크기가 너무 커짐 Antibody coupling covalent coupling of whole Ig hapten binding Fab’ PEG spacers surface adsorption  2004 백경업

39 Cationic liposome DOSPA DC-Chol Transfast DOTAP DOTMA
바이오특허 연구회 DOSPA DC-Chol Transfast DOTAP DOTMA DOSPA : 2,3-dioleyloxy-N-2-(sperminecarboxamido)ethyl-N,N-dimethyl- 1-propanammonium DC-Chol : 3-b-[N-(N’,N’-imethylamminoethane)carbamoyl]cholesterol DOTAP : 1,2-dioleyloxypropyl-N,N,N-trimethylammonium chloride DOTMA : N-(2,3-dioleyloxypropyl)-N,N,N-trimethylammonium chloride  2004 백경업

40 Lipoplex 이용 유전자 전달 Lipoplex (Lipid-DNA complex, 지질-DNA 복합체)
바이오특허 연구회 Lipoplex (Lipid-DNA complex, 지질-DNA 복합체) 양이온성 지질과 음이온성 DNA가 화학적 중화반응 결과, 리포좀내에서 DNA의 안정구조인 Lipoplex를 형성하고, 타겟세포에서 DNA 발현  2004 백경업

41 Adult female Sprague-Dawley rat
Cationic Liposome 사례 바이오특허 연구회 Liposome composition Tissue or cell pCAGGSBPV Adult female Sprague-Dawley rat DOGS Neuron pRSV-luc pRSV-lacZ New born rat TMAG/DOPE Myoblast (Muscle cell) Luciferase Female CD1 mice DDAB/DOPE/PEG-PE Various tissue DOTIM/Chol Lung Sera -galactosidase Mice DC-Chol/DOPE GLB43,73,84,221,253/DOPE Lung pCMV-CAT Yorkshire Pig GAP-DLRIE/DOPE Porcine artery Balb/C mice LipofectamineTM Various organ pCMV-luc Interferon-g DC-Chol Asialofetuin Mice, Rat EPC/Chol Hepatocyte Genes Species Liposome composition Tissue or cells Species Genes Mouse colon tumor, Fibrosarcoma Alkaline Phophatase G-CSF, pM75.6, D5W  2004 백경업

42 Self assembled polyplex
Polyplex (고분자-DNA 복합체) 바이오특허 연구회 Polymer (고분자) DNA를 효과적 축합 가능 불안정한 DNA를 세포질에서 핵으로 이동, 핵산 분해효소 방어 Polyplex (Polymer-DNA complex) 양이온성 고분자와 음이온성 DNA가 화학적 중화반응으로 DNA 안정구조인 Polyplex 형성하고, 타겟세포에서 DNA 발현 큰 장점, 제조방법의 간편성 (Poly-L-lysine) (Polyethylamine) + PEI (polycation) DNA (polyanion) self assembly Self assembled polyplex 양이온성 고분자들의 구조  2004 백경업

43 Polyplex 이용 유전자 전달 Untargeted Polyplexes Targeted Complexes
바이오특허 연구회 (Adv. Drug Del. Rev. Vol. 54, 2002) Untargeted Polyplexes Targeted Complexes 이상적인 Polyplex의 설계 1. Condensed DNA 2. Endosomolytic peptide 3. Nuclear targeting peptide 4. Hydrophilic shield 5. Cleavable cross-linker 6. Targeting element 7. Erythrocyte  2004 백경업

44 표적화된 유전자 전달 시스템 바이오특허 연구회 Targeting ligand 가진 PEG 공중합체 고분자/DNA 복합체의 receptor-mediated 방법을 이용한 유전자 전달방법  2004 백경업

45 나노 스페어 (Nanosphere) Nanosphere 유전자 전달체 유전자 전달체는 모세혈관(5 mm),
바이오특허 연구회 유전자 전달체는 모세혈관(5 mm), 혈관과 내피세포 사이 gap (30-500nm), endocytoisis 과정에 의한 세포이동을 위해 Nano 수준의 크기 요구 Nanosphere 유전자 전달체 양전하성 Polycation (Gelatin 또는 chitosan)과 음전하성 DNA간의 전기적 상호작용에 의해 복합체 형성 독성 없고, 면역반응 유도 않음 핵산분해효소로부터 DNA 방어, 생체이용률 높임, 높은 이온 농도 용액에서 안정 Nanosphere에 리간드를 붙여, 표적화 또는 수용체 매개를 통한 endocytosis 촉진하여 transfection 효율 높임 Transfection 소실 없이 동결건조하여 보관 가능  2004 백경업

46 바이오특허 연구회 줄기세포 이용 유전자 치료  2004 백경업

47 줄기세포 (Stem cell) 줄기세포 : 우리 몸을 구성하는 모든 세포나 조직의 근간이 되는 세포
바이오특허 연구회 줄기세포 : 우리 몸을 구성하는 모든 세포나 조직의 근간이 되는 세포 배아줄기세포 : 착상직전 배반포기배아나 임신 8~12주 사이에서 유산된 태아에서 추출한 줄기세포 (모든 세포로 분화가능) 성체줄기세포 : 탄생 후에도 중추신경계, 골수, 간장, 근육계, 피부, 내장 등 장기에 남아 성장기까지 장기발달과 항상성 유지 줄기세포 얻는 방법 : 낙태된 태아 / 인공수정 실험실 배양 / (둘리) 체세포 핵치환에 의해 만든 배아 (윤리/종교적 논쟁) 인간복제? 만능세포 Topipotent cell differentiation Self renewal (배반포, 포배기) 전분화능세포 (배아줄기세포 /배아생식세포) Pluripotent cell differentiation Self renewal Multipotent cell (다능성 세포 /성체줄기세포)  2004 백경업

48 Animation (Stem cells)
바이오특허 연구회  2004 백경업

49 줄기세포 타겟 유전자 치료 줄기세포 타겟 유전자 치료 연구
바이오특허 연구회 줄기세포 타겟 유전자 치료 연구 1. 최근 줄기세포 분리(isolation), 동정 (identification), 증식 (proliferation) 연구가 활발해지면서 시작된 분야 2. 자가 줄기세포 내로 치료 유전자 도입은 효과적 치료법 3. 가능성 크나, 초기연구 단계 - 치료 유전자 적정 수준 발현조절 방법 - 형질도입 된 줄기세포가 분화 될 때 단세포군의 자손세포에만 치료 유전자 발현되도록 조절 - 도입 유전자 발현율 /지속시간 향상 위해 수송체 개선 배아줄기세포 (Embryonic stem cell, Pluripotent cell) 성체줄기세포 (Multipotent cell) Vector Somatic cell (체세포) MHC compatibility 선천적 유전질환 암 / 면역질환 /사고 등  2004 백경업

50 줄기세포 이용 유전자 치료 Stem cell Gene Gene therapy application Embryonic
바이오특허 연구회 Stem cell Gene Gene therapy application Embryonic (배아) Theoretically unlimited  초기연구단계 Any? Phox MGMT Globins Chronic granulomatous disease Bone marrow protection from chemothe. Thallesemias, sickle cell disease Hematopoietic (조혈) Many Collagen Erythropoietin Insulin Prodution of secreted therapeu. proteins Osteogenesis imperfecta Anemia Diabetes Mesenchymal (중간엽) Neural (신경) Parkinson's disease, other neurological Speculated Muscle (근육) Dystropin Muscular dystrophy 성체 줄기세포는 골수, 혈액, 뇌, 피부 등에서 얻을 수 있어 윤리적인 문제가 적으나, 배아 줄기세포에 비해 한정된 분화능력(multipotency)을 가짐  2004 백경업

51 배아 줄기세포 유전자 치료 “배아 줄기세포 유전자 치료에 적합한 새로운 유전자 전달체 개발 요구”
바이오특허 연구회 배아 줄기세포 (embryonic stem cell) 유전자 치료는 성체 줄기세포 (adult stem cell) 분야에 비해 초기단계 원인 1. 배아 줄기세포 자체를 일반연구실에서 쉽게 얻을 수 없음  공동연구 필수 원인 2. 배아 줄기세포의 특징상 수명인 긴 유전자 발현요구  현재 바이러스성/비바이러스성 수송체 기술로 부족 원인 3. 배아줄기 세포의 새로운 “de novo DNA methylation”  전사가 억제되어 유전자 발현 효율 낮음 “배아 줄기세포 유전자 치료에 적합한 새로운 유전자 전달체 개발 요구”  2004 백경업

52 바이오특허 연구회 암 관련 유전자 치료  2004 백경업

53 암 유전자 치료 전략 Cytokine 유전자 이용 유전자 치료 약제감수성 유전자 이용 유전자 치료
바이오특허 연구회 Cytokine 유전자 이용 유전자 치료 인터루킨-2를 이용하여 T림프구 기능 활성화시켜, 암 세포가 면역체계 감시를 벗어나지 못하게 하여 암 치료 약제감수성 유전자 이용 유전자 치료 약제감수성 유전자를 암 세포에 주입, 약제감수성 유전자 형질이 도입된 암 세포를 선택적 파괴 약제내성 유전자 이용 유전자 치료 항암제 치료시 골수독성이 주된 부작용, 항암제 저항성을 갖는 다약제 내성 유전자를 골수에 주입하여 골수를 보호하면서 암 세포를 죽이는 유전자 치료 암 유전자 억제 / 종양억제유전자 활성화 이용 유전자 치료 비정상적 활성화된 암 유전자 억제, 불활성화 된 종양억제유전자를 정상으로 환원시켜 암 세포를 죽이는 유전자 치료  2004 백경업

54 암 유전자 치료방법 직접적공격 치료 : 발암 유전자 억제 간접적공격 치료 : 면역(수동/능동)강화 유전자 치료
바이오특허 연구회 직접적공격 치료 : 발암 유전자 억제 종양억제 유전자 기능강화 암세포 자살 유도 간접적공격 치료 : 면역(수동/능동)강화 유전자 치료 직접적 공격전략 간접적 공격전략  2004 백경업

55 p53 암 유전자 치료 1. p53 유전자 2. 생리작용 3. 유전자 임상연구 (일본 오카야마 대학)
- 암억제 유전자, 사람 암세포 50% 변이 2. 생리작용 - 세포의 무제한 증식 억제 - 세포손상시 세포분열 주기 멈추고 손상복구 촉진 - 암세포 Apoptosis(세포자살) 유도 3. 유전자 임상연구 (일본 오카야마 대학) - 아데노바이러스 벡터 이용  2004 백경업

56 바이오특허 연구회 유전자 치료제 허가  2004 백경업

57 유전자 치료제 식약청 허가 관련 규정 치료 대상 질환 허가제한 대상
바이오특허 연구회 관련 규정 유전자치료제 허가 및 임상관리지침 (식의약청 고시 제 호) 의약품 임상시험관리기준 치료 대상 질환 유전성질환, 암, AIDS 및 기타 생명을 위협하거나 심각한 장애 초래 질환 현재 이용 가능한 치료법이 없는 질환 현재 이용 가능한 다른 치료법과 비교하여 우수함 예측 경우 허가제한 대상 사람 생식세포의 유전적 변형을 통한 치료제 생식세포의 유전적 변이 초래 우려가 있는 치료제  2004 백경업

58 임상시험용의약품 품목허가신청 및 임상시험계획서 승인 신청
바이오특허 연구회 유전자 치료제 임상시험계획서 승인절차 제약회사 또는 연구기관 안전성·유효성 심사의뢰 (의약품안전과) 생물학평가부(제조방법 관련) 국립독성연구소(안선성·유효성전반) 안전성·유효성 심사결과 통지 임상시험용의약품 품목허가신청 및 임상시험계획서 승인 신청 임상시험용의약품 품목허가 및 임상시험승인 임상시험 실시 임상시험결과보고서제출 중앙약사심의위원회 유전자치료제임상윤리평가소분위 적합시 시판허가 유전자치료제안전성평가소분위  2004 백경업

59 유전자 전달체 국내특허 출원현황 출원검색 : ’96~’02, KIPRIS DB, 총 93건 바이오특허 연구회
 2004 백경업

60 연도별 / IPC별 출원동향 출 원 수 출 원 연 도 C12N (유전자공학) 46% A61K (의약품제제) 41% 기타 5%
바이오특허 연구회 21건 21건 17건 17건 출 원 수 8건 8건 1건 ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’02 출 원 연 도 C12N (유전자공학) 46% A61K (의약품제제) 41% 기타 5% CO7C (탄소환식화합물) 4% CO7K (펩티드화합물) 4%  2004 백경업

61 출원국가/출원인별 동향 기타 13% 영국 5% 한국 38% 독일 7% 미국 16% 일본 21% 특허출원 건수 한국생명공학연구원
바이오특허 연구회 영국 5% 기타 13% 한국 38% 독일 7% 미국 16% 일본 21% 한국생명공학연구원 마크로젠 유로-센티큐나스. 에이 바이로메드 삼양제넥스 웨스트파마슈티컬스 드러그딜리버리 자끄사비나 진비컨 굿젠 히사미쓰세이야꾸 한국과학기술원 특허출원 건수  2004 백경업

62 기술내용별 출원동향 출 원 수 출원연도 ’96 ’97 ’98 ’99 ’00 ’01 ’02 기타 (4%) 비바이러스성 (57%)
바이오특허 연구회 기타 (4%) 비바이러스성 (57%) 바이러스성 (39%) 비바이러스성 바이러스성 기타 출 원 수 ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’02 출원연도  2004 백경업

63 나노관련 비바이러스성 출원 비바이러스성+나노 비바이러스성 출 원 수 ’96 ’97 ’98 ’99 ’00 ’01 ’02 출원연도
바이오특허 연구회 비바이러스성+나노 비바이러스성 출 원 수 ’96 ’ ’ ’ ’ ’01 ’02 출원연도  2004 백경업

64 바이오특허 연구회 정 리  2004 백경업

65 바이오특허 연구회 (비)바이러스성 전달체 성질비교 전달체 장 점 단 점 전달체 장 점 단 점  2004 백경업

66 바이오특허 연구회 유전자 치료회사와 개발현황 회사명 유전자전달체 대 상 질 병 회사명 유전자전달체 대상질병  2004 백경업

67 유전자 전달체 개발시 고려사항 적정 기간에 걸쳐서 발현 투여량에 따른 치료효과 수준이 확립
바이오특허 연구회 유전자 전달체 개발시 고려사항 효과적으로 타겟세포 내로 삽입 적정 기간에 걸쳐서 발현 환자에게 무해 넓은 범위의 치료유전자 사용 투여량에 따른 치료효과 수준이 확립 임상에서 다루기 쉬운 형태로 생산 및 공급  2004 백경업

68 유전자 치료 벡터 개발전략 새로운 벡터 개발전략 체 외 체 내 타겟세포
바이오특허 연구회 새로운 벡터 개발전략 안전성 / Transfection 효율 / 지속 발현 / 제조 용이한 벡터개발  새로운 벡터, 기타 첨부 물질, 입자크기, 전하밀도, 리간드의 친화성 및 배치, 세포 내 유도, 나노기술 도입 등이 연구 대상 체 외 체 내 타겟세포 Delivery via Fixed Shape particles Drug Limited distribution receptor Protein Gene Nucleus 제조기술? 투여경로? 혈중체류성? 장기선택성? 세포표적성? • 봉입효율/안정성 • 투여제형 • 세포특이성 / 약물방출성  2004 백경업

69 정 리 유전자치료는 기존 치료법으로 완치 어려운 선천적인 또는 후천적인 질병을 치료 가능하게 하는 잠재력을 가진 분야
바이오특허 연구회 유전자치료는 기존 치료법으로 완치 어려운 선천적인 또는 후천적인 질병을 치료 가능하게 하는 잠재력을 가진 분야 유전자치료 연구는 많은 윤리적 문제와 잠재적 위험성에도 불구하고 확대 현재 유전자 치료의 기술적 문제점은 인체에 대한 치료 유전자의 안전성 / 전달 효율 / 장시간 발현 유도 임 유전자 치료제 연구는 치료용 유전자 / 표적 세포 / 질병과의 기술적 조화를 이룰 수 있는 새로운 유전자 전달시스템의 개발 임상시험을 성공적으로 통과할 경우 유전자치료제는 전세계적으로 엄청난 규모의 시장을 형성할 것으로 예상 줄기세포에 관한 연구는 유전자 치료법과 함께 미래의학의 핵심기술로 발전하게 될 것임 (윤리적 문제의 최소화 노력 및 방안 필요)  2004 백경업

70 바이오특허 연구회 유전자 치료제 특허심사  2004 백경업

71 특정질병 진단용 등 구체적 유용성이 입증된 경우 특허가능
바이오특허 연구회 국가별 특허대상 비교 구분 대 상 KR US EPO JP 물 질 방 법 유전자 특허가능 특허가능 특허가능 특허가능 DNA 단편 특정질병 진단용 등 구체적 유용성이 입증된 경우 특허가능 단백질 특허가능 특허가능 특허가능 특허가능 미생물 특허가능 특허가능 특허가능 특허가능 동물 특허가능 특허가능 특허가능 단, 품종은 불가 특허가능 식물 무성적 반복 생식할 수 있는 변종식물만 가능 특허가능 특허가능 단, 품종은 불가 특허가능 인간, 인체의 일부 특허불가 특허불가 특허불가 특허불가 인간 배아 간세포 특허불가 특허가능 특허불가 특허불가 수술방법 진단방법 치료방법 사람불가 동물가능 특허가능 특허불가 사람불가 동물가능  2004 백경업

72 유전자 치료 관련 IPC ? C12N A61K C12N 15/00 유전자 공학과 관련된 DNA 또는 RNA, 벡터,
바이오특허 연구회 C12N 미생물 또는 효소; 미생물의 보존, 유지, 증식; 그 조성물; 돌연변이 또는 유전자공학; 배지 C12N 15/00 유전자 공학과 관련된 DNA 또는 RNA, 벡터, 돌연변이 또는 유전자 공학 C12N 15/ DNA 또는 RNA의 분리, 조제, 정제방법 C12N 15/ 동물단백질을 암호하는 유전자 A61K 의약용, 치과용 또는 화장용 제제 A61K 47/00 담체, 불활성 첨가제의 특징이 있는 의약품 제제 A61K 48/00 유전자 질병을 치료하기 위해 생체의 세포 내에 삽입하는 유전자 물질을 함유하는 의료용제제; 유전자 치료  2004 백경업

73 의약발명 유전자 치료제…. 의약발명 ? 의약발명 정의 의약발명이란? 의약을 발명의 구성요소로 하고,
바이오특허 연구회 의약발명 정의 의약발명이란? 의약을 발명의 구성요소로 하고, 의약 용도가 직접/간접적으로 인체에 관여되는 발명 의약이란 ? 사람의 질병의 진단, 치료, 경감, 처치 및 예방을 목적으로 사용하는 약제 (다음의 것들은 제외) - 용구류 (기구기계류 포함) 화장품류 - 인체에 직접 적용하지 않는 것 음식물 유전자 발명 유전자 치료제…. 의약발명 ?  2004 백경업

74 신규한 화합물, 천연물 분리물질 (사람 유전자 포함?) 신규 또는 공지물질의 신규한 의약용도, 효능 개선
의약발명 종류 바이오특허 연구회 신물질 발명 신규한 화합물, 천연물 분리물질 (사람 유전자 포함?) 유전자는 생명체에서 분리된 화학물질 유전자도 화학물질과 같은 기준 적용 : 탁솔처럼 자연계에 존재 물질 분리, 구체적 유용성 입증 경우 특허부여 제조방법 발명 신규 또는 공지물질 제조방법 의약용도 발명 신규 또는 공지물질의 신규한 의약용도, 효능 개선 복합제제 발명, 제형발명 등  2004 백경업

75 의약발명의 산업상 이용성 특허권 효력이 미치지 아니하는 범위 (특허법 제96조 제2항) 인체에서 이미 채취, 제거, 배출된 것
바이오특허 연구회 산업상 이용성 있는 것 인체에서 이미 채취, 제거, 배출된 것 혈액, 혈장, 혈청, 뇨, 모발, 손톱 등을 원료로 하는 의약품 산업상 이용성 없는 것 치료방법, 진단방법, 투여방법 특허권 효력이 미치지 아니하는 범위 (특허법 제96조 제2항) 2 이상의 의약을 혼합하는 약사법에 의한 조제행위와 그 조제에 의한 의약  2004 백경업

76 의약발명 청구범위 기재형식 반드시 물의 형식 의약용도 표시는 구체적으로 의약 용도발명은 원칙적으로 물의 형식으로 기재
바이오특허 연구회 반드시 물의 형식 의약 용도발명은 원칙적으로 물의 형식으로 기재 “~제” 또는 “~조성물” 형태로 표현이 바람직 “치료방법”은 인체를 구성요건, 산업상 이용할 수 없는 발명 의약용도 표시는 구체적으로 의약용도의 표시에 있어서 “의약”, “치료제”라는 일반적 기재는 인정 않음 의약용도의 표시는 원칙적으로 질병의 진단, 치료, 경감, 처치 및 예방에 해당하는 약효 표현 “당뇨병 치료제”, “암 치료용 약제학적 조성물” 등 구체적 병명 기재요  2004 백경업

77 의약발명 청구범위 기재형식 한 국 일 본 미 국 유 럽 항암제 진통제 진통제 항염증 항암제 항염증
바이오특허 연구회 한 국 화합물 A를 함유하는 “질환Y 치료용 약학조성물” ~ 인간을 제외한 동물 질환 Y의 치료, 예방, 진단방법 일 본 화합물A를 함유하는 “의약 조성물” ~ 질환Y 치료용 의약제조를 위한 화합물 A의 사용 미 국 “A pharmaceutical composition” comprising compound A 질환 Y의 치료, 예방, 진단, 처치 방법 (A method for treating ~) 신규 물질 A 발명 또는 A의 최초 의약용도 발명인 경우 - compound ~, composition~, use for manufacturing 등 A의 제2 의약용도 발명인 경우 - use for manufacturing ~ 유 럽 - Pharmaceutical Composition 醫藥 組成物 - Method of …, Use of …, 항암제 진통제 진통제 항염증 항염증 항암제  2004 백경업

78 의약발명 상세한 설명 약리효과 유효량 (예 : 5 mg/day) 투여방법 (예 : 경구투여, 정맥투여 등)
바이오특허 연구회 최초출원서에 객관적이고 정량적인 약리효과 기재, 임상시험성적, 시험관내 또는 동물시험성적 등 약리효과 유전자 치료제 : 유전자 관련 실험, 논문 등으로 의약용도 판단 유효량 (예 : 5 mg/day) 투여방법 (예 : 경구투여, 정맥투여 등) 유전자 치료제 : 경구투여, 정맥투여 (Ex vivo / In vivo) 등 제제화 방법 (예 : 정제, 좌제, 산제, 수액제 등) 유전자 치료제 : 부형제 /약학용 담체 / 유전자 전달체 독성자료 (예 : 독성개량을 목적으로 한 경우, LD50)  2004 백경업

79 유전자 치료제 명세서 기재요건 상세한 설명 (최초 출원서에) 청구범위 약 리 효 과 유효량, 투여방법, 제제화에 관한 사항
객관적이고 정량적인 약리효과 기재가 원칙이나, 유전자 관련 실험, 논문 등으로 효과판단 가능 약 리 효 과 유효량, 투여방법, 제제화에 관한 사항 유전자 치료시 요구되는 일반적인 사항 기재 청구범위 “물” 기재형식 원칙 “유전자 치료제”, “유전자 치료 조성물” 등 “당뇨병 치료용 유전자 치료제”, “당뇨병 치료용 유전자 치료 조성물” 등 의약용도 구체한정 유전자 치료(방)법 인체를 구성요건, 산업상 이용할 수 없는 발명  2004 백경업

80 감사합니다