희귀 소아 질병 치료까지 필요 시간, 7개월
유전자 가위를 통한 신속한 치료
미국의 어떤 아이가 생후 일주일 만에 이상한 증상을 보입니다. 필라델피아 어린이 병원은 즉각 아기의 유전체 정보를 분석했습니다. 하필이면 아빠와 엄마는 정상 하나, 돌연변이 하나를 가지고 있던 특정 유전자 (CPS1)의 돌연변이만을 해당 신생아가 물려받은 것이 밝혀졌습니다. (CPS1 Q335X-아빠, E714X-엄마) 해당 유전자가 만든 단백질은 암모니아를 무해한 화합물로 바꾸는 기작의 시작점에 있는 대체불가능한 효소이고, 이 정상인 유전자를 하나라도 가지고 있던 엄마 아빠와 달리 아이는 적절한 치료가 없으면 암모니아가 쌓여서 생후 첫 주에 죽을 확률이 50%, 이후에도 발달장애가 일 년 안에 올 예정입니다. 일단 단백질이 거의 들어있지 않은 식이와 질소 흡수체 투여로 암모니아 축적을 최대한 억제하며 시간을 벌면서 환자 맞춤형 치료를 위해 다음과 같은 준비가 진행됩니다.
미친 속도의 치료제 개발 타임라인시간이 많이 걸리는 다음과 같은 실험이 한쪽에서 시작됩니다.
1) 환자의 세포에서 역분화 줄기세포를 만듭니다
2) 환자의 유전형과 같은 돌연변이 유전자를 가진 쥐를 만듭니다
다른 쪽에서는 유전자 가위를 골라내는 일이 진행됩니다.
3) 인간 세포라인에서 교정에 쓰일 수 있는 잠재적 유전자 가위를 실험해 봅니다. 엄마 아빠유래 돌연변이 모두를 교정하는 것은 모험입니다. 일단 효소기능이 더 안 좋은 아빠로부터 온 돌연변이만 노리기로 합니다. 환자 돌연변이를 가지고 있는 세포주를 만들고, 여기에서 가장 효율이 좋으면서도 다른 유전자를 자르는 부작용이 가장 적은 것을 골라냅니다
4) FDA에 유전자 교정을 신청하는 동시에 유전자 가위를 아기에게 배달할 때 쓰일 지질 나노 입자의 독성을 원숭이 모델에서 테스트합니다. 2주 후 혈액 속에 나노입자가 더 이상 존재하지 않으며 (배달 완료) 독성이 없는 것을 확인했습니다.
여기까지 아기가 태어난 지 5개월, 진단받은 지 4개월입니다
2-1) 돌연변이 유전자를 가진 쥐 모델에서 유전자 가위의 최적의 투여량을 결정하기 위한 실험을 진행합니다. 간세포들의 50% 정도를 교정하는 농도를 찾아냅니다.
1-1) 이제 여기서 구해진 농도에 기반하여 환자 세포에서 역분화하여 만든 간세포에 다시 유전자 가위 실험을 해봅니다. 다행히 환자세포에서는 두드러지는 부작용-다른 유전자를 자르는-이 나타나지 않았습니다.
이제 아기가 태어난 지 6.5개월, 그리고 모든 실험이 끝나고 FDA 승인이 떨어졌습니다. 고르고 고른 유전자 가위가 적정 농도로 주사됩니다. 혹시나 교정에 의해 새로 만들어지는 단백질이 면역반응을 일으킬지 모르니 면역억제제 역시 투입됩니다. 3주 후 2차로 다시 유전자 가위를 투여합니다. 피검사를 통해 추적한 암모니아의 양이 정상화되면서 질소 흡수체 투여를 절반으로 줄입니다. 하위 9% 몸무게였던 아기는 이제 26% 무게까지 증량했고 어떠한 뇌발달의 이상도 아직까지는 나타나고 있지 않습니다
여기서부터는 개인적인 감상입니다. 아기의 고난은 이제 시작입니다. 감염등으로 간의 기능이 안 좋아지면 언제든 암모니아 처리능력이 떨어지는 아기의 간 상황상 뇌로 흘러가 발달에 안 좋은 영향을 미칠 수 있습니다. 사람에게 이렇게 긴급하게 치료를 한 것은 처음이니 앞으로도 계속 추적관찰을 해야 합니다. 특히나 간처럼 계속 분열하는 세포들에서 줄기 세포가 교정된 것이 아니라면 언제든 교정된 세포의 양은 희석되어 지속적으로 치료를 받아야 할 수도 있습니다.
하지만 세 개의 실험실, 4개의 바이오텍이 만들어낸 이 희망의 단초는 앞으로도 가능할지 모르는 단일 유전자 돌연변이에 의한 희귀 질환 질병 연구에 큰 기여를 하지 않을까 생각합니다. 다른 질병에도 똑같이 적용될 선례가 될 것이고요. 6개월 안에 치료제 만들기라니, 개인적으로는 현대 과학이 할 수 있는 최고의 반짝임 가운데 하나가 아닌가 싶습니다.
Reference
Patient-Specific In Vivo Gene Editing to Treat a Rare Genetic Disease (NEJM)
https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2504747
Baby Is Healed With World’s First Personalized Gene-Editing Treatment (NYT)
https://www.nytimes.com/2025/05/15/health/gene-editing-personalized-rare-disorders.html
