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뉴욕, 2022년 7월 22일 /PRNewswire/ -- 뉴욕에 본사를 둔 생명공학 및 암 약물을 발견하는 기업인 다윈헬스(DarwinHealth, Inc.)는 2022년 7월 19일, 동료들의 심사를 받는 네이처 포트폴리오(Nature Portfolio) 저널인 커뮤니케이션 바이올로지(Communications Biology)에서 항바이러스제 발견에 대한 새로운 접근 방식에 초점을 맞춘 기초 논문인 '바이러스 감염으로 유발되는 비정상적인 복제-허용 전사 프로그램의 네트워크 기반 식별 및 약리학적 표적을 위한 모델(https://www.nature.com/articles/s42003-022-03663-8)'의 온라인 출판물을 발간했다고 발표했다.
코로나 팬데믹은 여전히 많은 국가에서 중요한 문제로 자리하고 있기 때문에 바이러스 복제를 억제하는 기존 약제와 연구용 약제의 잠재적인 치료 효과를 정확하고 신속하게 예측, 검증 및 활용할 수 있는 항바이러스제 발견 모델을 개발하고 배포해야 할 필요성이 남아 있다. 이러한 상황은 전염성이 높은 BA.5와 BA.2.75 등의 오미크론 변이로 인한 반복적인 급증에 대한 우려가 증가함에 따라 발생했다. 이는 특히 바이러스 감염에 대한 감염된 숙주 세포의 저항력을 높여주는 항바이러스제(일명 '숙주 지향 치료법' 또는 HDT)를 식별하기 위한 경우이며, 따라서 대체 메커니즘을 통해 바이러스를 직접 대상으로 하는 FDA 승인 약물의 임상 효과를 극대화하기 위한 단독 요법 또는 복합 치료에 효과적일 가능성이 있다.
이를 배경으로 하여 다윈헬스 과학자와 국제 동료들은 세포 시스템 전체 상황에서 바이러스 납치에 대한 숙주 세포의 반응을 목표로 항바이러스제를 신속하게 식별할 수 있도록 배치 가능한 새로운 통합형 규제망 기반 실험 모델인 ViroTreat를 소개하고 실험적으로 검증한다. 구체적으로, 이 모델은 (a) 바이러스 감염으로 유발되는 전사 수준(바이러스 검사점)에서 규제 네트워크 이상을 식별하고, (b) 바이러스 감염에 필요한 숙주 세포 규제 메커니즘의 납치에 대응하여 바이러스 복제 및 감염을 방지할 수 있는 약물을 예측하는 등 연산 및 실험 분석 기능을 통합한다.
보고서에서 과학자들은 전반적으로 18가지 약물 중 15가지(83%)가 세포 생존력에 영향을 주지 않고 SARS-CoV-2 복제를 상당히 감소시키는 방법으로 효과가 있을 것으로 예상했다고 언급했다. 이와는 대조적으로, 잠재적인 음성 대조군으로 선정된 12가지 약물 중에서 유의할 만한 항바이러스 효과를 나타낸 것은 아무것도 없었다. 약물은 적절하게 일치하는 세포계에서의 약물 섭동으로 결정된, 실험으로 밝혀진 상황별 메커니즘을 기반으로 평가를 위해 우선순위가 정해졌다. 숙주 지향의 약리학 치료를 위한 이 모델은 완전히 일반화되어 있으며, 거의 모든 병원체에서 유도하는 숙주 세포 기반 마스터 조절 시그니처를 대상으로 하는 약물을 식별하도록 배포할 수 있다.
이 출판물은 SARS-CoV-2와 광범위한 기타 바이러스를 치료하기 위해 효율적이며 정밀성에 초점을 맞춘 방법론을 찾기 위한 여러 기관의 노력의 결과이며 미국 컬럼비아대학교(Columbia University) 및 플로리다대학교(University of Florida)의 시스템 생물학부(Department of Systems Biology, 독일 하이델베르크대학교(Heidelberg University)의 분자 바이러스 전염병 학부(Department of Infectious Diseases, Molecular Virology), 스위스 베른대학교(University of Bern)의 정밀 의학 센터(Center for Precision Medicine), 미국의 다윈헬스 등 본 글로벌 프로젝트를 구상하고 주도한 과학자들 간의 국제적인 협력의 성과를 나타낸다.
주요 저자이자 플로리다대학교 의과대학(University of Florida College of Medicine)의 분자유전학 및 미생물학학부(Molecular Genetics & Microbiology)의 부교수이며 바이러스학자인 스티브 불란트(Steeve Boulant) 박사는 "전통적인 약물 선별 접근 방식 및/또는 글로벌 팬데믹 문제를 해결하기 위한 특정 항바이러스제를 설계하는 것이 각각 정밀성이 부족하거나 받아들이기 어려울 정도로 긴 개발 기간으로 인해 방해받는 어려운 상황에서 우리가 개발한 ViroTreat 모델은 특히 세포가 바이러스 감염과 복제를 덜 허용하는 작은 분자로 숙주를 목표로 하는 키메라 방식으로 볼 수 있습니다."라고 설명했다.그는 이어 "중요한 점은 기능적인 '배양 접시의 미니 장기'인 오가노이드 배양 모델의 최근 진행 덕분에 SARS-CoV-2 감염 환경에서 생리학적으로 실행 가능한 데이터를 확보할 수 있게 되어, ViroTreat를 배포하여 감염을 낮추는 약제를 빠르고 예측 가능한 방식으로 식별할 수 있게 되었다는 점입니다. 이러한 발전을 통해 인플루엔자를 포함한 신규 및 기존 바이러스 병원균을 단 몇 달 만에 관련 오가노이드 모델에서 연구할 수 있게 되어, 새로운 병원균뿐만 아니라 더 안전하고 나은 치료법이 충족되지 않은 필요성을 나타내는 기존 바이러스 질환에도 유용할 중요하고 새로운 기술을 통해 툴킷을 확장할 수 있습니다.
항바이러스제 발견의 정밀성을 개선하기 위해 단일 세포 분석을 적용한 것은 모델의 실험적 설계의 핵심적 차원이었다. 주요 저자이자 다윈헬스의 단일 세포 시스템 약물학 부문의 선임 이사인 파스콸레 레이즈(Pasquale Laise) 박사는 "조직 수준에서 수행된 분자 분석을 통해 감염 세포와 비감염 세포 모두에서 왜곡/혼합 신호를 쉽게 생성할 수 있기 때문에, 단일 세포 기술을 적용하는 것은 이 연구에서 매우 중요한 역할을 해왔습니다."라고 전했다. 그는 이어 "이 모델에서는 단일 세포 기술을 통해 비감염 세포와 감염 세포를 명확하게 구별할 수 있어 감염된 숙주 세포에 대한 SARS-CoV-2의 분석 효과를 고유하게 증폭할 수 있었습니다. 이를 통해 우리 팀은 실제로 고유의 VIPER 알고리즘으로 평가된 단백질 활동 수준을 사용하여 바이러스에 의해 숙주에서 발생하는 특정 바이러스 검사점 시그니처를 식별하고 더 나아가 감염의 바이러스 납치 단계에서 복제를 억제하고 신뢰할 수 있는 약물을 예측할 수 있었습니다."라고 덧붙였다.
이와 같은 글로벌한 노력의 결과로, 항바이러스제 발견을 목표로 하는 기존 전략에서 출발하는 감염 바이러스의 취약성을 목표로 한 새로운 접근 방식을 발견했다. 다윈헬스의 SCO인 마리아노 알바레즈(Mariano Alvarez) 박사는 "이 연구는 숙주 세포의 복제를 허용하는 바이러스 납치를 리보뉴클레오타이드 및 단백질 합성에 필요한 기계(또는 선천적인 항바이러스 면역 반응에 대한 간섭)를 이용하는 것에 국한하지 않고 숙주 세포 전사 정체성을 조절하는 메커니즘, 특히 바이러스 복제와 호환되는 표현형 상태의 숙주 세포를 유도하는 메커니즘으로 더욱 깊이 들어간다는 사실을 보여줍니다."라고 말했다.그는 이어 "중요한 점은 우리가 납치된 세포 전사 정체성을 조절하는 메커니즘을 정밀하게 해부할 수 있다는 사실을 보여준다는 점입니다. 이뿐만 아니라, 우리가 예측한 약리학적 개입은 이러한 전이를 차단하고 효과적으로 세포를 바이러스성 감염 불응성 상태로 고정시킵니다. 이러한 접근 방식은 숙주가 주도하는 항바이러스제를 효과적으로 식별하기 위한 새로운 패러다임이 될 수 있습니다."라고 덧붙였다.
이 그룹의 성공은 컬럼비아대학교 칼리파노 연구소(Califano Lab at Columbia University)에서 개발된 암 약물 발견에 초점을 맞춘 기술과 모델에 기인한다. "가장 괄목할만한 점은 암세포와 발달 프로그램을 연구하기 위해 개발된 방법론이 매우 치명적인 전염병에 대한 약물의 우선순위를 정하는 데 매우 효과적이라는 점입니다."라고 다윈헬스의 공동 창립자이자 컬럼비아대학교 시스템 생물학부 교수 및 의장인 안드레아 칼리파노(Andrea Califano) 박사(https://news.columbia.edu/news/deciphering-cancer-messy-and-complex-were-here-it)는 전했다. 그는 이어 "접근 방식의 일반성은 이러한 접근 방식이 다른 바이러스 감염과 미래 팬데믹 치료의 우선순위를 신속하게 정하는 결과를 가져올 수 있음을 시사합니다."라고 덧붙였다.
다윈헬스의 CEO이자 공동 창립자인 기디언 보스커(Gideon Bosker)는 "아직까지 바이러스 감염에 대한 HDT(숙주 세포 지향 치료법)는 찾기 어렵습니다. 우리가 아는 바로는, 바이러스 감염에 대한 통합된 실험 및 계산 생물학적 모델을 사용하여 바이러스 납치를 촉진하기 위해 감염 병원체가 숙주 세포에 가해진 규제 논리를 해부하고 성공적으로 타겟팅하고 재프로그래밍한 것은 이번이 처음입니다."라고 말했다.이어 "이러한 이유로, VIPER 기술을 기반으로 하는 당사의 독점 R&D 파이프라인은 숙주 세포 전사 수준에서 '바이러스 피임'을 제공하는 메커니즘으로 인해 광범위한 바이러스 감염 범위에 대해 잠재적으로 치료 효과를 제공할 수 있는 신규 및 기존 약제들을 생물약제 파트너들이 선별, 발견 및 검증하는 데 활용할 수 있는 이상적인 위치에 있습니다. 또한, 당사가 보고하는 것과 같은 HDT 기반 접근 방식은 검증된 다양한 숙주 상호 작용자를 직접 대상으로 하여 감염 중 면역감시 회피 가능성이 있는 바이러스 돌연변이 매개체에 대한 취약성을 완화할 수 있습니다."라고 덧붙였다.
커뮤니케이션 바이올로지에서 보고된 다윈헬스 모델은 코로나바이러스 및 인플루엔자를 포함한 광범위한 메커니즘 및 바이러스 병원균에 걸쳐 독성이 낮은 기존 약리학 치료법을 신속하게 식별하고 선별하여 직접적이고 독립적인 개입 또는 단백질분해효소억제제 및 기타 약제를 포함한 직접적인 항바이러스제에 대한 보완적인 접근 방식으로 효과가 있을 수 있는 숙주 세포 지향 치료법을 식별하는 데 사용될 수 있다.
보스커는 "당사가 보고하는 모델, 즉 방법, 결과, 응용 분야가 약리학적 목표를 가능하게 하는 바이러스-숙주 세포 상호작용을 해부하는 흥미로운 실험적 접근 방식을 나타낸다고 생각합니다."라고 전했다. 이어 "당사는 바이러스 감염과 새롭게 떠오르는 신종 팬데믹의 상황에서 숙주-미생물 상호작용과 약물 발견에서 중요한 주제를 연구하는 과학자들 사이에서 광범위한 관심이 있을 것으로 예상합니다. 이를 위해 발견 속도를 가속화하고 기존 약물 개발 프로세스와 관련된 비용을 줄이는 것이 가장 중요합니다."라고 덧붙였다.
다윈헬스 소개
다윈헬스: 암 의학의 정밀 치료법(DarwinHealth: Precision Therapeutics for Cancer Medicine)은 컬럼비아 대학교 시스템 생물학과의 화학 시스템 생물학 교수이자 의장인 CEO 기디언 보스커(Gideon Bosker), MD와 안드레아 칼리파노(Andrea Califano), 클라이드 & 헬렌 우(Clyde and Helen Wu) 교수가 공동 설립한 기술 중심 회사입니다. 이 회사의 기술은 지난 14년 동안 칼리파노 연구소에서 개발되었으며 컬럼비아 대학교로부터 독점 허가를 받았습니다.
다윈헬스는 독점적인 시스템 생물학 알고리즘을 활용하여 거의 모든 암 환자를 성공적인 치료 결과를 가져올 가능성이 가장 높은 약물 및 약물 조합에 연결시킵니다. "반대로, 이러한 동일한 알고리즘은 또한 새로운 암 표적뿐만 아니라 전체 스펙트럼의 인간 악성 종양에 대해 연구용 약물 및 알려지지 않은 잠재력의 화합물 조합의 우선 순위를 지정할 수 있습니다." "이는 화합물 파이프라인을 최적화하고 기계적으로 실행 가능한 새로운 암 표적 및 화합물-종양 정렬을 발견하고자는 제약 회사에 있어 매우 중요합니다."라고 보스커 박사는 설명합니다.
다윈헬스의 사명은 시스템 생물학에 기반을 둔 새로운 기술을 배포하여 암 치료의 임상 결과를 개선하는 것입니다. 핵심 기술인 VIPER 알고리즘은 암에서 새로운 종류의 실행 가능한 치료 표적을 나타내는 마스터 조절 단백질의 긴밀하게 짜인 모듈을 식별할 수 있습니다. 이 방법론은 두 개의 서로 보완적인 축을 따라 적용됩니다. 첫째, 다윈헬스의 기술은 암세포 조절 로직의 보다 기초적이고 심층적인 상태에서 치료제 투여가 가능한 표적의 체계적인 식별 및 검증을 지원하므로 당사와 당사의 과학적 파트너는 근본적이고 보다 보편적인 종양 의존성과 메커니즘을 기반으로 하는 차세대 실행가능성(actionability)을 활용할 수 있습니다. 둘째, 치료제 개발 및 발견의 관점에서 마스터 조절(MR) 및 해당 표적의 업스트림 조절자를 기반으로 잠재적으로 치료제 투여가 가능한 신규 표적을 식별할 수 있는 동일한 기술입니다. 이렇게 다윈헬스는 oncotectural 접근법을 통해 종양 체크포인트를 설명하고 표적화하는 데 중점을 둠으로써 정밀성 중심의 암 치료제 발견 및 치료법을 발전시키기 위한 가장 중요한 솔루션과 로드맵 리포지셔닝을 제공할 수 있습니다.
다윈헬스에서 사용하는 독점적인 정밀 의학 기반 방법은 회사의 중요한 전산 인프라를 공동 개발한 다윈헬스의 최고과학책임자(CSO) 마리아노 알바레즈(Mariano Alvarez) 박사를 포함한 다윈헬스의 과학자 지도부가 저술한 심층 과학 문헌에 의해 뒷받침됩니다. 이러한 독점 전략은 인실리코, 생체외, 생체내 분석 데이터를 통합하여 암세포의 전 게놈(genome-wide) 조절 및 신호 전달 로직을 역설계하고 분석할 수 있는 역량을 활용합니다. 이를 통해 제약 분야의 자산에 대한 정확한 개발 궤적을 설명하고 가속화하며 검증할 수 있도록 설계된 완전 통합된 약물 특성화 및 발견 플랫폼을 제공할 수 있으며, 그 결과 완전한 임상 및 상업적 잠재력을 실현할 수 있습니다. 자세한 정보는 www.DarwinHealth.com에서 확인할 수 있습니다.
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