이 보고서는 식품의약품안전처에서 수행한 「신기술 이용 유전자 치료제 개발 및 평가에 관한 조사 연구」(서울대학교 오유경 교수)의 연구결과를 바탕으로, 전문가 협의체의 의견 수렴을 거쳐 마련 되었다. 여기에 제시한 내용은 식품의약품안전처의 정책이나 심사 방향과는 다를 수 있음을 밝힌다.
□ 머리말 면역조절 세포치료제란 수지상세포(dendritic cell), 자연 살해 세포(natural killer cell), T 세포 등 면역세포를 이용하여 체내의 면역반응을 활성화시켜 질병을 치료할 목적으 로 사용되는 의약품이다. 면역조절 세포치료제는 주로 암 치료를 적응증으로 개발되고 있으며, 환자에게 직접 면역세포를 투여하여 면역 기능을 활성화하여, 치료 효과를 얻 기 때문에 기존의 암 치료에 이용되는 수술 요법, 항암제나 방사선 치료와는 차별화되 는 치료 기전 및 효능으로, 향후 바이오 신약의 주요한 부분을 차지할 것으로 예상되 는 분야이다. 특히, 항암치료에서 면역조절 세포치료제가 각광을 받는 이유는 환자의 면역체계가 암세 포를 공격하도록 활성화하여, 기존의 화학요법 항암제에서 나타나는 면역세포의 사멸로 인 한 면역 기능의 저하, 위장관 장애 및 탈모 등의 부작용을 최소화하였기 때문이다. 항체를 이용한 면역항암제가 암세포 표면에서 성장인자로 작용하는 수용체 작용을 저해하거나 항체 의존성 세포 독성 기전 (antibody-dependent cell cytotoxicity)으로 종양의 성장을 저해하는 반면, 면역조절 세포치료제는 면역세포를 직접 사용하여 인체의 세포면역 기능을 증강시킴 으로서 종양 세포를 인지하고 살상하여 항종양 효과를 유도할 수 있다는 장점이 있다. 면역조절 세포치료제는 사용하는 면역세포 및 제조 공정에서 세포 내로 도입하는 유 전자의 특징에 따라 수지상 면역조절 세포치료제, 림포카인 활성세포 (lymphokine activated killer, LAK), 종양 침윤 T 세포 (tumor-infiltrating T lymphocytle, TIL), T 수 용체 발현 T 세포 (T cell receptor-modified T cells, TCR-T), 키메릭 항원 수용체 발현 T 세포 (chimeric antigen receptor-modified T cells, CAR-T)를 들 수 있다. 현재 국내외적으로 승인된 면역조절 세포치료제는 많지는 않으나, 2010년 미국 Dendreon사가 수지상 면역조절 세포치료제인‘Provenge’를 전립선암 치료제로 미국 FDA의 승인을 받았으며, 국내에서는 2007년에 간암 세포치료제‘이뮨셀-엘씨주’가 면역조절 세포치료제로서 추가 임상 시험을 실시하는 조건으로 품목 허가를 받았다. 면역조절 세포치료제 중 최근 임상적으로 활발한 연구가 진행되고 있는 CAR-T는 1989년에 이스라엘 와이즈만연구소에서 Zelig Eshhar 박사 연구팀에 의해 최초로 개발 되었다. 키메릭 항원 수용체를 발현하는 유전자를 T 세포에 도입하여 세포를 리프로그 래밍하는 개념은 급속한 연구의 진전으로 수년 내에 국외에서 임상 승인 제품까지도 기대되는 새로운 기술 분야이다(Kershaw et al., 2013; Kershaw et al., 2014; Wang et
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al., 2015). 본 보고서에서는 현재 개발되고 있는 면역조절 세포치료제들의 작용기전, 제 조 공정, 임상 연구 현황을 소개하고, 특히 CAR-T에 대한 비임상연구 현황 및 규제 과 학적 관점을 중점적으로 다루어 보고자 한다. 이러한 동향 정보는 연구개발자 및 심사 자에게 최근의 연구 동향을 제공하여 제품 개발 및 제품화에 도움을 되기를 기대한다.
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I. 면역조절 세포치료제 종류 1. 림포카인 활성 세포(LAK) 면역조절 세포치료제의 원조라고 할 수 있는 림포카인 활성 세포(LAK)은 환자에서 얻은 림프구를 사이토카인의 일종인 인터루킨-2(interleukin-2)와 같이 배양하여 항암 면역기능을 증강시킨 것이다. 활성화된 자연살해 세포군 (NK, Natural killer cells)과 MHC(주조직 적합성, Major Histocompatibility)에 독립적인 세포독성 T 세포 (cytotoxic T lymphocyte)가 주를 이루고 있다. 림포카인 활성세포를 이용한 면역조절 세포치료는 활성화 되지 않은 상태의 자연 살해 세포를 이용한 경우보다 강력한 항암 효능을 나타 내는 것으로 알려져 있다 (Lafreniere and Rosenberg, 1985). 1985년에 암 환자를 대상으로 림포카인 활성세포와 인터루킨-2를 병용 투여하여 종 양 치료 효과를 관찰한 논문이 보고되었다(Rosenberg et al., 1985). 1989년 전이성 악 성 흑색종(metastatic melanoma) 환자를 대상으로 한 임상 2상 시험 결과에서 림포카인 활성세포의 활성을 유지하기 위하여 사용된 고농도의 인터루킨-2로 인하여 전이성 환 자에게서 혈압 강하, 호흡곤란 등의 증세를 유발하는 모세혈관 누출 증후군 (capillary leak syndrome)과 같은 부작용이 보고된 바 있다 (Dutcher et al., 1989).
2. 수지상 세포 인체 면역계의 자연 어쥬번트(natural adjuvant)라고 표현되는 수지상 세포(dendritic cells)를 이용한 면역치료는 항원 제시 세포인 수지상 세포의 표면에 종양 항원의 펩타 이드와 MHC가 제시된 형태로 증식하여 투여하는 것이다. 항원 탑재로 세포 내에서 항 원 처리(antigen processing)가 진행되어 수지상 세포의 표면에 MHC와 복합체 형태로 항원 펩타이드가 제시되면, 이를 선택적으로 인지하는 T 세포 수용체를 가진 T 세포의 활성을 유도하고, 자연살해 세포의 활성을 유도하여 인체내의 항종양 면역력을 높이게 된다. 수지상 세포에 의해 MHC와 함께 면역세포에 제시되는 종양 항원의 탑재 형태로 는 펩타이드 항원 자체를 도입하여 사용하거나, 항원 발현 유전자, 항원 발현 바이러스 벡터를 처리하여 수지상 세포 내에서 항원 단백질이 발현하도록 하는 방법 등 으로 다 양하지만 펩타이드 항원이 탑재된 수지상 세포가 가장 많이 연구되어 왔다. 1996년에 종양 항원이 탑재된 수지상 세포를 이용하여 B 세포 림프종 (B cell lymphoma) 환자에서
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항종양 효과를 관찰한 연구 결과가 처음으로 보고되었다 (Hsu et al., 1996). 2010년 미국 FDA에서 승인된 ProvengeTM (sipuleucel-T)는 전립선암 환자의 95%에서 존재하는 전립선 산성 인산 분해효소 (prostatic acid phosphatase)를 전립선암의 종양 항원으로 사용하여 이를 환자의 혈액에서 분화시킨 수지상 세포에 탑재한 다음, 다시 환자에게 투여하는 수지상 면역조절 세포치료제이다 (Sims 2012; Gully et al., 2015). 수 지상 면역조절 세포치료제의 경우, 수지상 세포에 탑재할 종양 항원의 생산과정이 별 도로 필요하며, 종양 항원을 수지상 세포에 탑재하는 제조 과정이 복잡하고 제조 비용 이 높은 것이 해결해야 할 과제이다. 실제로 2010년에 큰 기대 속에서 승인된 Provenge의 경우 부족한 제조 시설에 의한 공급량의 제한, 높은 치료 비용(31,000불/1 회, 3회/월, 93,000불/월)으로 인한 매출 부진으로 2015년에 Dendreon사가 파산 신청을 한 상태이다(Jaroslawski and Toumi, 2015).
3. T-세포 기반 면역조절 세포치료제 T 세포를 이용하는 면역조절 세포치료제는 환자의 종양 조직에 침투한 T 세포를 증 식시켜서 제조하는 종양 침윤 T 세포(tumor-infiltrating lymphocyte, TIL)와 환자의 T 세포를 분리하여 T 세포 수용체(T cell receptor, TCR)나 키메릭 항원 수용체(chimeric antigen
receptor,
CAR)의
유전자를
도입하는
T
세포
수용체
발현
T
세포
(TCR-modified T cell, TCR-T), 키메릭 항원 수용체 발현 T 세포 (CAR-modified T cell, CAR-T)로 크게 구분할 수 있다.
즉, 종양 침윤 T 세포, T 세포 수용체 발현 T
세포,
키메릭 항원 수용체 발현 T 세포의 공통점은 모두 T 세포를 이용한 면역조절 세포치 료제라는 것이다. 종양 침윤 T 세포의 경우 환자의 종양 조직에서 T 세포를 분리하여 증식하며, T 세 포 수용체 발현 T 세포와 키메릭 항원 수용체 발현 T 세포는 환자 말초혈액 단핵 세포 (peripheral blood mononuclear cell, PBMC)에서 T 세포를 분리한 것을 사용하는 것이 큰 차이점이다 (그림 1). 또한, 대부분의 종양 침윤 T 세포는 별도의 유전자 도입 과정이 없으며, 인터루킨-2를 이용한 증식 배양 과정이 제조 시간의 대부분을 차지한다. 한편, TCR-T와 CAR-T의 공통점은 T 세포 내에 외래 유전자로서 T세포 수용체에 대한 유전자 서열이나 키메릭 항원에 대한 유전자 서열을 도입하였다는 점이다. 따라서, TCR-T와 CAR-T는 세포치료제와 유전자치료의 기능을 모두 가지고 있는 치료제라고 할 수 있다. - 4 -
3.1. 종양 침윤 T 세포(TIL) TIL은 종양 조직에 존재하는 림프구로서 환자의 종양 조직을 채취하여서 종양 세포 를 살상 능력이 있는 T 세포들을 분리하여 이를 증식한 다음, 환자에게 다시 투여하는 것으로 생검(biopsy)이 가능한 고형암종(solid tumor)이 주로 연구되고 있다. TIL은 T 세 포를 이용한 면역조절 세포치료제 중 가장 먼저 임상에서의 효능이 연구된 것으로, 미 국의 국립암연구소 (National Cancer Institute)의 Steven Rosenberg 박사팀에서 전이성 흑색종 환자에서 TIL을 투여하여 항암 효과를 관찰한 논문이 1988년 처음으로 보고되 었다 (Rosenberg et al., 1988). TIL을 이용한 면역치료는 LAK에 비하여 종양 세포에 대한 선택성이 있는 것이 장점 으로 부각되었다. 그러나, 종양 조직에서 종양 특이적인 T 세포를 분리하는 공정이 복 잡하고 그 수율이 낮은 것이 기술적인 난점이며, 종양 미세 환경에서 TIL의 표면에 존 재하는 수용체 단백질인 PD-1(programmed death-1)이 종양 세포의 PD-L1 리간드 단백 질과 리간드-수용체 상호작용으로 결합할 경우, 종양 세포 살상 기능을 효과적으로 발 휘하지 못하는 문제점이 남아있다. T 세포 표면의 PD-1 수용체 단백질과 종양 세포의 PD-L1의 상호 작용에 의한 면역세포의 기능 저하를 막기 위하여 PD-1 수용체에 대한 항체 (Duraiswamy et al., 2013), 또는 PD-L1에 대한 항체 치료 (Pilon-Thomas et al., - 5 -
2010; Sznol et al., 2013)를 병용하는 방법 등이 연구되고 있으나, 면역조절 세포치료제 와 항체치료제의 병용은 향후 의료비 측면에서 사회적 경제적으로 비용 부담이 될 것 으로 보인다. TIL에서는 또한, LAK의 경우와 유사하게 항암 효능의 증강을 위하여 인터루킨-2를 같이 투여하는데(Goedegebuure et al., 1995), 고농도로 투여된 인터루킨-2에 의한 부작 용 문제도 해결되어야 하는 사항이다. 전이성 흑색종 환자를 대상으로 임상 2상의 결 과가 보고된 바 있으며(Besser et al., 2010), 프랑스 Nantes대학 병원에서 흑색종 환자 를 대상으로 TIL과 인터루킨-2를 병용 투여한 임상 3상 연구가 2012년에 종료된 상황 이다(미국 임상시험 등록 사이트 clinicaltrials.gov / 등록번호: NCT00200577). TIL 연구는 약 50~70%의 흑색종 환자에서 종양이 어느 정도 줄어드는 효과가 관찰 되었으나, 흑색종 이외의 암종에서는 뚜렷한 항암 효능이 관찰되지 못하였다. 또한 TIL 의 제조가 모든 흑색종 환자의 종양 조직에서 가능하지 않은 문제점이 있다.
3.2. T 세포 수용체 발현 T 세포(TCR-T) TCR-T는 종양 세포 표면에 MHC 분자와 같이 제시되는 종양 특이적인 항원 펩타이 드를 인지하는 T 세포 수용체의 유전자를 T 세포내에 도입하여, 종양 항원을 공격하는 TCR이 T 세포 표면에 발현하도록 제조하여 이를 증식한 다음 생체내로 투여하는 면역 조절 세포치료제이다. 환자를 대상으로 TCR-T의 항암 효능이 최초로 보고된 것은 2006년에 전이성 흑색종 환자에서 retroviral vector를 이용하여 TCR 유전자가 도입된 T 세포를 투여하여 종양 크기가 감소하는 효과가 관찰되었다 (Morgan RA et al., 2006). TCR-T를 이용한 면역치료에서는 환자의 MHC가 TCR을 인지하여야 하므로, 환자의 MHC type 및 MHC와 같이 제시되는 종양 항원 각각이 TCR에 반응성이 있는지 여부를 미리 스크리닝을 하여야 하며, 실제 임상에서 이러한 스크리닝을 수행할 경우 MHC 제 한성으로 대상 환자의 수가 대폭 한정된다는 문제가 있다.
3.3. 키메릭 항원 수용체 발현 T 세포(CAR-T) 면역조절 세포치료제 중 가장 최근에 연구되기 시작한 CAR-T는 T 세포 수용체의 - 6 -
세포막 외부(ectodomain) 부분에 암세포 표면의 특징적인 항원을 인지하는 항체의 scFv (single chain variable fragment) 부분을 융합하여 T 세포가 암세포의 표면 항원을 특이 적으로 인지하여 공격하도록 하는 기능을 가지는 면역조절 세포치료제이다. CAR-T는 종양 특이적인 항체를 이용하여 항원을 제작하게 되어 환자의 MHC type에 무관하게 종양 항원에 특이적으로 작용할 수 있으므로 임상 효과를 얻을 수 있는 투여 환자군이 TCR-T에 비하여 현저히 증가하는 장점이 있다. TCR-T와 달리 T 세포 수용 체를 사용하여서 종양 세포 항원을 인지하지 않으므로, TCR-T에서 관찰되는 내인성 T 세포 수용체와 외부적으로 도입된 T 세포 수용체의 의도하지 않은 결합에 의하여 자가 면역 질환이 유도될 가능성이 CAR-T에서는 낮은 장점이 있다. 또한, CAR-T가 종양 세포 표면의 항원을 인지하면 T 세포를 활성화하는 보조 자극신호가 세포 내부의 신호 전달 경로를 자극하여서 종양 세포를 살상하는 효능이 즉각적으로 증강되어 임상적인 항종양 효능은 항체나 이전의 면역조절 세포치료제에 비하여 현저히 높을 수 있다는 장점이 있다. 효능 지속 기간의 측면에서 CAR-T는 “living drug”으로 체내에서 증식 하며 종양 세포를 살상할 수 있으므로, 기존의 화학요법제나 항체 의약품에 비하여 현 저히 오랜 기간 동안 효능을 나타낼 수 있다 (Kershaw et al., 2013). 임상적으로는 2011년에 미국 펜실베니아대학의 Carl 교수팀에서 lentiviral vector를 이용하여 CAR을 도입한 T 세포를 이용하여 chronic lymphoid leukemia 환자에서 종양 치료 효과가 최초로 보고되었다 (Porter et al., 2011).
출처 : Maus et al., 2014
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CAR-T 세포는 도입하는 보조 자극인자의 유무 및 종류에 따라서 1세대, 2세대, 3세 대로 구분된다 (그림 2). 1세대 CAR-T는 T 세포 수용체의 세포막 바깥쪽의 구조가 항 원을 인식하는 scFv 부분이 존재하도록 설계된 구조로서 별도의 공동 자극 분자 (co-stimulatory molecule)가 도입되어 있지 않다. 그러나, 1세대 CAR-T의 경우 암세포 표면의 항원을 인지하여도 T 수용체의 자극으로 인한 암세포 사멸 효과가 충분하지 않 은 단점이 있어 이를 개선하기 위하여 2세대 및 3세대 CAR-T 세포에서는 키메릭 항원 수용체 (chimeric antigen receptor, CAR)의 카세트 형태의 유전자 설계시에 세포막의 하단 부분에 공동 자극 분자를 삽입하고 있으며 2세대에서는 CD28 또는 4-1BB와 같은 공동 자극 분자가 1개, 3세대에서는 CD27, CD28, 4-1BB, OX40 들 중 두 가지의 공동 자극 분자가 세포막 하단의 세포질 부분에 존재하도록 설계되었다 (그림 3, Casucci et al., 2011; Maus et al., 2014).
CAR-T 세포가 면역계의 세포 살상능을 이용한 것이나, 그 효과는 특히 고형 종양 (solid tumor)에서는 감소하는 것이 관찰된다. 이는 고형 종양 조직의 면역 억제 미세환 경(immunosuppresive microenvironment) 특징에 기인한 것으로, 체내로 투여된 CAR-T 세포가 종양 조직으로 분포하는 효율이 낮은 것이 알려져 있다. 또한 종양 조직에 침 투한 백혈구는 T 세포의 활성을 저하시키는 인자를 분비하는 것이 알려져 있다.
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CAR-T 세포의 생체 내에서의 활성을 증강시키기 위하여 보조 자극인자를 추가하여 설계된 2세대 세포의 경우에는 T cell membrane protein-3 (TIM-3), cytotoxic T lymphocyte associated antigen 4 (CTLA-4)와 programmed death-1 (PD-1) 같은 면역 억제 수용체들의 발현이 증가하는 것이 알려져 있다. 이들 수용체들은 CAR-T 세포의 활성을 저하시키는 문제점이 있다. 2세대 CAR-T 세포가 PD-1에 의해 활성이 저하되는 문제점을 해결하기 위해서 PD-1에 대한 항체를 CAR-T와 병용 투여하여 CAR-T에 의 한 항암 효능을 높이는 연구 결과가 호주 멜버른 대학의 Darcy 그룹에 의하여 보고된 바 있다(John et al, 2013). 현재, CTLA-4의 항체인 ipilimumab과 CAR-T를 병용 투여하 는 임상 연구가 진행 중이기도 하다(미국 임상시험 등록 사이트 clinicaltrials.gov / 등록 번호: NCT00586391). T 세포의 낮은 활성 문제를 개선하기 위한 다양한 연구가 진행되었는데, T 세포의 활성 증강 인자 (activation enhancer)로서 OX40 이나 4-1BB를 도입한 3세대 CAR-T의 경우, 생체 내에서의 활성은 개선되었으나, 과도한 면역계의 활성 증강으로 인한 사이 토카인이 급격히 증가하는 cytokine storm(사이토카인 폭풍) 현상이 관찰되어 안전성에 문제가 될 수 있다. 이러한 장애 요인에 대처하기 위하여 인터루킨-6 항체인 tocilizumab 등 특정 사이토카인의 저해제를 병용 투여하거나, CAR-T 세포에 사멸을 유도하는 자살 유전자(suicide gene)를 삽입한 별도의 CAR-T세포를 투여하는 연구가 시도되고 있다 (표 1).
구 분
1세대
한 계 점
대응 방안
체내 투여시에 증식이 잘 안되고 사멸 되는 비율이 높음
체내에서 증식 효율을 높이는 보조 자극인자를 도입하는 시도 (2세대 CAR-T) - PD-1이나 CTLA-4에 대한 항체와
2세대
체내에서 면역계의 CTLA-4나 PD-1의 신호전달에 의해 증식이 억제되는 문제
CAR-T 병용 투여 - T 세포 활성 증강인자를 CAR 구조에 추가 삽입(3세대 CAR-T)
3세대
과도한 활성 증강으로 사이토카인의 급격한 분비 증가 문제
- 사이토카인 억제제 병용 투여 - CAR-T세포에 자살을 유도하는 자살 유전자 도입 연구
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3.4. 유전자 도입 T 세포의 비교 CAR-T가 최근 종양 면역 치료 분야에서 활발히 연구 개발이 진행되는 이유는 기존 의 방법으로 치료가 어려운 암종에 치료 효능이 크다는 연구 결과 때문이다. CAR-T는 기존의 단클론 항체나 항체-약물 결합체(ADC, Antibody-Drug Conjugate)에 비하여 높 은 효능을 발휘하는 것으로 알려져 있으며, 기존의 유전자 재조합 T 세포 수용체가 도 입된 T 세포 (T cell receptor-engineered T cell, TCR-T)에 대해서도 차별화되는 특징 을 가진다.
출처 : Kershaw et al., 2014
TCR-T와 CAR-T는 T 세포 내로 유전자를 바이러스 벡터 등을 이용하여 도입하는 면에서 유사점을 가진다. 그러나, T 세포 수용체 구조를 유지하는 유전자 재조합 T 세 포에 대비하여 T 세포 수용체의 구조에 항체의 항원 인지 도메인을 도입하여 변화시킨 CAR-T 세포는 표면 구조 특징이 종양 항원을 인지하는 single chain Fv 형태로 제작되 어 있고(Kershaw et al., 2014, 그림 4), 종양 세포 항원의 MHC 의존성이 없는 차이가 있다. 또한, CAR 유전자 설계시에 보조 자극인자가 이미 CAR의 유전자 서열에 삽입되 어 있으므로 기존의 추가적인 사이토카인의 투여가 필요한 종양 침윤 T 세포나, 항원 제시 세포 등의 추가적인 자극인 필요한 TCR-T와 달리 생체 내에서 생장 증식 능력이 높아 강력한 항암 효능을 발휘할 수 있다 (Gill et al., 2015, 표 2). 다만, CAR-T의 경우 - 10 -
후보 종양 항원은 종양 세포의 표면에 과발현하는 항원에 대해서만 설계가 가능하다.
구 분
CAR 유전자 도입 T 세포
TCR 유전자 도입 T 세포 TCR의 항원 인지 α, β 발현 ☞ T 세포내의 natural T 세포 수용 체와 mismatch되어 유전자 재조합
T 세포 표면 발현 구조 종양 항원인지 scFv 발현
TCR의 일부는 natural TCR이 존재 할 가능성. 특이성이 저하될 수 있 으며 인체의 self-peptide를 non-self로 인지하여 자가면역을 유도할 위험성도
종양세포
표면의
있음(그림 5) 항원을 종양 세포 표면에 MHC와 복합체로 제
종양세포 항원 인지의 MHC에 독립적인 방식으로 인지 시된 항원 펩타이드를 인지 MHC 의존성
☞유전자
재조합
CAR이 ☞환자들의 MHC type별로 서로 다른
MHC가 다른 환자군에 사용 가능
TCR을 제작해야함 종양 항원은 항원 유래 펩타이드가
종양세포 특이적
종양 항원은 세포 표면에 존재 MHC와 복합체를 형성하면 되므로
항원의 세포내 위치
하는 것만 가능
종양 항원이나 세포 표면의 항원이 모두 가능함
CAR 유전자 설계시에 공동 자극 생체내 생장 증식능
인자가
삽입되어
있으므로
생체 내에서 추가적인 자극 없이도 증식 능력을 가짐
생체내 생장 증식 촉진을 위하여 항원 제시 세포 등을 이용하여 추가적인 자극이 필요함 출처 : Kershaw et al., 2014
TCR-T에서 현재 기술적으로 극복이 필요한 부분은 T 세포에 외부에서 인위적으로 도입한 종양 항원을 인지하는 TCR 유전자에 의해 발현된 TCR 수용체 단백질과 T 세 포에 원래 존재하는 TCR 수용체 단백질의 구성 인자들이 서로 mismatch 되어서 TCR-T의 세포 표면에 발현되는 문제이다 (그림 5). 즉, TCR은 alpha chain과 beta chain으로 구성되어 3차원적 형태를 만드는데 T 세포에 내재적으로 존재하는 TCR의 alpha chain과 외부에서 도입된 TCR의 beta chain으로 형성되는 mismatch형 TCR이나 T 세포에 내재적으로 존재하는 TCR의 beta chain과 외부에서 도입된 TCR의 alpha chain으로 형성되는 mismatch형 TCR은 의도하지 않은 형태의 TCR로서 이는 TCR-T의 - 11 -
종양 세포 표면의 항원과 MHC 인지 효율 및 친화성을 저하시키며, self 단백질을 non-self로 인지하여 자가 면역 질환을 야기할 수 있다.
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II. 면역조절 세포치료제 제조 과정 1. 림포카인 활성 세포 LAK 세포는 환자의 말초혈액에서 단핵구를 분리하고 이를 고농도(1,000 U/ml)의 인 터루킨-2의 존재 하에서 약 5일간 배양하여 활성이 증가된 cytotoxic T 세포와 자연 살 해 세포의 혼합 세포를 얻게 되며, 이때 cytotoxic T 세포는 CD3+Leu19+ T cell, 자연 살해 세포는 CD3-Leu19+ NK cells이 주로 유도된다 (Phillips and Lanier, 1986). 이 방법 에서 5일간 배양한 이유는 5일 이후에는 LAK 세포의 활성이 급격히 감소하기 때문이 다. 후속 연구에서 LAK 세포의 증식 및 활성화를 촉진시키기 위하여 1,000 U/ml의 인 터루킨-2에 anti-CD3(OKT3) 단클론 항체를 가하고 12일간 배양한 다음 다양한 사이토 카인 (β-인터루킨-1 0.5 U/ml, 인터페론-β 3 U/ml, 인터페론-γ 100 U/ml)을 추가해주 고 2일간 배양하여 기존 방법보다 1,000배로 LAK 세포를 증식시키는 방법이 보고된 바 있다 (Ochoa et al., 1987).
2. 수지상 세포 환자의 혈액에서 백혈구 성분 채취술 (leukapheresis)을 통하여 백혈구를 분리하고 CD14+ 단백질이 결합된 자성 입자 (CD14+ magnetic bead)를 사용하여 수지상 세포를 분리한다. 수지상 세포를 인터루킨-4 (10 ng/ml) 및 과립구-대식세포 콜로니 자극인자 (granulocyte macrophage-colony stimulating factor, 25 ng/ml)가 첨가된 배지에서 배양 한다. 미성숙 수지상 세포는 종양 항원 (항원 펩타이드, 항원 단백질, 종양 조직 lysate 등)으로 약 1일간 처리하고 세포의 활성화를 위하여 인터루킨-4 및 과립구-대식세포 콜로니 자극인자를 지속적으로 배지에 추가한다. 항원이 탑재된 수지상 세포는 종양괴 사인자-α (tumor necrosis factor-α), 인터루킨-1β, 인터루킨-6 등의 사이토카인 칵테 일 존재하에 1일간 배양하여 성숙한 수지상 세포를 얻는다 (Nava et al., 2012).
3. T 세포 기반 면역조절 세포치료제 3.1. TIL TIL은 환자의 종양 조직을 채취한 다음 조직 분해 효소를 처리하여 세포를 수득하고
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이에 고농도의 인터루킨-2를 6,000 U/ml의 고농도로 1주간 처리한다. 이후 계대 배양하 여 다시 3~5주간 배양하여 1~5×107 TIL을 수득하고, TIL의 수득 여부를 인터페론-γ의 분비량을 ELISA로 시험하여 확인한다. 다시 환자의 말초혈액 단핵세포와 인터루킨-2, anti-CD3 OKT-3 단클론 항체를 처리하고 2주간 배양하여 TIL을 증식한다. 따라서 환 자의 조직에서 TIL을 채취하고 이를 500~2,000배로 증식시키는데 까지 일반적으로 6~8 주의 기간이 소요된다 (Nguyen et al., 2010; Wu et al., 2012).
3.2. TCR-T TCR-T의 제조 과정은 TCR에 대한 유전자 서열을 만드는 과정, TCR 유전자 서열을 환자 세포에서 분리한 T 세포 내로 도입하는 과정, TCR이 도입된 T 세포를 증식 배양 하는 단계이다. TCR 유전자를 T 세포 내로 도입방법으로 바이러스 벡터가 주로 사용 되며, TCR-T를 도입하기 위하여 T 세포를 활성화하는 과정 및 TCR-T의 증식을 위하 여 인터루킨-2 등 사이토카인이 사용된다. TCR 유전자의 클로닝을 위해서 MHC-종양 항원에 친화성(affinity)이 큰 T cell을 MHC와 항원 epitope 펩타이드의 복합체로 선별 한 다음, 이 세포의 TCR 유전자를 클로닝하게 된다. TCR의 α chain 과 β chain 각각 의 유전자에 대하여 코돈 최적화 (codon optimization) 과정을 거치는데 이 과정은 T 세 포 표면에 TCR의 발현양 증강을 좌우하는 것으로 알려져 있다 (그림 6).
- 14 -
3.3. CAR-T CAR-T 세포의 제조과정은 TCR-T와 유사하게 크게 아래의 3가지 과정으로 진행된다 (Lee et al., 2012; Wang and Rivière, 2014; Levine et al., 2015). 첫 번째 단계는 T 세 포 수용체의 유전자에 항원 인식 scFv 및 보조 자극인자에 대한 유전자 서열을 만드는 과정으로 세포 내에서 세포막에 삽입된 구조의 키메릭 항원 수용체가 발현되도록 유전 자 재조합 과정을 거치게 된다. 두 번째 단계는 키메릭 항원 수용체에 대한 서열을 가지는 유전자를 T 세포 내로 도 입하는 과정이다. 이 과정에서는 일반적으로 retrovirus나 lentivirus 등과 같은 바이러스 벡터를 이용하거나, 전기 천공으로 T 세포 내로 플라스미드 유전자 (plasmid DNA) 형 태의 재조합 유전자(Huang et al., 2012; Kumaresen et al., 2014; Wang et al., 2014)나 CAR를 발현하는 RNA 서열(Zhao et al., 2010)을 도입할 수 있다. 세 번째 단계는 키메릭 항원 수용체의 재조합 유전자가 도입된 T 세포를 증식 배양 하는 단계이다. T 세포의 증식을 촉진하기 위하여 인터루킨-2 등의 사이토카인이 사용 되며, T 세포를 활성화 하는 방법 (그림 7), 세포 증식을 촉진하는 세포 배양 방법 및 공정은 연구진에 따라서 서로 다른 제조 방법이 사용되고 있다.
- 15 -
그림 8에 제시된 것과 같이 세포 증식을 촉진하는 세포 배양법은 크게 3가지로 구분 할 수 있는데, T 세포를 활성화시키는 CD3 항체와 인터루킨-2를 병용 처리하는 방법, 고분자 입자의 표면에 CD3 항체와 4-1BBL 단백질을 탑재한 인공 항원 제시 세포 (artificial antigen presenting cell)를 처리하는 방법, 그리고 소구체 (beads) 표면에 고정 화된 CD3 항체와 CD28 항체를 처리하는 방법이다. 이들 3가지 방법 중 현재 소구체를 사용하여 CD3 항체와 CD28 항체를 처리하는 방법이 가장 많이 사용된다. 약 2일간 T 세포를 활성화하고, 인터루킨-2를 처리해주는 공정은 CAR 유전자 전달 벡터의 도입 효율을 증강시키는데 필요한 전처리 단계이다. CAR 유전자 전달 벡터를 2일간 처리해 준 이후 CAR을 발현하는 T 세포는 CD4-T 세포나 CD8-T세포가 될 수 있으며, 이들 CAR-T 세포는 다시 인터루킨-2 등의 사이토카인을 처리하여 세포를 증식시킨 다음 환 자에게 투여된다.
출처 : Lee et al., 2012
- 16 -
III. T 세포 기반 면역조절 세포치료제 임상시험 동향 T 세포 기반의 면역조절 세포치료제인 TIL, TCR-T, CAR-T의 최근 임상시험 동향을 분석하기 위하여, 미국 임상시험 등록 웹사이트(www.clinicaltrials.gov)에서 검색기간을 2015년 12월 31일을 기준으로 지정하여 국가별, 임상단계별 등으로 조사·분석하였다. 국가별 분석은 임상을 주도한 기관(연구소, 대학, 기업체 등)이 속한 국가를 기준으로 분석하였다.
1. TIL TIL을 이용한 임상시험은 검색어‘Tumor infiltrating lymphocyte’로 검색하여, 총 61건 의 임상시험이 진행되고 있는 것으로 확인되었다. 임상 1상이 15건, 1상 및 2상 동시 진행이 15건, 2상이 30건, 3상이 1건이 있다. 국가별로 미국이 45건으로 가장 많고, 캐나 다 3건, 프랑스 3건, 덴마크 3건, 중국에서 3건의 임상시험이 진행 중이다 (표 3). 대상 적응 질환은 고형암인 흑색종이 대부분을 차지하고 있고, 유일한 임상 III상은 네덜란드 에서 진행 중이다.
적응 질환
실시 기관
Nasopharyngeal Sun Yat-sen University Carcinoma Platinum Resistant High University Health Network Grade Serous Ovarian
Hadassah Medical Organization Fred Hutchinson Cancer Research Center Lion Biotechnologies
중국
II
NCT02360579
20
Recruiting
Mesothelioma
University Health Network
캐나다
I, II
NCT02414945
10
Ongoing
Melanoma
National Institutes of
미국
I, II
NCT00062036
33
Completed
- 17 -
Metastatic Melanoma Metastatic Melanoma Metastatic Melanoma Metastatic Ocular Melanoma Metastatic Melanoma Melanoma Metastatic Colorectal Cancer Cervical Cancer Metastatic Melanoma Metastatic Melanoma Metastatic Melanoma Melanoma Skin Cancer Melanoma Metastatic Melanoma Renal Cell Carcinoma Non Small Cell Lung Cancer Melanoma Melanoma Metastatic Melanom Metastatic Melanoma Melanoma (Skin) Metastatic Non-Small Cell
Health Clinical Center (CC) John Wayne Cancer Institute National Cancer Institute (NCI) National Cancer Institute (NCI)
미국
II
미국
II
미국
II
National Cancer Institute (NCI)
미국
National Cancer Institute (NCI)
22
Recruiting
22
Suspended
NCT01369875
2
Completed
II
NCT01814046
20
Suspended
미국
II
NCT01319565
102
Ongoing
Nantes University Hospital
프랑스
III
NCT00200577
70
Completed
National Cancer Institute (NCI)
미국
II
NCT01174121
33
Suspended
National Cancer Institute (NCI)
미국
II
NCT01585428
27
Suspended
Nantes University Hospital
프랑스
I, II
NCT01082887
18
Terminated
미국
II
NCT01468818
18
Terminated
영국
II
NCT01995344
90
Not yet recruiting
미국
II
NCT02111863
6
Ongoing
미국
I, II
NCT01236573
34
Terminated
미국
II
NCT02621021
170
Suspended
네덜란드
III
NCT02278887
162
Recruiting
스페인
II
NCT00610389
27
Recruiting
미국
II
NCT01820754
30
Recruiting
미국
II
NCT00509288
24
Completed
미국
I
NCT01955460
36
Recruiting
미국
II
NCT00314106
26
Completed
미국
I, II
NCT01369888
3
Terminated
Aurora Health Care
미국
II
NCT00863330
14
Terminated
National Cancer Institute (NCI)
미국
II
NCT02133196
2
Suspended
National Cancer Institute (NCI) Christie Hospital NHS Foundation Trust National Cancer Institute (NCI) National Institutes of Health Clinical Center (CC) National Cancer Institute (NCI) The Netherlands Cancer Institute Clinica Universidad de Navarra Duke University National Cancer (NCI) M.D. Anderson Center National Cancer (NCI) National Cancer (NCI)
Institute Cancer Institute Institute
- 18 -
NCT02375984 NCT01993719
Lung Cancer Metastatic Melanoma Skin Cancer Nasopharynge al Carcinoma Multiple Myeloma Melanoma (Skin) Breast Cancer
National Cancer Institute (NCI) National Cancer Institute (NCI) Sun Yat-sen University Sidney Kimmel Comprehensive Cancer Center National Institutes of Health Clinical Center (CC) National Cancer Institute (NCI)
미국
I
NCT02489266
20
Suspended
미국
II
NCT00509496
21
Terminated
중국
II
150
Recruiting
미국
I, II
NCT00566098
25
Completed
미국
II
NCT00096382
34
Completed
미국
II
NCT00019084
null
Completed
NCT02421640
Pancreatic Cancer
Meyer Pharmaceuticals
미국
II
NCT00003780
150
Ongoing
Non-small Cell Lung Cancer
Washington University School of Medicine in St. Louis
미국
I, II
NCT02439450
8
Ongoing
Solid Tumor
National Cancer Institute
미국
I
NCT00019357
-
Completed
Brain and Central Nervous System Tumors
University of Colorado, Denver
미국
I
NCT00002572
10
Melanoma
National Cancer Institute
미국
I
NCT00091104
136
Completed
Breast Cancer
National Cancer Institute
미국
I
NCT00301730
1
Completed
Multiple Myeloma
University of Maryland
미국
I, II
NCT00046852
-
Completed
Melanoma
National Cancer Institute
미국
I
NCT00045149
20
Completed
Melanoma
Fred Hutchinson Cancer Research Center
미국
I, II
NCT00002786
20
Completed
Melanoma
National Cancer Institute
미국
I
NCT00003665
40
Completed
미국
II
NCT00006113
25
Terminated
미국
I, II
NCT02650986
24
Not yet recruiting
Herlev Hospital
덴마크
I, II
NCT02354690
12
Recruiting
Metastatic Melanoma
H. Lee Moffitt Cancer Center and Research Institute
미국
II
NCT01659151
30
Recruiting
Chronic Lymphocytic
National Cancer Institute
미국
I
NCT01445132
11
Completed
Melanoma Adult Solid Neoplasm Metastatic Melanoma
University of Southern California Roswell Park Cancer Institute
- 19 -
Completed
Leukemia Colorectal Cancer
Sidney Kimmel Comprehensive Cancer Center
미국
I
NCT02512172
30
Recruiting
Platinum-resist ant Ovarian Cancer Metastatic Colorectal Cancer
Aduro Biotech, Inc.
미국
I, II
NCT02575807
126
Recruiting
Sidney Kimmel Comprehensive Cancer Center
미국
I
NCT01966289
32
Recruiting
Lymphoma
Stanford University
미국
I
NCT01745354
12
Recruiting
Bladder Cancer Ovarian Cancer Metastatic Melanoma
Heat Biologics
미국
I, II
NCT02010203
110
Ongoing
Herlev Hospital
덴마크
I
NCT02482090
6
Recruiting
Herlev Hospital
덴마크
I, II
NCT02379195
12
Recruiting
Melanoma
National Cancer Institute
미국
II
NCT00001832
170
Completed
Renal Cell Carcinoma
RennesUniversityHospital
프랑스
II
NCT00151645
36
Terminated
2. TCR-T TCR-T를 이용한 임상시험은 검색어‘T cell receptor’와‘therapy’로 검색하여 총 38건이 검색되었으며, 이를 항원에 따라 분류한 결과 종양 세포의 표면에서 과발현되 는 항원 단백질인 NY-ESO-1(New York-esophageal cancer-1, Chen, 2012)을 항원으로 하여 진행되는 임상 시험이 10건으로 가장 많았으며, MART-1 (Melanoma-associated antigen recognized by T cells-1)이 7건, WT-1 (Wilms tumor protein-1)이 5건의 순으 로 많았다. 임상 단계는 1상이 11건, 1상 및 2상 동시 진행이 12건, 2상이 14건이 진행 되고 있다. 국가별로는 미국이 31건으로 가장 많은 임상시험이 진행되고 있으며, 중국 이 4건, 영국이 2건, 네델란드에서 1건의 임상시험이 진행 중이다 (표 4). 대상 적응질 환은 고형암인 흑색종이 대부분을 차지하고 있고, 임상 III상까지 진입한 임상시험은 아 직은 없는 것으로 나타났다.
Jonsson Comprehensive Cancer Center National Cancer Institute (NCI) National Cancer Institute (NCI) Adaptimmune National Cancer Institute (NCI) National Cancer Institute (NCI) Shenzhen Second People's Hospital National Cancer Institute National Cancer Institute California Institute of Technology National Cancer Institute (NCI) National Cancer Institute (NCI) National Institutes of Health Clinical Center (CC) The Netherlands Cancer Institute
- 21 -
Myelodysplast ic syndromes Non-small cell lung cancer HIV infections
Cell Therapy Catapult Fred Hutchinson Cancer Research Center
영국
I, II
NCT02550535
30
Recruiting
미국
I, II
NCT02408016
20
Recruiting
Adaptimmune
미국
I
NCT00991224
2
Completed
Metastatic melanoma; Skin cancer
National Cancer Institute
미국
II
NCT00610311
3
Terminated
Skin cancer; Melanoma
National Cancer Institute (NCI)
미국
II
NCT00509496
21
Terminated
Malignant melanoma
Immunocore Ltd
미국
I
NCT01211262
84
Ongoing
미국
II
NCT00704938
3
Terminated
미국
II
NCT00393029
12
Completed
미국
I, II
NCT01273181
9
Terminated
미국
I, II
NCT02153905
3
Suspended
미국
I, II
NCT02111850
16
Suspended
중국
I
NCT01694472
15
Ongoing
Lion TCR Pte. Ltd.
중국
I, II
NCT02719782
10
Recruiting
Lion TCR Pte. Ltd.
중국
I
NCT02686372
10
Recruiting
미국
I
NCT02706392
60
Ongoing
미국
II
NCT02280811
10
Suspended
gp100
p53
Kidney cancer; Melanoma Melanoma
MAGE -A3
Metastatic cancer Esophageal carcinoma Malignant melanoma
MAGE -A4
Malignant solid tumors
HBV antige n
Hepatocellular carcinoma Hepatocellular carcinoma
ROR1
Breast carcinoma
HPV-1 6 E6 CTLA4 CEA
2G-1
National Institutes of Health Clinical Center National Cancer Institute (NCI) National Cancer Institute (NCI) National Cancer Institute (NCI) National Cancer Institute (NCI) Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital
HPV-associat ed cancers
Fred Hutchinson Cancer Research Center National Cancer Institute (NCI)
Melanoma
Loyola University
미국
I
NCT01586403
15
Recruiting
Metastatic cancer Renal cancer; Kidney cancer
National Cancer Institute (NCI)
미국
I
NCT00923806
3
Terminated
National Cancer Institute
미국
I
NCT00923390
5
Terminated
- 22 -
3. CAR-T CAR-T 세포를 이용한 임상시험은 검색어‘Chimeric antigen receptor’와‘therapy’ 로 검색하여 조사하였다. T 세포 기반의 면역조절 세포치료제 중에서 가장 많은 임상 시험이 진행중으로 총 100건으로 나타났다. 국가별로 보면 미국이 73건으로 가장 많고 중국이 20건으로 아시아에서 가장 활발한 연구를 진행하고 있으며, 유럽에서는 영국, 스웨덴, 스위스 등에서 5건의 임상 시험이 진행되고 있다 (표 5). 임상 단계별로 보면 임상 0상이 2건, 임상 1상 61건, 임상 1상 및 2상 동시진행이 31건, 임상 2상이 6건으로 파악된다. 임상 연구를 항원에 따라 임상 단계 별로 구분한 것은 표 6에 나타내었다.
국 가
임상 0상
임상 1상
임상 1상/2상
임상 2상
임상3상
계
미국
2
53
13
5
0
73
중국
0
5
15
0
0
20
영국
0
2
1
0
0
3
스웨덴
0
0
1
0
0
1
스위스
0
0
0
1
0
1
일본
0
0
1
0
0
1
호주
0
1
0
0
0
1
합 계
2
61
31
6
0
100
CD19 항원이 급성 림프구성 백혈병(acute lymphocytic leukemia: ALL) 환자들의 백혈 병 세포에서 과다 발현되고 있으며, 적혈구, T세포 정상 골수세포에는 존재하지 않는 특징을 이용하여 CD19를 인지하는 CAR-T를 이용한 임상 연구가 가장 활발히 진행되 고 있다. 미국 국립암연구소의 Daniel W. Lee 박사는 항-CD19 CAR-T 세포를 골수 이 식을 받았지만 재발한 소아 ALL 환자에서 항암 효과를 관찰한 결과를 보고한 바 있다 (Lee et al., 2014). CAR-T는 다른 면역조절 세포치료제와는 달리 백혈병 등 혈액암을 주 적응질환으로 하여 임상시험이 진행중인 것으로 나타났다.
- 23 -
항원
질환
기관
B-cell leukemia
Children's Hospital of Philadelphia Abramson Cancer Center of the University of Pennsylvania
CLL Mantle cell lymphoma NHL CD19 B-cell NHL B-cell NHL, ALL, CLL Leukemia, lymphoma B cell leukemia ALL, NHL B-cell ALL NHL, ALL, CLL B-cell ALL
NHL
Baylor College of Medicine Baylor College of Medicine Abramson Cancer Center of the University of Pennsylvania Abramson Cancer Center of the University of Pennsylvania Chinese PLA General Hospital Memorial Sloan Kettering Cancer Center (Juno) Jichi Medical University Fred Hutchinson Cancer Research Center (Juno) M.D. Anderson Cancer Center Seattle Children's Hospital National Cancer Institute Memorial Sloan Kettering Cancer Center Baylor College of Medicine Abramson Cancer Center of the University of Pennsylvania Abramson Cancer Center of the - 24 -
국가
임상 단계
미국
I, II
미국
I
미국
임상등록번호
환자수
비고
20
Recruiting
NCT01029366
14
Completed
I
NCT00586391
54
Ongoing
미국
I
NCT00709033
3
Ongoing
미국
I
NCT01029366
14
Completed
미국
II
NCT01747486
34
Completed
중국
I, II
NCT02081937
2
Recruiting
미국
I
NCT01840566
18
Recruiting
일본
I, II
NCT02134262
18
Recruiting
미국
I, II
NCT01865617
104
Recruiting
미국
I
NCT01497184
96
Recruiting
미국
I
NCT01683279
18
Recruiting
미국
I
NCT01593696
90
Recruiting
미국
I
NCT01860937
55
Recruiting
미국
I
NCT02050347
56
Recruiting
미국
II
NCT02030847
24
Ongoing
미국
II
NCT02030834
55
Recruiting
NCT01626495
B-cell leukemia ALL
ALL
Leukemia NHL, ALL, CLL B-cell lymphoma, luekemia ALL Mediastinal B-cell lymphoma NHL B-cell lymphoma NHL, luekemia NHL, CLL ALL ALL NHL, ALL, CLL Leukemia Lymphoma Lymphoma
University of Pennsylvania (Novartis) Children's Hospital of Philadelphia Seattle Children's Hospital Memorial Sloan Kettering Cancer Center (Juno) Memorial Sloan Kettering Cancer Center Baylor College of Medicine Uppsala University
미국
I
NCT01626495
20
Recruiting
미국
I, II
NCT02028455
80
Recruiting
미국
I
NCT01044069
40
Recruiting
미국
I, II
NCT00466531
30
Recruiting
미국
I
NCT01853631
14
Recruiting
스웨덴
I, II
NCT02132624
15
Recruiting
중국
I
NCT02186860
5
Recruiting
미국
I, II
NCT00924326
56
Recruiting
미국
I
NCT01493453
24
Recruiting
미국
I
NCT00968760
60
Recruiting
미국
I
NCT01087294
48
Recruiting
미국
I
NCT00709033
3
Ongoing
미국
I
NCT01430390
26
Recruiting
영국
I, II
NCT01195480
30
Recruiting
미국
I, II
NCT00840853
68
Recruiting
미국
I, II
NCT01475058
30
Ongoing
미국
I, II
NCT01318317
57
Ongoing
미국
I
NCT00182650
5
Completed
Affiliated Hospital to Academy of Military Medical Sciences National Cancer Institute (Kite) Professor Robert Hawkins M.D. Anderson Cancer Center National Cancer Institute Baylor College of Medicine Memorial Sloan Kettering Cancer Center University College, London Baylor College of Medicine Fred Hutchinson Cancer Research Center City of Hope Medical Center City of Hope Medical Center
B-cell lymphoma
Peking University
중국
I, II
NCT02247609
20
Recruiting
ALL
City of Hope Medical Center
미국
I
NCT02146924
24
Ongoing
- 25 -
B-cell lymphoma
Second Military Medical University
중국
I, II
NCT02644655
20
Recruiting
Lymphoma
Juno Therapeutics, Inc.
미국
I
NCT02631044
70
Recruiting
Leukemia
Shanghai Tongji Hospital
중국
I, II
NCT02537977
40
Recruiting
ALL
Juno Therapeutics, Inc.
미국
II
NCT02535364
90
Recruiting
Pancreatic cancer Diffuse large B-cell lymphoma
University of Pennsylvania
미국
I
NCT02465983
12
Ongoing
Novartis
스위스
II
NCT02445248
100
Recruiting
ALL
Kite Pharma, Inc.
미국
I, II
NCT02614066
75
Recruiting
ALL
Kite Pharma, Inc.
미국
I, II
NCT02625480
75
Recruiting
Lymphoma
Xinqiao Hospital of Chongqing
중국
I, II
NCT02652910
20
Recruiting
Leukemia, Lymphoma
University of Pennsylvania (Novartis)
미국
I
NCT02374333
50
Recruiting
미국
I
NCT00012207
12
Completed
미국
I
NCT00621452
12
Completed
Leukemia, lymphoma CD20
CD22
B-cell CLL Lymphoma
PLA General Hospital
중국
I
NCT01735604
10
Recruiting
Follicular lymphoma, ALL, NHL
National Cancer Institute
미국
I
NCT02315612
57
Recruiting
중국
I, II
NCT02259556
30
Recruiting
미국
I
NCT01316146
18
Recruiting
미국
I
NCT01192464
18
Ongoing
중국
I, II
NCT02274584
20
Recruiting
중국
I, II
NCT01864902
10
Recruiting
미국
I
NCT02159495
24
Recruiting
미국
0
NCT02623582
15
Recruiting
중국
I, II
NCT01886976
10
Recruiting
호주
I
NCT01716364
6
Unknown
NHL NHL CD30 NHL
CD33
Peking University
Myeloid leukemia
Chinese PLA General Hospital City of Hope Medical Center Abramson Cancer Center of the University of Pennsylvania Chinese PLA General Hospital Peter MacCallum
CD123 AML
Lewis
Chinese PLA General Hospital Baylor College of Medicine Baylor College of Medicine
Lymphoma
Leukemia
CD138
Fred Hutchinson Cancer Research Center National Cancer Institute
Multiple myeloma Multiple
- 26 -
Y
myeloma
Kappa
Lymphoma
NKG2 D
Leukemia Sarcoma Solid tumors
HER2
Metastatic cancer Glio blastoma HER2 positive malignancy
GD2
Breast cancer Neuro blastoma Neuro blastoma Neuro blastoma Sarcomas
CD171
Various cancers Neuro blastoma Cancer
CEA
CEA
EGFR
EGFR vIII
Various cancers Colorectal cancer Liver metastases Breast cancer Metastatic cancers Advanced EGFR-positiv e solid tumors Advanced glioma Glioma
Cancer Centre Baylor College of Medicine
미국
I
NCT00881920
54
Ongoing
미국
I
NCT02203825
24
Recruiting
미국
I
NCT00902044
36
Recruiting
중국
I, II
NCT01935843
10
Recruiting
미국
I
NCT00924287
1
Terminated
미국
I, II
NCT01109095
16
Recruiting
Baylor College of Medicine
미국
I
NCT00889954
18
Recruiting
Fuda Cancer Hospital
중국
I, II
NCT02547961
60
Recruiting
미국
I
NCT00085930
19
Ongoing
미국
I
NCT01460901
5
Recruiting
미국
I
NCT01822652
38
Recruiting
미국
I
NCT01953900
26
Recruiting
미국
I
NCT02107963
72
Recruiting
미국
I
NCT02311621
80
Recruiting
미국
I
NCT00004178
-
Completed
영국
I
NCT01212887
14
Terminated
미국
I
NCT00673322
1
Terminated
미국
I
NCT01373047
8
Completed
미국
I
NCT00673829
26
Ongoing
미국
II
NCT01723306
48
Ongoing
Chinese PLA General Hospital
중국
I, II
NCT01869166
10
Recruiting
RenJi Hospital
중국
I
NCT02331693
10
Recruiting
Abramson Cancer Center of the
미국
I
NCT02209376
12
Recruiting
Celdara Medical Baylor College of Medicine Chinese PLA General Hospital National Cancer Institute Baylor College of Medicine
Baylor College of Medicine Children's Mercy Hospital Kansas City Baylor College of Medicine Baylor College of Medicine National Cancer Institute Seattle Children's Hospital Roger Williams Medical Center Cancer Research UK Roger Williams Center Roger Williams Center Roger Williams Center Roger Williams Center
Medical Medical Medical Medical
- 27 -
University of Pennsylvania (Novartis) National Cancer Iv nstitute (Kite) Memorial Sloan Kettering Cancer Center
미국
I, II
NCT01454596
160
Recruiting
미국
I
NCT01140373
-
Recruiting
Ovarian cancer
National Cancer Institute
미국
I
NCT00019136
-
Completed
Brain tumor
City of Hope Medical Center
미국
I
NCT00730613
3
Completed
IL13 recept or a2
Adult anaplastic astrocytoma
City of Hope Medical Center
미국
I
NCT02208362
44
Recruiting
ErbB T4+
Head and Neck cancer
King's College London
영국
I
NCT01818323
30
Recruiting
FAP
B-cell CLL
미국
I
NCT01722149
12
Recruiting
ROR1
CLL
미국
I
NCT02194374
48
Recruiting
미국
I
NCT02159716
24
Recruiting
미국
I
NCT01355965
6
Ongoing
Glio blastoma PSMA Folate recept or IL-13 zetaki n
Prostate cancer
Metastatic Pancreatic (Ductal) Adenocarcino ma Mesot helin
WT-1 EphA2
Malignant pleural mesothelia
Fred Hutchinson Cancer Research Center M.D. Anderson Cancer Center Abramson Cancer Center of the University of Pennsylvania (Novartis) Abramson Cancer Center of the University of Pennsylvania (Novartis)
Malignant mesothelioma
Chinese PLA General Hospital
중국
I
NCT02580747
20
Recruiting
Acute myeloid leukemia Malignant glioma
Fred Hutchinson Cancer Research Center (Juno)
미국
I, II
NCT01640301
55
Recruiting
Fuda Cancer Hospital
중국
I, II
NCT02575261
60
Recruiting
미국
0
NCT02546167
30
Recruiting
중국
I
NCT02541370
20
Recruiting
BCMA
Multiple myeloma
CD133
Liver cancer
Abramson Cancer Center of the University of Pennsylvania Chinese PLA General Hospital
3.1. CAR-T 파이프라인 현황 CAR-T의 개발에서 CAR 유전자를 기본적인 파이프라인을 활용하게 되는데, 여기에서 종양 표면 항원에 얼마나 특이적으로 결합하는 우수한 항체 개발이 중요한 기술이다. 임상시험중인 CAR-T 후보군 중에 CD19를 인지하는 Norvatis의 ALL 치료제인 CTL019가 가장 진행이 많이 되어 있으며, Norvatis에서는 2014년 7월에 미국 FDA에서 CTL019에 대하여“Breakthrough therapy”로 인정받아 수년 내에 CAR-T 분야의 first-in-class 승인을 목표로 개발 중이다 (그림 9).
그림 9. Norvatis사의 CAR-T 파이프라인 (www.norvatisoncology.com)
임상시험을 진행중인 제약사로는 Norvatis 및 GSK 등이 CAR-T에 대한 기술력을 가 지는 생명공학 회사들과 협력하고 있다. Norvatis 및 GSK의 CD19-CAR-T는 미국 펜실 베니아 대학의 연구진에 의해 개발된 것으로 현재 임상 2상으로 가장 앞서가고 있는 품목이다. Pfizer는 임상 파이프라인을 가지는 프랑스의 Cellectis (그림 10)와 CAR-T 공동 연구 개발을 수행하고 있으며, Amgen은 Kite (그림 11)와 Cellgene은
Bluebird
Bio (그림 12)와 공동 연구를 진행 중이다. Takara, Juno (그림 13) 등의 회사도 CAR-T 의 기술력을 확보하고 임상 연구를 진행 중이다.
- 30 -
Cellectis사는 CD19, CD38, CD123 등을 파이프라인으로 구성하여 비임상을 진행중으 로, 현재 임상시험은 진행되고 있지 않은 상황이다.
KIte사는
CD19
등을
파이프라인으로
구성하여
임상시험이
진행중으로
B-cell
maliganacies을 적응증으로 한 임상이 타 제조사에 비하여 빠른 임상 II상이 진행중이다.
Bluebird사는 Hematological Malifnancies와 고형암에 대한 비임상이 진행중인 상황이다.
- 31 -
Juno사는 CD19, CD22 등을 파이프라인으로 구성하여 임상시험이 진행중으로, 다른 제조사에 비하여 임상시험 과제를 많이 보유하고 있다.
- 32 -
3.2 CAR-T 기초 및 비임상 연구 동향 CAR-T 세포를 이용한 기초 및 비임상 연구 동향은 미국 국립의학도서관에서 운영하 는 학술문헌 사이트인 Pubmed (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ pubmed)에 등록된 임상연 구 문헌을 대상으로 하여‘Chimeric antigen receptor’와‘therapy’로 검색하여 세포 수준의 연구 동향, 동물 수준의 연구 동향, 비임상연구 및 임상연구 동향을 2015년 12 월 31일을 기준으로 각각 조사하였다. 총 72건이 CAR-T를 이용하여 치료제 개발이 진 행중인 것으로 보고되었으며, 세포 수준의 연구는 13건, 동물 수준의 연구는 36건, 비 임상 연구는 9건, 임상연구는 14건이 보고되었다. 세포 수준의 연구는 T 세포에 바이 러스 벡터를 이용하여 전달한 다양한 항원 유전자의 발현 여부를 보는 실험 결과가 중 점적으로 보고되고 있다. CAR-T를 이용한 주요 적응 질환은 혈액 림프종이나, 최근 고 형암에 대한 효과들도 보고되고 있다. CAR-T 연구 동향은 CAR-T세포의 유전자 재조 합을 개선하고자 하는 세포 수준의 기초 연구 (표 7), 동물 수준에서의 효능 검증 연구 (표 8), 비임상 및 임상 연구 (표 9)로 구분하여 볼 수 있다. 동물 수준의 연구는 세포 수준의 실험 결과를 기반으로 아직 최적화가 수행되지 않은 여러 비교 그룹들에 대하 여 동물에서 항암 효과의 여부를 평가하는 초기 단계의 개념 검증(proof of concept)을 주요 목적으로 하는 것으로 항암 효능 데이터의 제시가 주를 이룬다. 초기 단계의 개 념 검증 수준의 동물 시험과, 본 단계에서 최적화된 후보군을 대상으로 임상시험 진입 을 위하여 안전성을 종합적으로 평가하며, GLP 시설에서 수행하는 비임상 연구와는 차 이점이 있어 본 보고서에서는 개념 검증 단계의 동물 수준 연구(표 8)와 비임상 연구 (표 9) 결과를 별도로 각각 분류하였다. 2012년부터 현재까지의 세포 수준의 기초 연구 동향을 살펴보면 2세대 CAR-T에 대 한 연구가 가장 활발히 진행되며 대상 암종도 혈액암 및 고형암 연구가 진행됨을 알 수 있다 (표 7). 동물 수준의 연구 보고 (표 8) 또한 제 2세대 CAR-T에 대한 연구가 가 장 많으며, 유럽에서 CAR-T의 표적 질환을 종양이 아닌 자가 면역계 신경 질환인 다 발성 경화증(multiple sclerosis)에 대하여 시도한 연구 (Fransson et al., 2012), 미국에서 CAR-T를 진균 감염증에 대하여 적용한 연구가 새로운 적용 질환 분야로 주목된다 (Kumaresan et al., 2014). 비임상 이상의 연구 결과를 보고한 논문에서는 세포나 동물 수준과는 달리 3세대 CAR-T에 대한 보고들이 상대적으로 많이 발표되어있다 (표 9). 임상 수준의 연구에서 혈액암의 표적 항원으로는 CD19와 CD20이 가장 많이 연구되고
- 33 -
있는 것으로 보인다. 기초 연구에서 CAR 유전자를 T 세포에 도입하는 목적으로 바이러스성 벡터가 주로 사용되나, CAR의 발현 지속 기간을 단축시키고 바이러스 벡터의 안전성 문제를 해결 하기 위하여 물리적 방법인 전기 천공(electroporation)을 시도하는 연구도 진행 중이다. 바이러스성 벡터를 사용하여 유전자를 도입한 CAR-T 세포에서는 CAR의 발현이 수개 월간 지속되는 것으로 알려져 있으나, 이러한 지속적인 발현은 부작용 유발에도 관여 하므로 발현 기간의 지속이 바람직한 지에 대해서는 신중히 검토할 필요가 있다. T 세 포의 세포막에 일시적인 전기적 자극으로 미세 세공을 형성하여 세포 내부로 CAR의 유전자를 도입하는 전기 천공은 발현되는 CAR의 발현 지속 기간이 수 일 정도로 알려 져 있다.
구분
세부질환
항원
도입 방법
Lymphoma
TRAILreceptor1
Retrovirus
Lymphoma
CD19
Lentivirus
B-cell lymphoma
CD20
Osteosarcoma
보조 자극 CD28, 4-1BB
국가
참고 문헌
일본
Kobayash, 2014
-
미국
Wang, 2012
Retrovirus
CD28
일본
Watanabe, 2015
HER2
Lentivirus
CD28
미국
Mata, 2014
Leukemia
CD19
Lentivirus
CD28
일본
Saito, 2014
Leukemia
HA-1 H/ HLA-A2
Retrovirus
CD28
일본
Inaguma, 2014
Breast cancer
ERBB2
Retrovirus
CD28
중국
Hu, 2012
Glioblastoma
EGFRvIII
Retrovirus
CD28
미국
Morgan, 2012
B-cell lymphoma
CD19
전기천공
CD28
미국
Torikai, 2012
Leukemia
CD123
Retrovirus
CD28
중국
Zhou, 2016
Gastric cancer
NKG2DL
Lentivirus
CD28
중국
Liu, 2015
Leukemia
CD19
전기천공
CD28
호주
Ramanayake, 2015
Multiple myeloma
CD138
Lentivirus
-
중국
Jiang, 2014
3세대
2세대
1세대
- 34 -
구분
항원
도입 방법
Neuroblastoma
GD2
Retrovirus
Lymphoma
CD4
Lentivirus
Glioblastoma
IL13Rα2
Retrovirus
Glioblastoma
EGFRvIII
Lentivirus
Leukemia
CD19
Lentivirus
Neuroblastoma
GD2
Retrovirus
Leukemia
CD19
Retrovirus
B-cell lymphoma
CD19
Retrovirus
CD28
일본
Breast cancer
ERB2
전기천공
CD28
중국
Wang, 2014
Aspergillus infection
Dectin1
전기천공
CD28
미국
Kumaresan, 2014
Breast cancer
HER2
Lentvirusi
CD28
중국
Sun, 2014
Colorectal cancer
CEA*
JetPEI polymer
CD28
이스 라엘
Blat, 2014
Melanoma, breast carcinoma
CSPG4*
Retrovirus
CD28
미국
Gelderes, 2014
Prostate cancer
PSMA*
Retrovirus
CD28
미국
Ma, 2014
Multiple myeloma
CS1
Retrovirus
CD28
미국
Chu, 2014
Glioblastoma
EphA2
Retrovirus
CD28
미국
Chow, 2012
Multiple myeloma
NYESO-1
Retrovirus
CD28
스위스
Schuberth, 2013
Multiple sclerosis
MOG*
Lentivirus
CD28
스웨덴
Fransson, 2012
Melanoma
B7
Retrovirus
CD28
한국
Shin, 2012
Head/neck cancer
ERBB receptors
Retrovirus
CD28
영국
Davies, 2012
Osteosarcoma
HER2
Retrovirus
CD28
미국
Rainusso, 2012
Ovarian cancer
Meso thelin
Lentivirus
CD28
미국
Lanitis, 2012
Osteosarcoma
IL-11Rα
전기천공*
CD28
미국
Huang, 2012
3세대
2세대
보조 자극 CD28, 4-1BB CD28, 4-1BB, CD4zeta CD28, 4-1BB or OX40
세부 질환
2세대
- 35 -
CD28, 4-1BB CD28, 4-1BB CD28, OX40 CD28, OX40
국가
참고 문헌
미국
Heczey, 2014
미국
Pinz, 2016
미국
Krenciute, 2015
일본
Kuramitsu, 2015
미국
Sommermeyer, 2015
미국
Caruana, 2015
노르 웨이
Almasbak, 2015 Tsukahara, 2015
2세대
Giloblastoma
ErbB2
Lentivirus
CD28
독일
Zhang, 2015
Melanoma
MCSP*
전기천공
CD28
독일
Krug, 2015
Leukemia
CD19
Retrovirus
CD28 or 4-1BB
미국
Zhao, 2015
Lung cancer, gastric cancer and colon cancer
EGFR
Lentivirus
CD28
중국
Ren, 2015
Leukemia
CD19
전기천공
CD28
호주
Dolinkov, 2015
Ovarian cancer
FRα
Lentivirus
CD27
미국
Schutsky, 2015
Prostate cancer
EpCAM
Retrovirus
CD28
중국
Wu, 2015
Lymphoma
CD19
Lentivirus
4-1BB
프랑스
Poirot, 2015
Osteosarcoma
IGF1R* or ROR1*
전기천공
4-1BB
미국
Huang, 2015
Leukemia
CD19
Retrovirus
CD28 or CD80
미국
Condomines, 2015
Lentivirus
4-1BB
미국
Qin, 2015
Lentivirus
CD28
미국
Lynn, 2015
전기천공
4-1BB
미국
Kenderian, 2015
Leukemia
Leukemia Leukemia
Thymic stromal lymphopoiet in receptor Folate receptor b CD33
CAR-T를 이용한 비임상 및 임상연구는 미국에서 가장 활발히 진행되고 있다. 비임 상 연구에서는 B 세포 림프종, 백혈병 등의 혈액암 이외에 신경 교종(glioma), 난소암 등의 고형암으로 대상 질환이 확대되는 것이 주목된다. 임상 연구에서는 레트로바이러 스(Retrovirus)가 CAR 유전자의 벡터(vector)로 가장 많이 사용되며, 렌티바이러스 (Lentivirus)가 그 다음으로 사용되고 있다. 레트로바이러스와 렌티바이러스 벡터가 많 이 사용되는 것은 이들 바이러스 벡터가 염색체(chromosome)에 삽입 (Biffi et al., 2011; Themis et al., 2003)되어 발현 효능 및 지속 시간이 아데노부속바이러스(AAV, Adeno-associated virus)와 같이 핵 내에서 에피좀(episome) 형태로 주로 존재하는 벡터 보다 높은 효율을 보이기 때문으로 분석된다. 다만, 염색체 삽입에 의한 돌연변이 위험 성(insertional mutagenesis)은 레트로바이러스 및 렌티바이러스에서 더욱 신중히 고려될 필요가 있다. 임상 연구의 표적 항원으로는 CD19가 가장 많이 연구되고 있으며 백혈 병, 림프종이 주요 대상 질환이다.
구분
3세대
질환
항원
도입 방법
보조 자극
연구 현황
국가
참고 문헌
Leukemia
ROR1
Retrovirus
CD28, 4-1BB
임상
미국
Berger, 2015
Leukemia
CD19
Lentivirus
CD28, 4-1BB
임상
미국
Maude, 2014
Neuro blastoma
GD2
Retrovirus
CD28, OX40
비임상
미국
Nishio, 2014
Various cancers
FITC
Retrovirus
CD28, 4-1BB
비임상
미국
Tamada, 2013
Lymphoma
CD20
Lentivirus
CD28, 4-1BB
임상
미국
Budde, 2013
Lymphoma
CD20
Retrovirus
CD28, 4-1BB
임상
미국
Till, 2012
B-cell NHL
CD20
Retrovirus
CD28, 4-1BB
비임상
미국
Budde, 2013
- 37 -
2세대
2세대
1세대
B-cell lymphoma
CD20
Lentivirus
4-1BB
임상
중국
Wang, 2014
Glioblastoma
IL13Rα2
Lentivirus
CD28
비임상
미국
Krebs, 2014
Lymphoma
CD19
Retrovirus
CD28
임상
미국
Xu, 2014
Lymphoma
CD19
Retrovirus
CD28
임상
미국
Lee, 2014
Acute myeloid leukemia
LeY
Retrovirus
CD28
임상
호주
Ritchie, 2013
B-cell malignancies
CD19
Retrovirus
CD28
임상
미국
Kochenderfer, 2013
B-cell malignancies
CD19
Retrovirus
CD28
임상
미국
Kochenderfer, 2012
Glioma
IL13R
Retrovirus
CD28
비임상
미국
Kong, 2012
Malignant pleural mesothelioma (MPM)
Meso thelin
전기천공
4-1BB
임상
미국
Beatty, 2013
Various cancers
HER-2, CD19
Retrovirus
CD28
비임상
미국
Grada, 2013
Ovarian cancer
Mesothelin. a-folate receptor (FRa)
Lentivirus
CD28
비임상
미국
Lanitis, 2013
Various cancers
ROR-1
Lentivirus
4-1BB
비임상
미국
Hudecek, 2013
Leukemia
CD19
Retrovirus
CD28
비임상
미국
Barrett, 2013
Various cancers
MAGE-A
Retrovirus
-
임상
미국
Morgan, 2012
HIV
HIVgp120
Retrovirus
-
임상
미국
Scholler, 2012
Glioblastoma
IL13Rα2
전기천공
-
임상
미국
Brown, 2015
- 38 -
3.3 CAR-T 개발시 고려사항 CAR-T에 대한 임상연구가 가장 많이 진행되고 있는 미국의 경우, FDA는 지난 2014 년 7월 Norvatis사의 CD19-CAR-T인 CTL019에‘Breakthough therapy’로 인정받아 CTL019의 신속한 개발에 긍정적인 입장을 취하고 있다. CAR-T에 대한 별도의 가이드 라인은 아직 없으나, CAR-T에 대한 임상 연구가 미국에서 이미 2상까지 진행되어 있 는 상황에서 미국 FDA의 CAR-T에 대한 규제 관점은 2014년 5월의 국제 종양면역치료 학회에서 발표된 내용이 참고 될 수 있다 (Puri, 2014).
가. 안전성 평가 측면 1) CAR-T 투여후의 사이토카인 profile에 대한 연구 및 지표 사이토카인의 표준화 사이토카인 방출 증후군 (Cytokine release syndrome)은 체내에서 T 세포가 증식함에 따라 사이토카인이 과다 분비되어 유발되는 현상으로, CAR-T 요법에서 가장 대표적인 부작용이다. 증상으로는 고열, 관절 및 근육통, 저혈압, 호흡곤란증이 관찰되며 심하면 사망을 유발할 수도 있다. 사이토카인의 분비 증가는 T 세포가 체내에서 증식하고 있 다는 것을 간접적으로 나타내는 지표가 될 수 있으나, 과다 분비시 부작용을 유발한다. 지난 2014년 3월에 미국의 Memorial Sloan-Kettering Cancer Center에서 Juno Therapeutics의 CD19-CAR-T로 비호지킨 림포마에 대한 임상시험 중에 투여(infusion) 받은 지 2주 이내에 2명의 환자가 사망하여 임상시험이 일시 중지된 바 있다. 환자의 사망에 사이토카인 방출 증후군이 주요한 원인으로 분석되고 있다. 향후 어떤 사이토 카인이 사이토카인 방출 증후군에서 가장 중요한 역할을 하는지에 대한 규명이 필요하 며, 현재 개발사마다 모두 다르게 측정하는 사이토카인의 종류 및 측정법에 대한 표준 화가 필요하다. 현재는 개발사들이 서로 다른 사이토카인을 측정하고 있어, 사이토카인 방출 증후군을 모니터하기 위하여 어떤 사이토카인들의 전체적 분비 변화에 대한 profile 연구 및 어떤 사이토카인을 지표 물질로 측정해야 할지에 대한 표준화도 필요 한 실정이다. CD19-CAR-T의 경우 항종양 효과는 어느 정도의 독성을 동반하였으므로 독성과 항종양 효능을 분리하는 것이 가능한지에 대한 검토가 필요하며, 향후 사이토카 인 방출 증후군에 대처하는 최적의 방법이 무엇인지에 대한 연구도 필요하다.
- 39 -
2) CAR-T의 분포 및 혈중 거동에 대한 정량적 평가 체내로 주사된 CAR-T는 골수로 분포하며 혈중에서 10개월까지 CAR의 유전자가 PCR 방법으로 검출되는 것이 최근 보고되었다 (Ritchie et al., 2013). 그러나 CAR-T의 체내 분포, 각 장기별 체류 기간, 혈중 거동에 대하여 정량적인 연구는 아직 체계적으 로 수행된 바 없다. 체내 거동 연구는 향후 정상 조직에 분포되는 CAR-T의 부작용 유 발 가능성을 예측할 수 있기 때문이다. Her-2와 같은 종양 표면 항원은 정상적인 뇌 조직, 유선(mammary gland)에서도 발현되며, carcinoembryonic antigen(CEA)은 결장 (colon)이나 정상 조직에서 발현되는 것으로 알려져 있다. 이들 조직에 CAR-T가 분포 된다면 정상 조직의 손상을 유발할 가능성이 있다. 따라서, CAR-T의 분포 및 체내 거 동에 대한 연구를 수행하는 것이 필요하다.
3) CAR-T에 의한 자가 면역 유도능에 대한 평가 현재 CAR-T가 자가 면역을 일으키는 가능성이 낮은 이유로서 투여되는 CAR-T의 낮은 투여 용량 및 한 개의 CAR-T가 여러 개의 종양세포를 사멸시킬 수 있는 연쇄 살 상 효과(serial killing effect)로 설명이 되고 있다. 그러나, CAR-T가 자가 면역 (autoimmunity)을 유발할 가능성은 배제할 수 없으며, 이에 자가 면역 유도능에 대한 적절한 평가가 요구된다.
4) 장기 추적조사 평가 CAR-T에 CAR 유전자 도입을 위하여 사용된 바이러스 벡터가 체내에서 증식 능력이 제한되어 있는지를 평가하기 위하여 일정기간 이상의 장기적인 추적조사가 필요하다.
나. 유효성 평가 측면 1) 투여 용량 결정 CAR-T는 living drug으로 인식된다. 일정 개수의 CAR-T를 생체내에 주입된 후에 CAR-T가 생체 내에서 증식하므로, 생체 내에서 투여한 용량 이상으로 증가할 수 있다. 이러한 증식 속도는 환자의 질환 상태, 연령대에 따라서 변동될 수 있다. 즉, 화학의약 품이나 증식하지 않는 단클론 항체와는 달리 CAR-T는 투여용량(dose)와 실제 적용량 - 40 -
(dose)이 달라지며, 환자에 따라 실제 dose가 변화될 수 있는 특징이 있으므로, 투여 용 량 대비 효능의 관계에 대한 연구가 필요하다. 투여 용량의 경우에도 환자의 체중 당 투여 세포수를 조정해야 할지, 아니면 체표면적당 투여 세포수를 조정해야할 지에 대 한 사안도 고려될 필요가 있다. 또한, CAR-T는 투여된 후 골수로 이동하여 증식한다고 알려져 있어, 모니터링 단계에서 환자 혈액에서 CAR-T를 측정하는 것이 골수에서의 CAR-T의 증식 정도를 평가하는 지표가 될지에 대해서도 고려가 필요하다. 현재 임상 2상 진행중인 경우의 투여 용량은 총 세포수의 용량 및 유전자 도입 효율 (transduction efficiency)를 2~50% 또는 10~50%로 계산하여 실제 투여되는 CAR-T의 세 포수 용량을 정하는 형태로 진행되기도 하며, CAR-T만의 투여용량으로 기재되기도 한 다 (표 10). 또한 여러 가지의 T 세포가 혼합된 CAR-T에서 어떤 subtype의 CAR-T가 항암 효능에 상관관계가 높은지에 대한 규명도 필요하다. 최근 동물 모델에서 수행된 연구 결과에 의하면, CAR-T에 사용된 T 세포중에서 T cell memory stem cell로 알려 진 CD8(+)CD45RA(+)CCR7(+) CAR-T 세포의 비율이 높아질수록 항암 효과가 증가되는 것이 보고되기도 하였다 (Xu et al., 2014).
항원
질환
임상 등록번호
환자수
CLL
NCT01747486
34
B-cell ALL
NCT02030847
24
NHL
NCT02030834
55
CD19
CEA
Metastatic cancer
NCT01723306
48
실시기관
CAR-T 투여용량
1) 1~5x108 CAR-T세포 (1x109 총 세포수의 10~50%의 CAR-T 비율로 계산) Abramson 2) 1~5x107 CAR-T (1x108 총 세 Cancer Center 포수의 10~50%의 CAR-T 비 of the 율로 계산) University of Pennsylvania 1~5x108 CAR-T세포 (Novartis) 1~5x108 CAR-T 세포(총 세포수의 2~50% CAR-T 비율로 계산) Roger Williams Medical Center
미공개
출처 : www.clinicaltrials.gov
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2) 효력(potency) 평가 제품 허가를 위하여 치료제의 효력 평가 자료가 요구되며, 타깃 종양 세포의 용해 (lysis) 유도능 평가법, cytokine의 분비를 측정하는 여러 방법들 중 어떤 시험방법이 효 력 평가에 가장 적절한지에 대한 검토가 필요하다. CAR-T는 체내에서 증식하므로, 투 여되는 T 세포 중 CAR-T의 비율 및 CAR의 유전자 카피수(copy number)가 효력과 상 관 관계가 있는지에 대한 평가도 필요하다.
3) T 세포에 유전자 도입 효율의 환자별 개인차 문제 CAR-T 제품의 균질성을 유지하기 위해서는 환자의 나이와 병력에 따른 다른 치료제 의 사용 경력이 환자의 T 세포에 유전자를 도입시키는 효율에 영향을 미치는 문제를 고려해야 한다.
4) 유전자 도입에 최적의 T 세포 type에 대한 고려 현재 임상에 사용되는 대부분의 CAR-T 연구는 T 세포를 전체적으로 분리한 다음 유전자를 도입하고 있다. 따라서 CAR 유전자를 발현하는 T 세포는 CD4 T, CD8 T, naive T, memory T 세포 들이 모두 환자에게 투여되는 상황이다. 이들 T 세포 중 특 히 T 세포의 다수를 차지하는 CD4 T 세포와 CD8 T 세포 중 어느 type의 세포가 CAR-T의 항암 효능에서 더욱 우수할 지에 대한 평가가 필요하다. 현재 T 세포의 type 에 대한 구분을 별도로 하지 않고 연구가 진행되는 것은 T 세포를 활성화시키고 일정 숫자까지 증식시키는데 소요되는 비용 및 시간의 제한에 의한 것으로 인식된다. 경제 적인 측면에서 현재의 CAR-T를 구성하는 T 세포를 분리하는 것이 용이하지 않은 상 황일지라도, 어떤 type의 T 세포가 가장 효율적인지에 대한 연구가 수행된다면, CAR-T의 품질관리 차원에서 CAR-T를 구성하는 각각의 T 세포의 비율에 대한 지침을 마련하는데도 유용할 것으로 보인다.
다. 품질 평가 측면 CAR-T의 제조 배치별 품질의 균일성을 보증하기 위해서는 CMC(Chemistry and Manufacturing Control)에 대한 규제 과학적 연구가 진행되는 것이 필요하다. 제조 생산
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되는 배치별로 확인시험(identity assay), 순도 시험(purity assay), 무균 시험(sterility) 등 이 품질평가를 위한 항목으로 고려할 수 있다.
1) 확인 시험 확인시험에서 CAR-T에 특이적인 지표가 설정되어야 하며, 이러한 지표의 예로는 CAR-T에
특징적인
세포
표면
마커,
유전자
발현,
유전적
다형성(genetic
polymorphism), 분비되는 물질, 특정 펩타이드 서열 등이 고려될 수 있다 (Vastan et al., 2013). CD4와 같은 세포 표면 마커는 CAR-T에 특이적인 것이 아니므로 CD4 외에 도 CAR-T의 특징을 반영하는 세포의 subpopulation에 대한 다른 지표를 추가적으로 사 용하여서 확인시험을 하는 것이 필요할 것이다. 특히, ex vivo 에서 증식하여 투여하는 T 세포 중 CAR-T의 비율에 대한 허용 범위의 설정을 CD4 T cell의 함량으로 할지, 아 니면 다른 지표를 사용하여서 설정할지 등은 중요하게 연구되어야 할 부분이다.
2) 순도 시험 CAR-T의 순도 시험으로는 CAR-T의 증식을 촉진하는데 사용된 단백질이나 펩타이 드 잔류량 시험, CAR-T 제조공정에 사용된 혈청, 성장인자, 사이토카인, 항체 등에 대 한 잔류량 시험이 수행되어야 한다. 예측되는 불순물들 각각에 대해서는 허용 범위를 설정하는 것이 필요하다.
3) 무균 시험 CAR-T는 T 세포의 분리, 유전자의 도입, CAR-T의 체외 증식 단계를 거치므로 각 생산 공정 단계에서 무균성을 검증하는 연구가 필요하다. CAR-T 세포에 대한 무균시 험은 세포치료제에 준하는 기준 및 시험방법을 적용하는 것이 적절할 것으로 보인다. 무균시험은 제조 과정 및 최종 제품에 대해 수행한다. 일반 주사제의 경우 최종 제 품에 대하여 14일간 무균시험을 하는 것이 적용되나, 세포치료제와 같이 유효기간이 짧은 제품의 경우, 환자 투여시점까지 무균시험이 종료되지 않는 경우가 대부분이기 때문에 치료제에 적합한 무균을 확인할 수 있는 합리적인 시험법이 제시되어야 한다. 다만, 환자 맞춤형으로 적용되어 ex vivo의 경우에는 대량 생산되는 품목이 아니기 때
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문에 무균시험을 어떻게 적용하는 것이 적절한지에 대한 연구가 같이 이루어 져야 할 것이다.
4) 마이코플라스마 및 외래성 바이러스 부정 시험 무균시험 외에도 마이코플라스마 부정 시험, 외래성 바이러스에 대한 부정 시험의 수행이 필요하다. 사람 세포를 이용하여 제작한 CAR-T를 대상으로 시험해야 하는 외 래성 바이러스로는 Cytomegalovirus (CMV), Human immunodeficiency virus (HIV)-1 & 2, Human T-Lymphotropic virus (HTLV)-1 & 2, Epstein-Barr Virus (EBV), Hepatitis B Virus, Hepatitis C Virus, Human Parvovirus B19, Adenovirus, Adeno-Associated Virus (AAV) 등을 들 수 있으며, 세포 배양액이나 시약 중에 소나 돼지 등 동물 유래의 원료 가 사용된 경우에는 bovine virus, porcine virus 등을 확인해야 할 것이다.
5) 바이러스 벡터에 대한 품질 관리 CAR-T의 제조에서 CAR 유전자 도입에 사용되는 바이러스는 현재 retroviral vector 나 lentiviral vector가 많이 사용되고 있다 (Wang et al., 2015). CAR 유전자를 전달하 는 바이러스 벡터를 바이러스의 순도(purity), 안전성(safety), T 세포내 CAR 유전자 발 현 효율 측면에서 품질 관리하는 방법에 대한 표준화 연구가 필요하다. 바이러스 벡터 자체의 특징 규명을 위해서는 바이러스 벡터의 유전자 지도(gene map)이 필요하며 이 지도에는 제한 효소의 위치, 삽입된 유전자의 위치, 프로모터, 인핸서(enhancer) 등의 조절 인자의 위치가 표시되어야 하며, 벡터의 유전자 전체 서열에 대한 분석 정보가 제시되어야 하며, 서열 분석에 이용한 시험방법도 같이 명시되어야 할 것이다. 마스터 바이러스 뱅크(master viral bank)의 경우에는 순도, 안전성, 및 동정(identity) 을 위해서는 마스터 바이러스 뱅크에 사용된 바이러스의 기원, 배양 방법이 명시되어 야 하며, 무균시험, 마이코플라스마 부정시험, 외래성 바이러스 부정시험, 증식가능성 (replication competent) 바이러스 부정시험 등이 수행되는 것이 필요하다. 마스터 바이 러스 뱅크의 확인시험 (identity test)으로는 벡터 내에 CAR를 encoding하는 유전자의 존재가 증명되어야 할 것이다. 또한, 마스터 바이러스를 동결 조건 등이 명시되어야 할 것이다. 제조용 바이러스 뱅크 (working virus bank)의 경우에는 외래성 바이러스 부정 시험, 증식가능성 바이러스 부정시험, 세균 및 진균 부정시험, 마이코플라스마 부정시 - 44 -
험, CAR 유전자 확인시험 등을 수행하는 것이 필요할 것이다. T 세포 내에서 CAR 유전자를 발현하는 효율은 CAR-T용 바이러스 벡터의 역가 (potency) 시험에 해당하는 내용이라 할 것이다. T 세포에서 CAR의 발현을 정량적으로 평가하는 방법이 확립되어야 하며, 역가에 대한 허용 기준이 합리적 근거에 의하여 설 정되는 것이 필요할 것이다. 역가 시험의 밸리데이션 또한 고려해야 할 사항이다.
6) 균질성(consistency) 평가 CAR-T 제조 공정은 여러 단계를 거치며 진행되므로, 각 단계 별로 품질 관리를 위 한 분석을 수행하는 것이 필요하다 (그림 14). CAR-T의 제조 공정에서 배치별로 CAR 유전자 도입의 효율을 일정하게 유지하는 것이 중요하며, 이를 위하여 전체 T 세포 중 유전자 도입이 된 CAR-T의 비율, 그리고 세포당 CAR 유전자 카피수(copy number)를 정량화하는 것을 고려해야 한다. 제조 배치별 균질성을 유지하기 위해서는 T 세포에 도입되는 CAR 유전자 탑재 바이러스 벡터가 제조 배치별로 일정한 감염 역가(MOI, multiplicity of infection)를 가지는 것이 T 세포 당 CAR의 발현량을 유지하는데 필요하 다. 따라서, CAR 유전자 탑재 바이러스 벡터의 감염 역가가 변동되지 않도록 바이러스 벡터 stock의 바이러스 양을 균질하게 표준화하는 것이 필요하다.
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출처 : Puri, 2014
7) CAR-T의 생산 및 유통에 대한 표준화 연구 CAR-T 연구는 대학 연구실에서 기업으로 기술이전된 것이 대부분으로 연구자에 따 라 CAR-T 및 CAR 유전자 벡터의 제조 공정이 서로 다르고 복잡하다. CAR-T의 임상 연구를 수행중인 연구 기관이나 제약업체에서 CAR-T의 생산, ex vivo에서의 세포 증 식, 또한 CAR-T의 유통 과정은 표준화되어 있지 않아 서로 다른 프로토콜로 진행되고 있다. 유전자 변형 세포 치료제에서 생산 및 유통은 제품의 품질에 중요한 변수로 작 용할 수 있는 인자로서 생산 공정 및 유통에 대한 품질 관리 및 프로토콜의 표준화 연 구가 요구된다. 특히 CAR-T는 자가 (autologous) 세포를 사용하므로, 유통 과정에서 제 품 표기(labeling)에 오류가 있을 경우, 심각한 부작용을 초래할 수 있으므로 제품의 표 기 사항을 다중으로 확인할 수 있는 품질관리 체계 확보 방안이 필요하다.
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IV. 결 론 면역조절 세포치료제는 규제적인 관점에서 세포를 사용하는 세포치료제로 분류될 수 있다. 2010년 수지상세포를 이용한 면역조절 세포치료제가 미국에서 최초로 승인되었 다. 그러나, 최근 면역조절 세포치료제 분야의 발전이 눈부시고 첨단 개념의 면역조절 세포치료제들이 계속 개발되고 있어, 이에 따른 규제관점의 연구가 지속적으로 수행될 필요가 있다. 면역조절 세포치료제의 종류에 따라서 세포에 도입하는 항원의 물리·화학적 특징이 서로 다름에 따라 규제적인 관점도 달라지게 된다. T 세포에 외래 유전자가 바이러스 벡터 등으로 도입되는 TCR-T, CAR-T의 경우 세포치료제이자 유전자치료제라는 두 가 지 모두의 특징을 가지므로 규제적인 관점에서는 유전자치료제 및 세포치료제의 기준 을 모두 만족시키는 것이 필요할 수 도 있다. 면역조절 세포치료제 연구 분야에서 CAR-T는 가장 후발 주자이나, 그 동안 다른 방 법으로 치료되지 않았던 종양 질환에 대하여 높은 치료 효능을 보임으로서 급속한 관 심 속에 연구가 진행되고 있다. 이미 다국적 제약사들이 선례가 없을 만큼 다양한 CAR-T에 대한 임상 파이프라인을 구축하고 있고, 기존의 바이오 벤처에서 보유한 파 이프라인을 인수하는 등 CAR-T의 효능에 대한 기대감을 보이는 것이라고 할 수 있다. 현재 CAR-T 중에는 임상 2상 단계인 것이 6건으로서 수년 이내에 품목 허가를 받는 제품이 나올 것이라는 낙관적인 견해들이 지배적이다. 그러나, 규제적인 측면에서 CAR-T는 탁월한 효능 만큼이나 부작용이 동반되는 living drug으로서 임상 시험의 설 계 및 부작용의 제어에 대한 연구가 신중히 고려되어야 한다. CAR-T의 품질 관리 및 안전성에 대한 규제 과학적인 측면의 연구가 뒷받침되는 것이 필요하며, 향후 CAR-T 및 후발 면역조절 세포치료제에 대한 과학적이고 합리적인 평가 기술 구축은 국내에서 도 면역조절 세포치료제에 대한 임상 연구를 활발히 촉진하여 대한민국이 바이오 제약 강국으로 성장하는데 기여할 것으로 기대된다.
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