[K바이오 뉴프런티어 (3)] 엠브릭스 "단백질 공학 기술로 신약 패러다임 바꾸겠다"

"단백질 엔지니어링 기술로 기존 치료제의 한계를 뛰어넘는 혁신 신약을 개발하겠습니다."

엠브릭스의 정상원 대표는 최근 경기도 안양 평촌 사무실에서 인터뷰를 갖고 이같이 말했다. 올해로 설립 4년차인 엠브릭스는 최고기술책임자(CTO)인 권대혁 성균관대 융합생명공학과 교수와 정 대표가 의기투합해 세운 바이오텍이다.

엠브릭스는 국내서는 드문 단백질 엔지니어링 전문 회사다. 이 분야의 세계적 석학인 권 교수의 연구 성과를 상업화하는 게 주요 사업이다. 단백질 공학 기술을 뿌리로 글로벌 빅파마로 도약한 암젠, 제넨텍 같은 기업이 되는 게 이 회사의 비전이다.

대학 선후배의 '의기투합'

정 대표와 권 CTO는 서울대 식품공학과 선후배 사이다. 권 CTO가 3년 선배다. 대학 시절부터 형, 동생하며 지냈던 두 사람은 5년 전 운명의 순간을 맞았다. 어느 주말 모임에서 정 대표는 권 CTO가 국제학술지에 게재한 논문 얘기에 매료됐다. 두 사람은 그 자리에서 창업하기로 의기투합했다.

2019년 1월 국제학술지 <네이처 커뮤니케이션즈>에 실린 권 CTO의 논문은 인플루엔자 바이러스의 기작을 역이용해 바이러스를 파괴하는 방법을 고안해낸 연구물이었다. 바이러스 증식을 억제하는데 그치는 기존 항바이러스 치료제에 비해 진일보한 기술이었다. 바이러스 자체를 죽일 수 있고, 변이까지 잡을 수 있는 세계 유일의 기술이기도 했다.

게다가 당시는 코로나 팬데믹이 한창이었다. 코로나 바이러스를 잡는 치료제 개발을 위해 전세계 제약·바이오 기업들이 치열하게 경쟁을 벌이던 때다. 권 CTO의 연구물은 매력적인 창업 아이템이 아닐 수 없었다.

두 사람은 찰떡궁합으로 통한다. 정 대표는 회사 경영 전반을 챙기고, 권 CTO는 연구개발(R&D)을 총괄하고 있다. 서울대 식품공학과 석박사를 거쳐 미국 아이오와주립대에서 포닥을 마친 권 CTO는 성균관대 교수로 재직하면서 단백질 엔지니어링 분야에서 탁월한 연구 업적을 쌓아왔다. 서울대에서 박사 학위를 받은 뒤 대한제당 중앙연구소에서 공정개발 업무를 하던 정 대표는 미국 텍사스대에서 경영학 석사(MBA)를 마치고 투자업 등을 두루 거치면서 기업 경영 경험을 했다.

창업 2년 만에 2개 플랫폼 기술 확보

엠브릭스는 단백질 엔지니어링 기술을 토대로 2개의 플랫폼 기술을 확보했다. 첫째는 재조합 보툴리눔 톡신(rBoNT)이다. 순도와 효능이 뛰어난 차세대 보툴리눔 톡신으로 꼽히는 rBoNT는 세계적으로 아직 상업화된 사례는 없다. 정 대표는 "보툴리눔 톡신이 세상에 나온지 30년이 지났지만 기술 혁신이 거의 이뤄지지 않고 있다"며 "rBoNT가 판도를 바꿔놓게 될 것"이라고 했다.

보툴리눔 톡신이 상용화된 건 1991년이다. 미국 앨러간이 '보톡스'라는 상표로 처음 출시했다. 이후 독일 멀츠, 프랑스 입센과 레방스 등이 뛰어들었다. 국내에서는 메디톡스, 휴젤, 대웅제약 등이 경쟁하고 있다.

보툴리눔 톡신 제품은 클로스트리디움 보툴리눔(clostridium botulinum)이라는 박테리아가 만드는 독소를 정제해서 만든다. 보툴리눔 톡신은 자연계에서 가장 강력한 신경독소로 알려져 있다. 청산가리 보다 수십만배 강력하다. 때문에 극소량의 독소를 피부에 주입해 신경을 마비시키는 방식으로 주름 개선 등의 효과를 얻는다.

보툴리눔 툭신 제품은 자연에서 발견한 균주를 배양해서 만든다. 현재 대다수 기업들이 홀 A 균주로 제품을 만들고 있다. 시중에 나와있는 제품 성능이 유사한 배경이다. 권 CTO는 "원하는 타입의 독소를 자연계에서 다양하게 얻기 어려운 한계가 있는데다 균주의 개량이나 개선도 지금까지 이뤄지지 못했다"며 "단백질 엔지니어링 기술로 기존 제품의 한계를 뛰어넘은 개량 제품을 개발했다"고 했다.

엠브릭스의 두번째 플랫폼은 살-바이러스 치료제 기술이다. 살(殺)은 죽인다는 뜻을 가진 한자어다. 기존 항바이러스 치료제가 바이러스의 증식을 억제하는 데 그치는 반면 살-바이러스 치료제는 바이러스를 죽여 없애는 혁신 기술이다. 상용화되면 바이러스 치료제 시장의 판도를 바꿀 수 있을 것으로 기대를 받고 있다.

권 CTO는 "인플루엔자, 코로나 등에 변이가 나타나면 기존 치료제가 더이상 듣지 않게 된다"며 "우리가 개발한 살-바이러스 치료제 기술을 접목하면 기존 치료제가 변이 바이러스에도 효과를 낼 수 있다"고 했다.

세계 4번째 재조합 보툴리눔 톡신 개발…2027년 임상 1상 돌입

보툴리눔 톡신은 권 CTO가 20년 넘게 연구해오던 분야다. 톡신의 신경전달 방법 등을 연구해온 그는 저분자화합물로 만든 톡신을 만들어 기술이전하기도 했다. 그러다가 진짜 보툴리눔 톡신 개발에 뛰어들었다. 단백질 엔지니어링을 거치면 안전하면서도 효능이 뛰어난 톡신을 만들 수 있다는 확신에서였다.

그는 "재조합 단백질을 생산할 수 있는 세포 숙주로 대장균을 이용해보자는 아이디어가 떠오른 것은 10년 전이었다"며 "독소 관리 문제도 함께 풀 수 있는 방법을 찾으려고 연구를 거듭했다"고 했다.

엠브릭스가 개발한 재조합 보툴리눔 독소(rBoNT)는 강점이 한두가지가 아니다. 각종 실험을 통해 기존 제품 대비 효과가 빠르게 나타나고 지속시간이 길며, 내성이 없는 것을 확인했다. 다른 부위로 독소가 퍼지거나 흘러내려 엉뚱한 곳의 신경을 마비시키는 부작용도 없다.

엠브릭스의 주력 보툴리눔 톡신 파이프라인은 'MBT-002'다. 효능 작동시간은 기존 제품의 절반으로 줄이고, 마비능 지속시간은 2배로 늘린 톡신이다. 톡신의 두 부분을 엔지니어링한 결과다. 뉴런세포 안으로 들어가서 단백질분해효소를 절단하는 LC, 신경을 인식해서 달라붙는 기능을 하는 Hc 부문을 개량했다. 정 대표는 "반응은 E타입처럼 하루 만에 나타나면서 지속시간은 기존 제품의 2배에 이른다"고 했다.

엠브릭스는 올해 중으로 MBT-002의 비임상에 착수할 예정이다. 정 대표는 "2027년 임상 1상, 2028년 임상 2상을 계획하고 있다"며 "2029년 임상 3상을 마무리하고 출시하는 게 목표"라고 했다.

엠브릭스가 개발 중인 또다른 후보물질은 'MBT-006'이다. 최근 성형외과 등에서 선풍적인 인기를 끌고 있는 스킨 보톡스를 대체할 수 있는 후보물질로 개발 중이다. 스킨 보톡스는 주름을 펴주는 일반 보툴리눔 톡신과 달리 홍조 등 피부를 개선하는 용도로 쓰인다.

MBT-006은 섬유아세포증식인자수용체(FGFR)와 결합한 뒤 섬유아세포 안으로 들어가서 부툴리눔 독소같은 효과를 내는 기전이다. 기존 주사제와 달리 피부에 바르는 제형으로 개발 중이다. 정 대표는 "피부 재생 효과가 있는 것은 물론 콜라겐을 생성하게 해주고 항염 작용 효과도 있다"며 "화장품 회사 등에 화장품 원료로 공급하는 방안 등을 논의 중"이라고 했다.

엠브릭스는 △기존 보툴리눔 톡신과 성능이 유사하면서도 순도가 높고 내성이 적은 'MBT-001' △마비능 지속시간을 3배로 늘린 'MBT-003' △효능 작동시간을 기존의 3분의 1로 단축한 'MBT-004' △근육 마비를 최소화한 비마약성 진통제 'MBT-005' 등의 파이프라인도 보유 중이다.

'효능·가성비 갑'…차세대 톡신 시장 선점 기대

유전자 재조합 보툴리눔 톡신 기술을 확보한 곳은 프랑스 입센과 앨러간을 인수한 애브비 등이다. 엠브릭스는 세계 4번째로 개발에 성공했다. 개발 속도 면에서는 입센이 가장 앞서 있다. 현재 임상 3상 중이다.

엠브릭스는 개발에선 입센에 뒤졌지만 기술면에선 경쟁력이 충분하다는 입장이다. 다른 재조합 보툴리눔 톡신과 차별화되는 강점을 갖고 있어서다. 대장균을 이용한 이분할 재조합 생산법이 그것이다. 권 CTO가 고안해낸 세계 최초 기술이다.

엠브릭스는 블록을 조립하듯 보툴리눔 톡신을 생산한다. 처음부터 독소 완전체를 만드는 게 아니다. 독소를 이루는 두 개의 조각을 각각 대장균으로 증식한 뒤 공정 뒷단계에서 조립해 독소를 생산하는 방식이다.

이런 방식이 갖는 잇점은 크게 네가지다. 첫째, 다양한 용도의 보툴리눔 톡신 개발이 가능하다는 점이다. 유전자 재조합 기술로 그때그때 필요한 특성을 가진 보툴리눔 톡신을 만들 수 있어서다. 둘째는 일반 미생물 CMO에서 생산이 가능하다는 점이다. 조각 상태에선 독성이 없기 때문이다. 기존 제품들은 10L 또는 20L 규모의 엄격한 기준으로 허가 받은 생산 시설에서만 생산이 허용된다. 이 때문에 이분할 재조합 생산법은 제조단가를 크게 낮출 수 있다는 게 회사 측의 설명이다.

셋째는 할랄 제품으로 수출 가능하다는 점이다. 기존 제품들과 달리 균주 배양 과정에서 동물성 배지를 사용하지 않아도 되기 때문이다. 넷째는 균주 출처가 명확한 만큼 국내 다른 업체들처럼 출처를 둘러싼 논란에 휘말릴 까닭이 없다.

시장 전망도 밝다. 글로벌 보툴리눔 톡신 시장은 매년 10% 이상 성장해 2035년 30조원에 이를 것으로 전망된다. 게다가 내성 없는 보툴리눔 톡신 수요가 빠르게 커지고 있는 것도 기대되는 대목이다. 독일 멀츠와 프랑스 레방스의 코어톡신 제품이 선풍적인 인기를 끌고 있는 게 대표적인 사례다.

레방스는 '닥시파이'를 2022년 출시하면서 보툴리눔 톡신 시장에 뛰어든 뒤 급성장 중이다. 닥시파이는 내성이 적고 지속기간이 6~9개월로 기존 제품보다 2배 이상 길다. 출시 9개월만에 4900만달러의 매출을 올렸고 글로벌 시장점유율은 2년만에 2%를 기록했다.

내성 적은 코어톡신 '제오민'을 판매 중인 독일 멀츠의 시장점유율도 2021년 9%에서 지난해 13%로 뛰었다. 국내서는 15만~20만원의 고가인데도 '강남아줌마 보톡스'로 불리며 시장을 잠식하고 있다. 반면 기존 방식의 제품에 집중하고 있는 애브비의 점유율은 같은 기간 71%에서 61%로 떨어졌다.

정 대표는 "엠브릭스의 재조합 보툴리눔 톡신은 내성이 없는데다 제조 측면에서도 강점이 많아 시장 경쟁력을 갖추고 있다고 자신한다"고 했다.

변이까지 다잡는 바이러스 치료제 기술 개발

항바이러스 치료제 시장은 길리어드사이언스, 애브비, GSK, 머크 등 빅파마들이 장악하고 있다. 하지만 지금까지 나온 항바이러스제는 바이러스 감염 기작에서 특정 단계를 저해하는 방식으로 작동한다. 바이러스가 변이를 일으키면 효과를 내지 못하는 이유다. 코로나19 팬데믹 동안 나온 4차례의 변이 바이러스에 기존 치료제들이 제 역할을 못한 게 대표적이다.

엠브릭스는 바이러스 기작을 역이용해 내성을 유발하지 않고 바이러스를 파괴하는 방법을 찾아냈다. '좋은 콜레스테롤'이라고 불리는 HDL(고밀도 지단백)과 동일하게 만든 나노디스크에 바이러스 수용체를 부착하는 방식이다.

통상 인플루엔자 바이러스는 숙주 세포의 시알산 수용체에 결합해 세포 안으로 들어간 뒤 엔도솜에서 pH가 낮아지면 엔도솜 막과 융합한다. 이후 세포핵으로 바이러스 전사체인 RNA를 방출하고 복제가 이뤄진다. 세포핵에서 합성된 바이러스 단백질은 세포막 근처에서 조립되고 숙주 세포 밖으로 방출돼 인근의 새로운 숙주 세포를 감염시킨다.

반면 나노디스크와 결합한 인플루엔자 바이러스는 통상의 방식대로 증식하지 못하고 사멸하게 된다. 바이러스가 유전물질을 세포핵이 아니라 엔도솜 안에 방출하도록 기작이 바뀌기 때문이다. 엔도솜에 방출된 유전물질은 리소좀이 분해해 없애버리게 되고 바이러스는 결국 죽게 된다.

나노디스크는 코로나19 변이 바이러스에도 효과를 보였다. 권 CTO는 "코로나19 바이러스의 경우 ACE2라는 수용체에 작용해서 감염이 이뤄지는데 나노디스크를 ACE2에 붙도록 설계했더니 모든 코로나 변이 바이러스에서 효능을 보였다"고 했다.

나노디스크가 기존 항체 항바이러스제의 중화능을 높여준다는 사실도 실험을 통해 확인했다. 변이에 효과가 없던 항체 치료제에 나노디스크를 붙였더니 효능이 개선됐다. 정 대표는 "기존의 다양한 항체를 이용해 특정 바이러스에 대응하는 치료제를 빠르게 개발하는데도 나노디스크가 유용하게 활용될 수 있을 것"이라고 했다.

'항체+mRNA' 전달 기술도 확보

mRNA는 이론적으론 질병 70~80%에 적용할 수 있는 치료제 기술로 각광받고 있지만 개발 과정의 한계가 적지 않다. mRNA를 표적까지 정확하고 안전하게 보낼 수 있는 기술이 마련되지 않아서다.

현재 mRNA 치료제나 백신 등에 쓰이는 LNP(지질나노입자)는 mRNA를 세포 내로 안전하게 보내는 운반체 역할을 한다. 하지만 전신 투여 시 간 독성 등 부작용이 심한데다 뇌, 심장 등 특정 조직으로 mRNA를 보내는데는 한계가 있다. mRNA가 혈중에서 없어지는 것을 방지하려고 겉에 씌워둔 지질은 부작용의 원인이 되기도 한다. 생산비용이 많이 드는 것도 단점으로 꼽힌다. 암백신 개발 등이 지지부진한 배경이다.

엠브릭스는 그랩 바디 플랫폼으로 기존 LNP의 단점을 보완했다. 항체에 인체유래물질인 그랩 단백질을 붙여 페이로드인 mRNA를 원하는 타깃에 정확하게 전달하도록 설계했다.

이 플랫폼을 활용한 첫번째 후보물질이 'Her-p53@LNP'다. 폐암 직장암 대장암 등 대부분의 암에서 돌연변이로 발견되는 p53과 Her2 타깃 항체(트라스투주맙)에 그랩바디를 적용했다. 트라스투주맙은 Her2 양성 유방암 치료제다.

엠브릭스는 암 이식 마우스 모델에서 Her-p53@LNP의 효능은 물론 간독성이 생기지 않는다는 것을 확인했다. 실험 연구 결과는 지난달 나노 분야의 권위 있는 국제학술지인 <ACS 나노>에 실렸다. 권 CTO는 "약물이 암세포에 효과적으로 전달되고 암세포를 특이적으로 사멸했다"며 "종양의 부피와 무게가 모두 크게 줄었다"고 했다. 그는 또 "그랩바디 플랫폼이 방사능 암치료, 암백신 개발, 화학요법 및 면역 치료 등에도 활용할 수 있고, 몸속에서 CAR-T 세포를 만들 수도 있다"고 했다.

엠브릭스는 차세대 항암제로 떠오른 항체약물접합체(ADC)에도 그랩 바디 플랫폼이 적용될 수 있을 것으로 보고 있다. 그랩 바디를 활용하면 ADC의 페이로드로 mRNA를 안정적으로 쓸 수 있다는 판단에서다.

권 CTO는 "mRNA는 생명체 내에서 일어나는 모든 일을 다할 수 있을 뿐만 아니라 수천개 단백질을 만들 수 있기 때문에 엄청난 기회를 창출할 것"이라며 "ADC 분야에서 그랩 바디의 가능성을 높게 보고 있다"고 했다.

2027년 매출 24억원…4년 뒤 IPO 목표

회사 이름인 엠브릭스(MVRIX)는 'Motivated Ventures in Research, Innovation, and eXcellence'에서 따왔다. 연구와 혁신을 통해 최고의 바이오 벤처기업이 되겠다는 의미다.

엠브릭스가 지금까지 연구개발 등에 지원 받은 금액은 42억원이다. 공동창업자인 권 CTO가 삼성미래기술사업단으로부터 30억원의 연구비 지원을 받았다. 정부 연구과제 용역으로는 12억원을 받았다. 보유한 특허는 26건이다. 창업 당시 3건에서 크게 늘었다. 현재 특허 등록을 대기 중인 출원 건수만 53건에 이른다. 정 대표는 "현재 약 80건의 의미 있는 지적재산권(IP) 포트폴리오를 구축했다"고 했다.

엠브릭스는 현재 50억원 규모의 시리즈 A 투자유치를 진행 중이다. 시드머니 투자 등으로 지금까지 32억원을 유치했다.

엠브릭스는 2년 뒤부터는 매출도 본격화될 것으로 기대한다. 2027년 24억원, 2028년 53억원, 2029년 84억원, 2030년 184억원을 매출 목표로 잡아놨다. 정 대표는 "2029년께 기업공개(IPO)를 목표로 하고 있다"고 말했다.

박영태 바이오 전문기자