🧬 유전자 치료는 뭐냐면?

👉 몸에 문제가 생긴 유전자를 고치거나, 새로운 유전자를 넣어서 병을 고치는 치료야!
그걸 하기 위해 필요한 과정이 바로 이 4단계야! 👇

1. 어떤 유전자를 넣을까? (Genetic Molecule)

🧾 먼저 치료에 필요한 유전물질을 정해!

  • Plasmid DNA: 유전자가 들어 있는 '작은 DNA 조각'
  • ASO: 유전자가 너무 많이 일할 때 '조용히 해~' 하고 막아주는 것
  • siRNA / shRNA: 유전자가 만든 RNA를 자르거나 없애는 가위
  • CRISPR-Cas9: 고장난 유전자 부분을 직접 고치는 유전자 가위

📌 즉, 어떤 유전자를 가지고 문제를 해결할지 선택하는 단계!

2. 이걸 몸 안으로 어떻게 넣지? (Gene Delivery)

🚚 유전물질을 몸속 세포로 안전하게 배달해야 해!

💉 방법은 2가지!

  1. 바이러스 이용하기 (Viral Vector)
    • AAV, Lentivirus, Retrovirus 등
      🦠 바이러스는 원래 세포 안으로 잘 들어가니까, 유전자를 실어서 같이 넣어줌!
  2. 비바이러스 방법 (Non-Viral Vector)
    • Liposome (지질 풍선처럼 싸서 넣기)
    • Electroporation (전기로 세포에 구멍 뚫기)
    • Naked form (그냥 직접 넣기)

📌 즉, 유전자를 세포에 어떻게 '전달'할지 정하는 단계!

3. 그럼 그 배달 도구(벡터)는 어떻게 만들까? (Vector Production)

🏭 유전자를 실어줄 벡터를 공장에서 만드는 과정이야!

  1. 실험실에서 작게 만들어보고
  2. 잘 된 건 세포은행에 저장하고
  3. 대량으로 만들기 위해 바이오리액터에서 키우고
  4. 불순물을 걸러내서 (정제)
  5. 약처럼 포장함 (조제)

📌 즉, '벡터'라는 유전자 배달 도구를 대량으로 만들고 깨끗하게 준비하는 단계!

4. 어떤 병에 쓰일 수 있을까? (Therapeutic Applications)

💉 유전자 치료는 어떤 병을 고칠 수 있을까?

  • 암 (Cancer): 암세포만 죽이는 바이러스 넣기, 암 백신
  • 혈액 질환 (β-Hemoglobinopathy, Hemophilia)
  • 눈병 (Ocular gene therapy)
  • 뇌 질환 (Neurological disease)

그 외에도:

  • 임상시험: 사람에게 써도 안전한지 실험!
  • 윤리 문제: 유전자 조작이니까 사회적인 고민도 많아 😥

📌 즉, 이 치료가 실제로 사람에게 어떻게 쓰일 수 있을지, 문제는 없는지 살펴보는 단계야!

🌟 한 줄 요약!

🧬 “고장난 유전자를 고쳐서 병을 치료하자!”
이걸 위해 유전자를 만들고 → 몸에 넣고 → 벡터 생산하고 → 실제 병에 적용하는 전 과정을 나타낸 거야!

🧬 Gene Therapy Process 정리

1. 🧪 Genetic Molecule (유전물질 종류)

  • Plasmid DNA: 세포 안으로 들어가 단백질 발현
  • ASO (Antisense Oligonucleotide): 유전자 발현 억제
  • siRNA / shRNA: RNA 간섭(RNAi)을 통한 유전자 침묵
  • CRISPR-Cas9 system: 유전자 편집 도구

2. 🚚 Gene Delivery (유전자 전달 방법)

📦 Viral Vectors (바이러스 벡터)

  • AAV (Adeno-Associated Virus)
  • Lentivirus
  • Retrovirus
  • Adenovirus
  • HSV-1 (Herpes Simplex Virus type 1)

📦 Non-Viral Vectors (비바이러스 벡터)

  • Liposome (지질 나노입자)
  • Electroporation (전기천공법)
  • Naked DNA (벡터 없이 직접 전달)

3. 🏭 Vector Production (벡터 생산 단계)

  1. Lab-scale production (소규모 실험실 생산)
  2. Cell bank 구축 (세포주 저장)
  3. Bioreactor에서 대량 배양
  4. Purification 정제
    예: chromatography (크로마토그래피)
  5. Formulation
    약제로 조제 (투여 가능 형태로)

4. 💉 Therapeutic / Clinical Applications (치료 및 임상 적용)

🧫 적용 질병 예시

  • Cancer: Oncolytic virus, 백신
  • β-Hemoglobinopathies: 예) 겸상적혈구병
  • Hemophilia (혈우병)
  • Ocular Gene Therapy (눈 질환 치료)
  • Neurological Diseases (신경계 질환)

🧪 Clinical Phase (임상시험 단계)

  • 임상 1상, 2상, 3상 등

⚖️ Ethical and Social Issues (윤리적/사회적 쟁점)

  • 유전자 조작의 위험성
  • 접근성, 비용, 사회적 합의 문제 등

1. [Vectors & Gene Delivery Techniques 1] 다양한 바이러스 벡터의 특성과 유전자 전달 전략

1. 🧫 아데노바이러스 (Adenovirus)

  • 정의: 비피막, dsDNA 보유, 20면체 구조, 약 100nm 크기
  • 유래: 1953년 사람의 아데노이드 조직에서 처음 분리됨
  • 유전자 전달에서의 장점:
    • 임상시험 최다 사용! (400건 이상)
    • 비분열세포에도 유전자 전달 가능
  • 단점: 면역반응 매우 강함 💥

📌 복제 사이클 요약

① 수용체 매개 세포내 유입 →
② Early gene (E1, E2 등) 발현 →
③ S phase 유도 (E1A → Rb 억제 → E2F 활성) 🌀
④ Late gene 발현 → 캡시드 단백질 합성 및 조립

📌 벡터 설계

구분 First-generation Helper-dependent

삭제된 유전자 E1 전체 삭제
외부 도움 HEK293 Helper virus
삽입 용량 ~8 kb ~36 kb
면역반응 높음 (High) 낮음 (Low)

🧪 응용 예: AstraZeneca 백신

  • E1 제거 → 복제 불가
  • HEK293 세포에서만 생산 가능
  • 스파이크 단백질 유전자를 전달해 면역 유도 💉

2. 🧡 아데노연관바이러스 (AAV, Adeno-Associated Virus)

  • 정의: ssDNA 보유, 파보바이러스 계열, 비병원성 🌱
  • 혼자 복제 불가 → Helper virus 필요
  • 크기: 20nm, 유전체 약 4.7kb
  • 유전자: rep, cap + ITRs

📌 벡터 설계 요소

  • rAAV plasmid: transgene + ITRs
  • Helper plasmid: Adenovirus 유래 E2A, E4 등
  • rep/cap plasmid: Rep/Cap 단백질 제공

📌 특성

항목 AAV

유전자 용량 약 4.5 kb
표적조직 다양성 O (다양한 Serotype 사용)
면역반응 낮음 (Low) 👍
지속성 일시적 or 장기 (세포형태 따라 다름)
단점 항체 존재 시 효과 감소 😿

3. 💜 HSV-1 기반 벡터 (Herpes Simplex Virus Type 1)

  • 특징: 인구의 40~80% 보유, 신경세포에 잠복감염 가능
  • 크기: 약 220nm, dsDNA 보유 (매우 큰 유전체, 150kb!)
  • 감염 경로: 피부/점막 → 신경세포로 이동 (역행성 수송)

📌 벡터 종류

종류 설명 특징

① Attenuated 약화된 복제 가능형 일부 비필수 유전자 돌연변이
② Defective 복제 불가형 IE 유전자 결손, 장기 발현 가능
③ Amplicon 유전자만 담은 벡터 바이러스 유전자 X, 완전 무독성 🛡️

📌 장점

  • 최대 150kb 삽입 가능! 🎉
  • 신경계 특이성, 잠복 감염 → 장기 발현 가능
  • 비분열세포도 감염 가능

4. 📋 벡터 비교표 🧠 (시험 단골)

항목 γ-Retrovirus  Lentivirus Adenovirus AAV HSV-1
유전체 ssRNA ssRNA dsDNA ssDNA dsDNA
삽입 O (무작위) O (무작위) X X X (잠복형)
발현 지속 장기 장기 일시 일시 장기 (잠복)
면역반응 낮음 낮음 높음 낮음 낮음
단점 분열세포만 감염 삽입 돌연변이 위험 강한 면역반응 용량 작음 생산 복잡

✨ 시험 대비 암기 필수 용어 정리 (한영 병기)

한국어 영어

아데노바이러스 Adenovirus
아데노연관바이러스 Adeno-Associated Virus (AAV)
단일가닥 DNA Single-stranded DNA (ssDNA)
포유류 포식자 단백질 Rep/Cap
아스트라제네카 백신 AstraZeneca vaccine
잠복 감염 Latency
포접세포 Packaging cell
수용체 매개 세포내 유입 Receptor-mediated endocytosis
삽입성 벡터 Integrating vector
비삽입성 벡터 Episomal vector
복제 불가능 벡터 Replication-incompetent vector

2. [Vectors & Gene Delivery Techniques 2] 비바이러스성 유전자 전달 시스템 – 플라스미드, 고분자 결합체, 전기천공법

1. 💿 플라스미드 (Plasmid) – 대표적인 비바이러스 벡터

  • 정의: 세균에서 유래한 원형의 이중 나선 DNA 분자
  • 플라스미드 벡터 (Plasmid vector): 유전자를 운반하기 위한 특수 제작 플라스미드

📦 기본 구조 요소

구성 요소 영어 기능

복제 기점 Ori 세균 내에서 독립 복제 가능하게 함
항생제 내성 유전자 Antibiotic resistance gene 선별 가능하게 함 (예: Ampicillin)
다중 클로닝 사이트 MCS (Multiple Cloning Site) 다양한 유전자를 삽입할 수 있는 효소 인식 부위
타깃 유전자 GOI (Gene of Interest) 발현시키고자 하는 유전자 (프로모터 + 코딩서열 + polyA 포함)

🧬 클로닝 후 형질전환(transformation) 하면, 박테리아가 해당 플라스미드를 가짐!

2. 🔄 플라스미드의 응용 (DNA 백신 및 바이러스 벡터 생산 등)

  • **전체 유전자 치료 중 약 25%**가 플라스미드 기반
  • 바이러스 벡터 제작에도 사용됨 (ex. AAV, Lentivirus)
  • DNA 백신 제작에도 사용됨: 낮은 비용, 반복 투여 가능, 안전성 굿👍

3. 🧲 유전자 전달 방식 (Non-viral Gene Transfer Methods)

Transfection = 진핵세포에 DNA 전달,
Transformation = 세균에 DNA 전달

✨ 다양한 물리적/화학적 방법

(시험에 나올 수 있어요! 모두 암기 💥)

방법 영어 이름 특징

지방산 복합화 Lipofection 세포막 융합 유도
전기천공법 Electroporation / Electrotransfer 전기 충격으로 세포막에 구멍 뿅 ⚡
초음파 전달 Ultrasound-mediated 세포막 일시적 변화 유도
입자 포격 Particle bombardment DNA 코팅된 금속 입자 쏘기 💥
무바늘 주입 Needle-free jet injection 압력으로 DNA 전달
자기장 이용 Magnetofection 자석 + 나노입자 결합

4. 🌟 미니서클 DNA (Minicircle DNA)

  • 불필요한 부분이 제거된 플라스미드
  • 발현 효율 높고, 임상용으로 더 적합해요! 🌀

5. 🧪 고분자 결합체를 이용한 전달 (Macromolecular Conjugates)

  • 문제점: DNA는 세포막을 그냥 못 지나가요 😿
  • 역할:
    1. DNA를 보호하고,
    2. 표적 조직으로 이동,
    3. 세포 수용체에 결합해 세포 내 유입 유도,
    4. 엔도솜 탈출,
    5. 핵 안으로 이동해서 발현!

⚙️ 세포 안에서 일어나는 과정이 여러 단계임을 기억해요!

6. ⚡ 전기천공법 (Electroporation)

  • 가장 효과적인 비바이러스 전달법 중 하나
  • 전기 펄스를 이용해 세포막에 구멍을 뚫고 DNA가 들어가게 함

📌 장점

  • 생산 쉽고 저렴
  • DNA 크기 제한 없음
  • 반복 투여 가능 (면역 자극 낮음)

7. 🧬 DNA 면역치료 (DNA Immunization)

  • 원리: DNA를 근육 또는 피부에 주입 → 항원이 체내에서 생성됨 → 면역 반응 유도 💉
  • 기존 생백신보다 안전하고 제조 쉬움
  • 단점: 유전자 전달 효율 낮아서 반복 고용량 주사 필요

8. 🎯 DNA의 종양 치료 응용

  • 전기천공법을 이용한 종양 타깃 유전자 치료 활발
  • 전달 유전자 예시:
    • 종양 억제 유전자 (Tumor suppressor genes)
    • 면역조절 인자 (Immunomodulators)
    • 세포 사멸 유도 인자 (Pro-apoptotic genes)
    • IL-12: 흑색종 모델에서 재발 억제까지 성공!

9. 📈 임상시험 응용

  • 전기천공법 기반 DNA 전달 임상시험 진행 중 (23건)
    • 암 치료: 11건
    • 감염병 백신: 10건
    • 안전성 평가: 2건

✨ 핵심 영어 단어 암기표

한국어 영어

플라스미드 Plasmid
복제기점 Origin of replication (Ori)
다중 클로닝 사이트 Multiple Cloning Site (MCS)
타깃 유전자 Gene of Interest (GOI)
형질전환 (세균) Transformation
형질도입 (진핵세포) Transfection
미니서클 DNA Minicircle DNA
전기천공법 Electroporation / Electrotransfer
DNA 백신 DNA Vaccine
면역 유전자 치료 Immunogenetherapy
고분자 전달체 Macromolecular Conjugates
세포막 침투 Cellular entry
엔도솜 탈출 Endosomal escape

3. [Therapeutic Applications 1] Oncolytic Adenovirus – 암 치료를 위한 유전자 조작 아데노바이러스

1. 💥 왜 종양용 아데노바이러스? (Why Oncolytic Adenovirus?)

  • 기존 치료 한계: 방사선, 항암제 등은 내성 발생 😿
  • 대안 제시: 종양용 바이러스 치료 (Virotherapy)
    → 암세포만 선택적으로 감염하고 죽이는 바이러스!

🦠 특히 많이 연구된 건 Ad5 (Adenovirus serotype 5)
→ 유전체 작고, 조작 쉬움, 표피세포에 잘 감염, 비삽입성!

2. ⚙️ Ad5 유전체 구조

구분 영어 기능

초기 유전자 Early genes (E1A, E1B, E2, E3, E4) 감염 초기 복제 준비
후기 유전자 Late genes (L1~L5) 바이러스 구조 단백질 생성
  • E1A: 다른 유전자 발현 유도 🧠
  • L1~L5: 캡시드 단백질 (hexon, penton, fiber 등) 구성

3. 🛠️ 기본 설계 전략 (Basic Design Strategies)

암세포에서만 복제되도록 만들기 위한 전략 5가지!

(1) 필수 유전자 삭제

  • 예: E1B55K 제거 → 정상세포에선 복제 못 함
  • 예시: ONYX-015, H101
    → p53 돌연변이 암세포에서만 복제 가능!

(2) 종양 특이 프로모터 삽입

  • hTERT promoter: 대부분 암세포에서 활발
  • ARE promoter: 전립선암 특이적 (PSA, PSMA 유래)

(3) 바이러스 감염 특이성 조절 (Tropism Modification)

  • 표면 단백질을 바꿔 특정 암세포만 감염 🎯

(4) miRNA 타깃 시퀀스 삽입

  • 정상세포에서 특정 miRNA에 의해 바이러스 유전자 발현 억제
  • 암세포에서는 발현 O → 선택성 UP!

(5) 치료 유전자 탑재 (Therapeutic Gene Insertion)

  • 예시 유전자:
    • 항암효소: HSV-TK
    • 항혈관형성 인자: Endostatin
    • 면역조절: IL-12, GM-CSF
    • 종양 억제 유전자: p53
    • siRNA, miRNA, 보고 유전자: GFP, luciferase

4. 💡 진화된 전략 (Advanced Strategies)

(1) 표준 치료와 병용 (Combination with Standard Therapy)

  • 방사선, 항암제 + Oncolytic Virus 병용 → 시너지 효과💥
  • 예: CG7870 (전립선암 특이 바이러스) → Docetaxel 병용 시 효과 상승!

(2) 종양 미세환경 이용 (Tumor Microenvironment Interaction)

전략 설명

Tropism 개선 표면 단백질 변형 → 암세포 특이성 ↑
Anti-angiogenesis 암 혈관 생성을 억제해 굶기기
Stromal degradation 히알루로니다아제, 콜라게나아제 → 종양 내부까지 침투 용이하게 함

(3) 면역반응 활용 (Host Immune Response Exploitation)

  • 예시:
    • 면역 억제제 병용 (예: Cyclophosphamide) → 바이러스 확산 ↑
    • 다양한 사이토카인 삽입 → 항종양 면역 자극
    • 바이러스 병렬 사용도 고려 중

📌 암기용 설계 전략 요약

전략 영어 핵심 아이디어

유전자 삭제 Viral gene deletion 정상세포 복제 불가 처리
종양 특이 프로모터 Tumor-specific promoter 특정 암세포에서만 발현
트로피즘 조절 Tropism modification 표적 세포 선택성 강화
miRNA 삽입 miRNA target sequences 정상세포에서 발현 억제
치료 유전자 삽입 Therapeutic gene insertion 항암, 면역, 추적 기능 추가

✨ 용어 정리 (한영 병기)

한국어 영어

종양용 아데노바이러스 Oncolytic Adenovirus
바이러스 치료 Virotherapy
유전자 조작 Genetic engineering
암세포 선택성 Tumor selectivity
E1B55K 유전자 E1B55K gene
프로모터 Promoter
표적 세포 특이성 Tropism
종양미세환경 Tumor microenvironment
항혈관형성 Anti-angiogenesis
면역반응 자극 Immune stimulation
형광 단백질 GFP (Green Fluorescent Protein)

필요하면 Ad5 유전체 그림이나 전략별 도식도 만들어줄게요! 🖍️
다음 요약도 준비되면 언제든 말해줘~ 😸💕

 

 

 

4. 🧬 [ Therapeutic Applications 1] DNA 백신 기반 암 면역치료 핵심 요약

✅ 전체 주제:

암 면역치료를 위한 DNA 백신 (DNA vaccine for cancer immunotherapy)
주요 타깃: 전립선암, 흑색종, B세포 림프종, 유방암

1. ✨ 암 면역치료란? (Cancer Immunotherapy)

  • 정의: 면역계를 자극해서 암세포를 공격하게 만드는 치료
  • 종류:
    • Active (능동형): 면역계를 훈련시켜 스스로 암을 공격하도록 함
      → 예: CAR-T 세포, DNA 백신, 수지상세포 백신
    • Passive (수동형): 외부에서 만든 항체나 세포를 주입해 도움 줌
      → 예: Monoclonal antibody (단일클론항체), Cytokine (사이토카인)

2. 🧬 DNA 백신이란? (DNA Vaccine)

  • 정의: 암 관련 항원을 암호화한 DNA를 몸에 주입해 면역 반응을 유도하는 백신
  • 장점: 저렴하고 안전하며 다양한 항원을 포함 가능 💪
  • 면역 유도 과정 요약:
    ① DNA 주입 →
    ② 세포 내 항원 생성 →
    ③ MHC I, II 통해 항원 제시 →
    ④ T세포, B세포 활성화 →
    ⑤ CTL (Cytotoxic T Lymphocyte, 세포독성 T세포)가 암세포 제거! 🦸‍♂️

3. 🧪 항체에 의한 암세포 제거 메커니즘

(암 면역치료에서 사용하는 단일클론 항체의 작용 방식)

  • ADCC (항체의존 세포독성): 항체가 암세포에 붙고 면역세포가 파괴 👊
  • CDC (보체의존 세포독성): 항체 → 보체 활성화 → 세포막 구멍 뿅 → 파괴 💥

4. 💙 전립선암 (Prostate Cancer)

  • 중요 항원:
    • PSA (Prostate-Specific Antigen): 전립선 특이 항원
      → 백신 예시: PSA-TRICOM (poxvirus 기반) 🦠
    • PSMA (Prostate-Specific Membrane Antigen)
      → 암 조직에서 과발현, 수지상세포 백신 연구 중

5. 🖤 흑색종 (Melanoma)

  • 주요 항원:
    • TYR (Tyrosinase): 멜라닌 합성 효소
    • gp100: 멜라닌 관련 당단백질
  • 기타 요소: IL-12 같은 사이토카인도 면역 강화에 사용됨 🧪

6. 💛 비호지킨 B세포 림프종 (Non-Hodgkin B-Cell Lymphoma)

  • 주요 타깃: Idiotype (특이 항체형)
  • 치료 방법:
    • 초창기: 단백질 백신
    • 최근: DNA 백신으로 대체 연구 중
  • 중요 사례: BiovaxID – 환자 맞춤형 백신 → 장기 생존율 향상 🌱

7. 💗 유방암 (Breast Cancer)

  • 주요 항원:
    • HER-2: 세포막 표면 수용체, 예후와 관련 있음
      → DNA 백신 타깃으로 효과 입증됨
    • Mage-b: 암 조직에서만 발현되는 항원
      → 전이 줄이는 효과 (🐭 동물 실험 기준)
  • 치료 전략: DNA 백신 + 항체치료 + 수술 병행이 가장 유망! 🌈

🌟 핵심 암기 용어 정리 (시험용 영어 병기)

한국어 영어

DNA 백신 DNA vaccine
암 면역치료 Cancer immunotherapy
능동 면역 Active immunotherapy
수동 면역 Passive immunotherapy
단일클론항체 Monoclonal antibody (mAb)
항체의존세포독성 ADCC
보체의존세포독성 CDC
전립선 특이 항원 PSA
흑색종 항원 Tyrosinase (TYR), gp100
유방암 항원 HER-2, Mage-b
세포독성 T세포 Cytotoxic T Lymphocyte (CTL)


5. [Therapeutic Applications 2] 혈액질환(β-헤모글로빈병, 혈우병) 유전자치료

🟥 1. 유전자치료: β-Hemoglobinopathies (β-헤모글로빈병)

1️⃣ 정의 및 종류

  • β-헤모글로빈병: 유전자 돌연변이로 β-globin 단백질 이상
    • 구조적 이상 (HbS, HbE 등) 🧬
    • 생산 감소 (β⁰ or β⁺-Thalassemia)

🌍 매년 35만 명의 신생아가 중증 유전성 헤모글로빈 질환으로 태어남

2️⃣ 치료법 및 유전자치료 전략

기존 치료 한계

동종 조혈모세포 이식 (HSC) HLA 맞는 형제 필요 (단 25%), GVHD 위험
유전자치료 자가 HSC에 정상 유전자 추가 or 직접 유전자 교정 (CRISPR)

✅ 표준 기술: Lentiviral vector 기반 β-globin 유전자 추가
✅ 최신 기술: CRISPR-Cas9 → BCL11A 조절영역 비활성화 → HbF↑ (Casgevy, FDA 승인 2024)

3️⃣ 질환 별 핵심 개념

🩸 β-지중해빈혈 (β-Thalassemia)

  • β-globin 결핍 → α-globin 과다 → 적혈구 손상, 용혈성 빈혈

🩸 겸상적혈구병 (Sickle Cell Disease)

  • β-globin 돌연변이(GAG→GTG, Glu→Val) → HbS → 겸상화 + 혈관 막힘 + 통증 + 장기손상

4️⃣ 유전자 발현의 포인트

  • Globin 유전자 발현은 적혈구 계통 특이적, 발달단계 조절됨
  • Locus Control Region (LCR) 사용 시 → 강력한 발현 가능!
    (HBB = 성인 β-globin, 가장 발현 많음)

5️⃣ 치료 목표 차이 🧪

질환 유전자치료 목표

β-지중해빈혈 α-globin 과다를 상쇄할 만큼 β-globin 충분히 생성
겸상적혈구병 HbS 농도 낮추거나 → 정상 β-globin or 항-HbS 변형 발현

6️⃣ 최신 유전자치료 예시

  • 🧬 LentiGlobin: βA-T87Q 유전자 탑재 렌티바이러스 → 수혈 독립 가능
  • 🧬 Casgevy (CRISPR): BCL11A 억제 → HbF↑ → 증상 완화!

🟦 2. 유전자치료: Hemophilia A & B (혈우병 A와 B)

1️⃣ 정의 및 원인

  • 혈우병 A: Factor VIII 결핍
  • 혈우병 B: Factor IX 결핍
  • 둘 다 X 염색체 열성 유전 → 남성 발병 多
  • 전체 환자: 약 40만 명 (A형 80~85%, B형 15%)

2️⃣ 기존 치료 한계

치료법 한계점

단백질 보충 치료 (PST) 짧은 반감기 → 반복 투여 필수, 고비용, 항체 생성 가능성

3️⃣ 유전자치료 타깃 세포 🎯

세포 종류 설명

간세포 (Hepatocytes) FVIII, FIX 원래 생산하는 세포, 타깃 1순위!
근육세포 (Muscle cells) 접근 쉬움, 분비 능력 좋음
내피세포 (Endothelial cells) 특히 LSECs는 FVIII의 주요 내인성 공급원
조혈모세포 (HSCs) 자기복제 + 혈액세포로 분화 가능, 유전자 수정에 적합

4️⃣ 유전자 전달 벡터 종류

벡터 종류 특징

비바이러스 벡터 안전하나 in vivo 전달 효율 낮음
γ-Retrovirus 안전하나 발현 약함
Lentivirus HSC 타깃 ex vivo 치료에 유망
Adenovirus 면역반응 ↓된 고용량 벡터 개발됨
AAV 가장 유망한 벡터! (지속 발현 + 면역 우수) 🌟

5️⃣ AAV 기반 실용화 치료제 ✅

치료제 질환 설명

Beqvez Hemophilia B AAV로 간세포에 FIX 유전자 전달
Roctavian Hemophilia A AAV로 간세포에 FVIII 유전자 전달

📌 핵심 용어 정리 (시험 대비!)

한국어 영어

β-지중해빈혈 β-Thalassemia
겸상적혈구병 Sickle Cell Disease
조혈모세포 Hematopoietic Stem Cells (HSCs)
렌티바이러스 벡터 Lentiviral Vector
CRISPR 유전자편집 CRISPR Gene Editing
혈우병 A / B Hemophilia A / B
응고인자 8 / 9 Factor VIII (FVIII) / Factor IX (FIX)
간세포 Hepatocytes
내피세포 Endothelial Cells
AAV 기반 치료제 AAV-based Therapeutic Vector

6. [Therapeutic Applications 2] 안과 및 신경계 유전자치료 (Ocular & Neurological Gene Therapy)]

🟦 1. 안구 유전자치료 (Ocular Gene Therapy)

1️⃣ 왜 눈인가요? 👁️

  • 소형 기관: 적은 양의 벡터로도 효과적
  • 격리된 구조: 혈액-망막 장벽이 있어 바이러스 확산 ↓, 안전성 ↑
  • 진단·관찰 용이: 치료 전후의 기능 확인이 쉬움

2️⃣ 주요 벡터 종류

벡터 종류 특징

AAV (Adeno-Associated Virus) 가장 많이 사용됨, 높은 안전성 & 지속 발현 🌟
Lentivirus RPE (망막색소상피) 타깃에 적합
Adenovirus 면역 반응↑ → 현재는 사용 거의 X
비바이러스 벡터 안전하나 효율 낮음 😿

3️⃣ 대표 질환과 성공 사례

✅ Leber Congenital Amaurosis (LCA)

  • 원인: RPE65 유전자 돌연변이
  • 치료전략: 정상 유전자 보충
  • 성공사례:
    • Luxturna (AAV-RPE65) → 2017년 FDA 승인 ✅

4️⃣ 향후 전망

  • 현재는 희귀 유전병 중심 → **다양한 질환 (우성/획득성)**으로 확장 중
  • optogenetics, neurotrophic factors, RNAi 등 다양한 기술 활용 예상 🎯

🟥 2. 신경계 유전자치료 (Neurological Gene Therapy)

1️⃣ 왜 어렵나요? 😵‍💫

도전 요소 이유

신경세포 = 분열 안 함 대부분 post-mitotic 세포
물리적 장벽 두개골, 혈뇌장벽 (BBB), 복잡한 회로 등
정밀 조절 필요 독성 위험, 지속적 발현, 표적성 확보 필요

2️⃣ 사용 가능한 벡터 ✨

벡터 종류 특성

AAV 성인 뇌에서도 안전하게 사용 가능!
HSV (Herpes Simplex Virus) 신경계에 특화된 전파 가능
Lentivirus 비분열 세포에도 유전자 전달 가능
Retrovirus (MoMLV 등) 분열세포만 타깃 → CNS엔 부적합 🙅‍♀️

3️⃣ 전달 경로 (Delivery)

  • 직접 뇌 내 주입: 정밀하지만 침습적
  • 전신 주입 (IV): 뇌 도달 어려움
  • 특수 장비/캡슐화 필요하기도 함 💉🧠

4️⃣ 주요 적용 예시 🎯

🧬 (1) 유전자 결핍 보완

  • 예: LSD (Lysosomal Storage Disease)
    → 부족한 효소 유전자를 전달해 치료
    → 세포 내 축적물 제거 🚮

🧬 (2) 신경세포 보호/재생

  • 예: PD (Parkinson's), AD (Alzheimer’s)
    → NGF, BDNF, GDNF 등 neurotrophic factor 유전자를 전달

🧠 (3) 파킨슨병 (Parkinson’s Disease)

  • 원인: 도파민 뉴런 손실 (Substantia Nigra)
  • 증상: 떨림, 경직, 자세 불안정
  • 전략: 도파민 생성 유전자 전달 or 뉴런 보호 🌿

🧠 (4) 알츠하이머병 (Alzheimer’s Disease)

  • 병리: Aβ 축적, Tau 인산화
  • 전략:
    • NGF/BDNF로 뉴런 생존 ↑
    • Aβ 분해 효소 (Neprilysin, IDE 등) 유전자 전달

5️⃣ 임상 도전 과제

이슈 설명

안전성 (Safety) 장기 발현 → 독성 우려 존재
표현 조절 (Regulation) 특정 시기, 특정 위치에서만 발현 필요
비용 대비 효과 복잡하고 비싼 치료에 비해 성과가 아직 제한적 💸

💡 핵심 단어 암기표

한국어 영어

망막색소상피 Retinal Pigment Epithelium (RPE)
레버 선천성 흑내장 Leber Congenital Amaurosis (LCA)
신경영양인자 Neurotrophic factors
파킨슨병 Parkinson’s disease (PD)
알츠하이머병 Alzheimer’s disease (AD)
도파민 뉴런 Dopaminergic neurons
망막 퇴행 Retinal degeneration
혈뇌장벽 Blood–brain barrier (BBB)
Aβ 분해 효소 Aβ-degrading enzymes
AAV 기반 치료제 AAV-based therapeutics

7. [Gene Vector Production 1] 플라스미드 벡터 생산 및 정제 (Plasmid Vector Production & Purification)

🟦 1. 플라스미드 DNA 생산 (Plasmid DNA Production)

🧫 1️⃣ 사용 세포: E. coli (Escherichia coli)

  • 플라스미드 DNA 생산에 가장 많이 쓰이는 세균
  • 특징: 빠르게 증식 + 대량 배양 쉬움
  • 실험 시작: 형질전환 (transformation) → 플라스미드 가진 세포 생성
  • GMP 환경에서 장기 생산용 MCB/WCB 생성 필수

🧪 MCB (Master Cell Bank) & WCB (Working Cell Bank)
→ 대량 생산을 위한 안정적 균주 보관 시스템

🧰 2. 생산 방식: 실험실 vs 산업용 (Lab Scale vs Large Scale)

🧪 실험실 규모

  • Plasmid Kits 사용 → 빠르고 간단
  • 제한효소 분석, 클로닝 확인 등에 사용
  • DNA 순도는 보통 수준이지만 속도는 빠름!

🏭 산업 규모

  • 알칼리성 용해 (Alkaline Lysis) 사용
    1. SDS/NaOH 처리로 세포 파괴
    2. 중화 → 백색 침전물 형성 (크로모좀 DNA 등)
    3. 필터링 → Clear lysate → 크로마토그래피 정제

🔄 인라인 처리 시스템 (In-line systems): 대용량에서 효율적 처리 가능!

🧼 3. 정제 과정 (Purification Process)

주요 불순물 🧹

  • 크로모좀 DNA, RNA, LPS (내독소) 등
  • 특히 RNA는 짧은 반감기지만 여전히 문제될 수 있음

정제 방법 🌊

  • 크로마토그래피 (Chromatography) 사용
    • 음이온 교환 (Anion-exchange) 방식 많이 사용
    • 원심분리, 여과, 버퍼 교환 등 동반

🧪 4. 대량 생산 시 고려사항

항목 고려 포인트

🔁 온도 조절 큰 발효조는 열 전달 어려움
🌀 혼합 방식 균일한 혼합 위해 특별한 장비 필요
🧬 불안정 플라스미드 hairpin 구조(shRNA 등) → 생산성 ↓, 시퀀싱 어려움

플라스미드 안정성 유지가 핵심!

✅ 5. 품질 관리 & 규제 기준 (Quality & Regulatory Requirements)

❗ 왜 중요할까?

  • 전임상/임상용 DNA는 높은 순도 + 정확한 문서화 필요
  • **LPS (Endotoxin)**는 세포 독성 유발 가능성 있음 → 제거 필수

📋 기준 기관

  • EMA (European Medicines Agency)
  • WHO (World Health Organization)
    → 유전자치료, DNA 백신 관련 가이드라인 제시

💡 핵심 영어 단어 정리 (암기표✨)

한국어 영어

플라스미드 벡터 Plasmid Vector
형질전환 Transformation
주균주 / 작업균주 Master Cell Bank (MCB) / Working Cell Bank (WCB)
알칼리성 용해 Alkaline Lysis
크로마토그래피 Chromatography
음이온 교환 정제 Anion-Exchange Purification
내독소 Endotoxin (LPS)
정제된 용해액 Cleared Lysate
발효조 Fermenter
GMP 환경 Good Manufacturing Practice

8. [Gene Vector Production 2] 바이러스 벡터의 생산, 정제 및 안전성 (Viral Vector Production, Purification & Biosafety)

1️⃣ 전체 개요 (General Overview)

  • 최근 바이러스 벡터 생산 기술 향상 → 임상용 벡터 대량 생산 가능
  • 주로 사용되는 벡터:
    ✅ AAV (Adeno-Associated Virus)
    ✅ LV (Lentivirus)
    ✅ Adenovirus
    ✅ Retrovirus
    → 현재는 AAV & LV 사용 증가 추세! 📈

2️⃣ 바이러스 벡터 생산 시스템 (Viral Vector Production)

(1) 세포 종류에 따른 배양 방식

세포 배양 방식 특징

Adherent Cells (부착성 세포) 고정된 표면에서 자람 – 소규모 생산 적합
Suspension Cells (부유성 세포) 액체에서 자유롭게 떠다님 – 대량 생산에 유리

(2) Adherent Cell Culture Systems

  • 소규모: Petri dish, T-flask
    👉 면적: 25–225 cm²
  • 중간 규모:
    🏭 Cell Factory: 최대 25,100 cm²
    🔄 Roller Bottle: 회전 장치로 배양

(3) Suspension Cell Culture Systems

  • 소규모:
    🔬 Shake Flask, Spinner Flask
  • 대규모:
    🌀 Stirred-Tank Reactor: 20,000–30,000 L 가능
    🌊 WAVE Reactor: Rocking motion 기반, 처리 쉬움 + 산소 공급 우수

3️⃣ 바이러스 벡터 정제 (Viral Vector Purification)

🌟 정제 목적

  • 고품질의 임상 등급 벡터 확보
  • 세포 잔여물, 단백질, 유전자, 불순물 제거

(1) 일반 정제 단계 (General Steps)

  1. Harvest: 바이러스 수확
  2. Clarification: 세포 찌꺼기 제거
  3. Concentration: 용량 줄이기
  4. Purification: 불순물 제거
  5. Polishing: 최종 품질 조정
  6. Final Formulation: 완제품화 💉

4️⃣ 아데노바이러스 벡터 (Adenoviral Vector)

(1) 생산

  • HEK293 세포 이용해 증폭
  • **3세대 (HDV)**는 Helper Virus 필요

(2) 수확 시점

  • 보통 감염 후 48시간 후 (hpi)
  • MOI, 세포 생존율, 바이러스 종류에 따라 조절

(3) 정제

  • Freeze–thaw로 세포 파괴 후 수확
  • CsCl Gradient Ultracentrifugation
    → 숙주 DNA, 단백질, 빈 입자 제거
  • 산업용에선 **크로마토그래피 (Chromatography)**로 대체 중

5️⃣ AAV 벡터 (Adeno-Associated Virus)

(1) 생산 시스템

방식 설명

Lab-scale AAV Production 소규모, 빠른 개발, 대량생산 어려움
(Scalable AAV Production) Stable cell line 대규모, HeLa/A549 세포주 기반
(Scalable AAV Production) Herpes system 대규모,  HSV 기반 감염 방식
(Scalable AAV Production) Sf9/Baculovirus 대규모,  곤충 세포 활용 → 대량 생산 가능 🐛

(2) 정제

  • Primary recovery: 세포 용해 후 수거
  • Ultracentrifugation:
    → Full vs Empty Capsid 분리 가능
    → Helper virus 제거
  • Chromatography 종류별 기능 💡
  • 종류 설명
    Affinity 특정 serotype 인식 항체/리간드 사용
    Ion Exchange (IEC) 표면 전하로 분리
    Size Exclusion (SEC) 크기 차이로 분리
  • 참고: AAV는 aggregation(응집) 되기 쉬움 →
    → **염 추가(NaCl/MgSO₄)**로 예방, 필터링(0.45/0.2μm) 필수

6️⃣ 바이러스 벡터의 생물학적 안전성 (Biosafety of Viral Vectors)

위험 요소 설명

🚨 면역 반응 유발 대량 벡터 주입 시 장기 손상 또는 사망 가능성
❌ 세포 면역반응 벡터 전달된 세포 제거됨
😵‍💫 비표적 조직 발현 예기치 않은 독성 가능성
🧬 유전자 삽입 돌연변이 Retrovirus/LV의 삽입 위치 → 유전자 파괴 가능성

✨ 핵심 용어 암기표 (시험 대비!)

한국어 영어

부착성/부유성 세포 Adherent / Suspension cells
셀팩토리 Cell Factory
롤러 보틀 Roller Bottle
교반 탱크 반응기 Stirred-Tank Reactor
웨이브 반응기 WAVE Reactor
수확 Harvest
정제 Purification
보조바이러스 Helper Virus
빈/가득 찬 입자 Empty / Full AAV Capsid
생물학적 안전성 Biosafety

9. [Clinical Applications for Gene Therapy] 유전자치료의 임상적 적용

1️⃣ Non-viral vs Viral Platforms 비교

항목 비바이러스 (Non-viral) 바이러스 (Viral Vector)

전달물질 (Material) Plasmid DNA Functional viral particles
생산 방식 Transformation into E. coli Transfection into producer cells
생산 세포 Prokaryotic (E. coli) Eukaryotic (HEK293, Sf9 등)
치료용 전달 Transfection (화학/전기충격) Transduction into patient cells
장점 High safety, Low cost High efficiency, Targeting 가능
단점 낮은 효율, 일시적 발현 면역반응 위험, 생산 복잡
예시 DNA vaccines, 초기 gene therapy AAV therapies, CAR-T 등

2️⃣ 용어 정리 📝

  • Transformation: 외래 DNA를 박테리아에 도입
  • Transfection: DNA/RNA를 진핵세포에 비바이러스 방법으로 도입
  • Transduction: 바이러스 벡터를 통한 유전자 전달

3️⃣ 진핵세포 vs 원핵세포 유전자 발현 ✨

항목 Prokaryote Eukaryote

전사/번역 위치 둘 다 세포질 전사: 핵, 번역: 세포질
RNA 가공 필요 없음 Splicing, Capping, Poly-A tail 필요
단백질 가공 거의 없음 접힘(folding), 당화(glycosylation) 등 중요

✔️ 기능성 바이러스 생산에는 진핵세포 필수!

4️⃣ 임상시험의 역사와 변화 📊

  • 1989년 이후 빠르게 증가 → 1990년대 후반 정점
  • 예: 미국에서만 매주 10명 이상이 임상 참가
  • 그러나:
    • OTC 결핍 치료 중 환자 사망
    • SCID-X1 치료 중 백혈병 유발
      → 임상시험 감소, 벡터 기술 개선으로 전환
  • 최근 AAV 기반 치료로 인해 다시 관심 증가 중! 🌟

5️⃣ 임상시험 단계 (Phases of Clinical Trials) 🚥

단계 설명

Preclinical 동물 모델 (마우스, 개, 원숭이 등)에서 효능 확인
Phase I 안전성(Safety), PK (약동학) 확인 → 소수(10–20명) 대상
Phase II 효능(Efficacy) 평가 시작, 용량 설정, 소규모 시험
Phase III 수백 명 대상, 효과 + 부작용 통계적으로 검증
Phase IV 시판 후 장기적 안전성 및 이상반응 감시

대부분 Randomized, Double-blinded, Multicentric

6️⃣ 유전자치료 임상 적용 질환 💉

  • 암 (Cancer): 전체의 60% 이상 → 백신, 항암 유전자 등
  • 심혈관질환 (Cardiovascular disorders): 빠르게 증가
  • 망막·신경계 퇴행성 질환 (Retina, Brain):
    → AAV 벡터가 효과적 🎯 (예: Alzheimer’s, Parkinson’s)

7️⃣ 사용된 치료 유전자 종류 (Therapeutic Genes)

유형 설명

기존 Cytokines, Growth factors, 항원 단백질 등
최근 Small RNA (Ribozymes, siRNA, Antisense ODNs 등)
Oncolytic Virus 복제 가능한 아데노/헤르페스 바이러스 (암세포 파괴)

8️⃣ 유전자 전달 방식 & 벡터 종류 🧪

✅ Viral Vectors 사용 비율

벡터 특징

Gammaretrovirus 초창기 사용, 안전 문제로 사용 ↓
Lentivirus 비분열세포 가능, 2003년부터 임상 시작
Adenovirus 면역반응 ↑ → 제한적 사용 (주로 암)
AAV 최신 인기 벡터, 안구/근육/심장/뇌에 효과적 💖

현재까지 AAV 사용 임상시험 65건 이상

✅ Non-viral Approaches (20%)

  • Naked DNA (플라스미드) 직접 주사
  • Electroporation: 세포막 열어서 DNA 흡수 촉진
  • Cationic Lipids: 양이온성 지질 기반 전달 시스템 (8% 미만 사용)

✨ 핵심 단어 암기표 (시험 대비용)

한국어 영어

비바이러스 벡터 Non-viral vector
바이러스 벡터 Viral vector
형질전환 / 트랜스펙션 / 전이 Transformation / Transfection / Transduction
유전자 발현 Gene Expression
접힘 / 당화 Folding / Glycosylation
임상시험 단계 Clinical Trial Phases
항암 유전자 치료 Cancer Gene Therapy
리보자임 / siRNA / antisense Ribozyme / siRNA / Antisense ODN
삽입 돌연변이 Insertional Mutagenesis
감시 임상시험 Post-marketing Pharmacosurveillance (Phase IV)

10. [Ethical & Social Problems of Gene Therapy] 유전자치료의 윤리적・사회적 문제

🟩 I. 임상 실험의 안전성 (Safety of Clinical Experimentation)

1️⃣ 유전자 전달 자체가 위험할 수 있음

  • 핵산 독성 (Nucleic acid toxicity):
    • siRNA, oligonucleotide → 응고계 방해, 혈소판 감소증, off-target 효과
    • 세포 내부로 들어가면 예기치 않은 유전자 억제 → 세포 손상 😵
  • TLRs (Toll-like receptors):
    • 선천 면역계에서 핵산 감지 → 면역 반응 유발
  • Off-target effects:
    • 다른 유전자 억제 → 세포 기능 저하 or 죽음

2️⃣ 유전자전달 시스템의 독성

시스템 독성 요인

비바이러스성 (Cationic polymer, Dendrimer) 응고계, 보체계 영향, 신독성 (nephrotoxicity)
바이러스 벡터 유래 바이러스 특성 따라 위험:
  • Adenovirus: 염증 유발
  • Retrovirus: 암 유발 가능
  • Lentivirus: 재조합 → 새로운 바이러스 가능성
  • HSV: 신경 독성 가능성 |

3️⃣ 전달 절차 자체의 위험성

  • 예:
    • 혈관 내 전달 → 카테터가 혈류 막음
    • 조혈모세포 전달 전 myelosuppression (busulfan 사용)

➡️ 하지만!
➡️ 💬 1,500건 이상의 임상시험 결과: 전반적으로 매우 안전
→ 현재 주요 관심은 **효능(efficacy)**이지 안전성이 아님

🟨 II. 생식세포 유전자치료 (Germline Gene Therapy)

항목 생식세포 (Germline) 체세포 (Somatic)

대상 세포 난자, 정자 (sperm/egg) 골수, 피부, 혈액 등
유전 여부 다음 세대에 전달됨 비유전성
예시 배아 or 생식세포 조작 대부분의 현재 치료

✔️ 논쟁 포인트

  • 👍 치료 목적으로는 찬성 (모든 환자에게 최고의 치료 제공해야!)
  • 👎 외모/지능/키 향상 허용 시 → 진화 방해 + 사회적 혼란

➡️ 현재는 체세포 치료만 허용되는 분위기!

🟧 III. 자궁 내 유전자치료 (In Utero Gene Therapy)

  • 태아 상태에서 유전자 치료 가능
  • 대상: 선천성 질환 진단 후 낙태 대신 치료 원할 때

✔️ 장점

  1. 증상이 출생 전 나타나는 것 예방 가능
  2. 기관 발생 중에 유전자 도입 → 조직 전체에 효과적 전달
  3. 면역 반응 없음 (면역계 형성 전 도입 시 self로 인식)

✔️ 단점

  • 발달 이상 or 세포 변형 위험↑
  • 생식세포 유입 가능성↑ → 윤리 문제

🟥 IV. 배아 유전자치료 (Embryo Gene Therapy)

  • 배아 or ES 세포 조작 → 완전한 유전자 변경 가능

✔️ 현재는 연구 중심

  • 생쥐 등에서 많이 활용됨 (transgenesis)
  • 연구 목적: 발생 기전, 유전자 기능 이해

❗ 윤리적 문제

  • 인간 배아에 적용 시: 사회적・종교적・정치적 논쟁 유발
  • 기술도 아직 불완전하고 미성숙

🟪 V. 외모 향상 및 유전자 도핑 (Cosmetic Appearance & Gene Doping)

  • 원래는 치료 목적 → 현재는 미용/향상 목적 악용 가능성

🧬 예시:

  • 근육량 증가
  • 기억력 향상
  • 키 성장
  • 탈모 예방
  • 스트레스 저항력 강화

➡️ 운동 능력 향상 = 유전자 도핑(Gene Doping)
→ 스포츠 윤리 문제로 금지 대상

✨ 핵심 용어 암기표

한국어 영어

임상 실험 Clinical Experimentation
오프 타겟 효과 Off-target effect
선천 면역 감지 수용체 Toll-like receptors (TLRs)
수송 독성 Delivery-induced toxicity
생식세포 유전자치료 Germline Gene Therapy
체세포 유전자치료 Somatic Gene Therapy
자궁 내 유전자치료 In Utero Gene Therapy
배아 유전자치료 Embryo Gene Therapy
유전자 도핑 Gene Doping
윤리적 논쟁 Ethical Debate

 

저작자표시 (새창열림)

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