근육 유전자 치료를 위한 AAV 전달 전략: 혈청형·프로모터·투여 경로 최적화

근육 유전자 치료의 리스크를 낮추기 위한 전달 장벽 극복

근육은 하나의 단일 타겟이 아닙니다. 골격근은 체중의 큰 비중을 차지하며, 대사적 특성과 재생 능력이 서로 다른 다양한 근섬유 유형으로 구성됩니다. 평활근은 혈관과 내부 장기를 이루고, 심근은 안전하고 장기적인 발현을 위해 별도의 고려가 필요합니다.

DMD와 같은 질환은 골격근과 심근 모두에 영향을 미치므로, 넓은 분포와 조절된 발현을 동시에 달성할 수 있는 벡터가 요구됩니다. 전신 전달이 필요한 경우가 많지만, 기존 AAV 혈청형은 간 흡수가 강하거나 일부 근육 조직 침투가 충분하지 않은 한계를 보일 수 있습니다.

그림 1: 골격근의 기본 구조 ^[2]

그림 2: 평활근 계통 발달 모식도 ^[3]

해결책은 개선된 캡시드, 조직 특이적 프로모터, 최적화된 투여 방법을 신중하게 조합하는 데 있습니다. 이러한 요소들은 함께 작용해 치료적 이점을 극대화하고 오프타겟 효과와 안전성 리스크를 최소화합니다.

근육 형질도입 효율을 높이는 차세대 AAV 혈청형

AAV9 전신 근육 전달은 표준 AAV9가 정맥 투여 후 혈관 장벽을 통과하고 골격근과 심근을 형질도입할 수 있어 오랫동안 주요 플랫폼으로 활용되어 왔습니다. 그러나 최근의 공학적 변이체들은 이 기준을 더욱 높이고 있습니다.

지향성 진화 접근법은 우수한 근육 지향성을 가진 캡시드를 만들어냈습니다. 대표적인 예인 MyoAAV 2A는 AAV9보다 심장과 여러 골격근에서 더 높은 전이유전자 발현을 보이고, 간 발현은 낮게 유지합니다. 이러한 개선된 근육-간 발현 비율은 잠재적 간독성을 줄이고 치료 지수를 높이는 데 특히 중요합니다^[4].

그림 3. MyoAAV 2A는 전신 투여 후 마우스 골격근을 효율적으로 형질도입합니다 ^[5]

한편, MyoAAV 2A가 골격근과 심근을 타겟하는 신경근 질환 파이프라인에서 중요한 돌파구라면, 완전히 다른 치료 영역에서는 다른 공학적 캡시드가 필요합니다. 혈관 또는 내장 평활근이 주요 타겟인 심혈관 및 폐 질환 연구에서는 AAV-PR과 같은 변이체가 강한 잠재력을 보입니다. 이러한 캡시드는 정맥 투여 후 대동맥 및 말초 혈관의 평활근 세포를 효율적으로 형질도입할 수 있으며, 보다 넓은 혈청형에서 나타날 수 있는 오프타겟 한계를 피하는 데 도움이 됩니다^[5].

그림 4. AAV-PR에 의한 대동맥 평활근 세포 및 여러 말초 조직의 형질도입 ^[5]

Cyagen은 적절한 혈청형을 선택하거나 검증하는 것이 전체 과제의 절반에 불과하다는 점을 잘 알고 있습니다. 당사 팀은 질환 관련 배경에서 새로운 AAV 구성체를 테스트해야 하는 고객을 지속적으로 지원합니다. 카탈로그 모델과 맞춤 제작 모델을 모두 제공하여, 타겟 질환의 정확한 유전적 맥락에서 형질도입 효율, 생체분포, 기능적 결과를 평가할 수 있도록 돕습니다.

근육 특이적 프로모터: 정밀성과 안전성의 핵심

가장 우수한 캡시드라도 치료 유전자가 잘못된 세포에서 또는 부적절한 수준으로 발현되면 기대한 성능을 내기 어렵습니다. 근육을 위한 조직 특이적 AAV 프로모터는 이 문제를 직접 해결하며, 치료 페이로드가 필요한 위치에서만 발현되도록 합니다.

골격근에서는 muscle creatine kinase(MCK) 프로모터의 변형 버전, 특히 dMCK, tMCK, 그리고 널리 사용되는 MHCK7이 선호되는 선택지로 자리하고 있습니다^[6-7]. MHCK7 프로모터는 횡격막과 가자미근처럼 형질도입이 어려운 근육을 포함한 여러 근육군에서 강한 발현을 유도해 AAV 전달에 매우 효과적입니다^[7]. 또한 dMCK와 tMCK는 간에서 낮은 활성을 유지하여 CMV와 같은 범용 프로모터에 비해 안전성 프로파일을 크게 개선합니다^[6].

그림 5. 근육 및 간 조직에서 다양한 프로모터의 활성과 특이성 ^[6]

그림 6. (a) 횡격막, (b) 가자미근, (c) 대퇴사두근, (d) 비복근 절편에서의 AP 활성 ^[7]

평활근 적용에서는 SM22α 프로모터와 추가 조절 요소를 포함한 강화 버전이 치료적 이점을 유지할 수 있는 충분한 발현 강도와 필요한 특이성을 제공합니다. 연구자들은 심혈관 유전자 치료 모델에서 이러한 프로모터를 활용해 오프타겟 효과를 줄이면서 타겟 발현을 달성했습니다^[8].

적절한 프로모터 선택은 하나의 공식으로 해결되지 않습니다. 근섬유 유형 선호도, 발현 강도, 지속성이 모두 중요합니다. Cyagen의 과학팀은 연구 목표에 맞는 프로모터 구조를 선택하도록 지원하고, 해당 설계를 테스트하기에 적합한 마우스 모델을 제작하거나 선정하는 과정을 도울 수 있습니다.

적절한 투여 경로 선택: 전신 투여와 국소 투여

투여 방법은 생체분포와 실험 결과에 큰 영향을 미칩니다.

전신 정맥 투여(설치류 연구에서는 일반적으로 꼬리정맥 투여)는 DMD 유전자 치료 프로그램처럼 광범위한 근육 발현이 필요하거나, 근육 지향성을 가진 새로운 캡시드 라이브러리를 스크리닝할 때 적합합니다. 넓은 조직 커버리지를 제공하지만, 용량 제한을 유발할 수 있는 오프타겟 장기를 피하기 위해 강한 근육 특이성을 가진 벡터가 필요합니다.

그림 7. 꼬리정맥 주사 모식도 ^[9]

국소 근육 내 주사는 단일 근육 기능을 조사하거나, 손상 또는 위축에 대한 국소 치료를 시험하거나, 전신 접근으로 확장하기 전에 특정 근육군에서 구성체를 평가할 때 높은 효율성을 제공합니다. 적절한 기술은 일관된 전달을 보장하고 변동성을 최소화합니다.

그림 8. 골격근의 기본 구조 ^[9]

Cyagen의 전임상 CRO 서비스는 전신 및 국소 AAV 투여를 모두 포함하며, 벡터 게놈 정량, 전이유전자 mRNA 및 단백질 발현, 근육 병리의 조직학적 평가, 기능적 판독값(근력 생성, 지구력 등)과 같은 후속 분석도 제공합니다. 당사는 규제 및 논문 발표 목표에 맞는 연구를 설계합니다.

요약하면, 근육 조직 내 다양한 타겟 세포에 권장되는 주사 방법, 혈청형, 프로모터는 표 1에 참고용으로 정리되어 있습니다.

표 1: 권장 주사 방법 및 용량

전략에서 데이터로: Cyagen의 근육 AAV 연구 지원

타겟화 전략에 대한 교육적 정보는 중요하지만, 실제 실행에는 적절한 생물학적 시스템이 필요합니다. 이 부분에서 Cyagen은 학계와 산업계 연구자에게 명확한 강점을 제공합니다. 당사는 mdx 마우스 모델 전임상 테스트에 적합한 여러 mdx 변이체와, 임상적으로 관련성이 높은 엑손 영역을 포함하는 AAV 연구용 인간화 DMD 마우스 모델 등 근육 질환 모델 포트폴리오를 유지하고 지속적으로 확장하고 있습니다. 이러한 모델은 사람 질환 병리의 핵심 특성을 재현하고, 인간 특이적 서열 또는 수용체 평가를 가능하게 하므로 근육 타겟 AAV 치료법 테스트에 특히 유용합니다.

표 2: 근육 타겟 AAV 치료 테스트를 위한 대표 모델

이 표는 본 글에서 설명한 연구 방향과 관련된 Cyagen 포트폴리오의 대표 모델을 보여줍니다. 수용체 매개 전달 또는 강화된 타겟화를 탐색하는 프로그램의 경우, 근육 질환 배경에서 관련 인간 수용체를 공동 발현하는 맞춤 모델을 생성할 수 있습니다. 이러한 역량은 마우스 연구와 사람으로의 전환 사이의 간극을 줄이는 데 도움이 됩니다.

모델 제공을 넘어, Cyagen의 통합 유전자 치료 CRO 플랫폼은 전체 워크플로우를 지원합니다.

• 맞춤 모델 제작(KO, KI, 인간화 또는 조직 특이적 모델)
• in vivo AAV 벡터 테스트 및 최적화
• 포괄적인 생체분포 및 발현 프로파일링
• 임상적으로 관련된 평가 지표를 활용한 효능 연구
• 안전성 및 면역원성 평가

Cyagen은 연구 프로그램을 효율적으로 추진하는 데 필요한 모델, 기술 전문성, 데이터 품질을 제공합니다.

근육 유전자 치료 프로그램을 다음 단계로 발전시킬 준비가 되셨나요?

위에서 소개한 전략들은 이미 주요 연구팀들이 더 효율적이고 안전한 근육 타겟화를 달성하는 데 활용되고 있습니다. 다음 단계는 질환 관심사와 치료 접근법을 정확히 반영하는 모델에서 이러한 전략을 적용하는 것입니다.

Cyagen은 파트너가 될 준비가 되어 있습니다. 특정 인간화 모델, 새로운 타겟을 위한 맞춤 유전자 편집, 또는 AAV 벡터 생체분포 연구와 기능적 효능 연구를 포함하는 AAV 근육 유전자 치료 전임상 CRO 지원이 필요하든, 당사 팀은 일정과 목표에 맞춘 솔루션을 설계할 수 있습니다.

현재 제공 가능한 모델과 CRO 역량을 확인하거나 직접 문의해 주십시오. 함께 유망한 AAV 타겟화 전략을 근육 질환 환자에게 의미 있는 치료적 진전으로 연결할 수 있습니다.

참고문헌

1. REGENXBIO Inc. REGENXBIO Announces Positive Topline Results from Pivotal Phase III AFFINITY DUCHENNE® Study of RGX-202 [press release]. May 14, 2026. Available from: https://ir.regenxbio.com/news-releases/news-release-details/regenxbio-announces-positive-topline-results-pivotal-phase-iii

2. Gillies, A.R. and R.L. Lieber, Structure and function of the skeletal muscle extracellular matrix. Muscle Nerve, 2011. 44(3): p. 318-31.

3. Donadon, M. and M.M. Santoro, The origin and mechanisms of smooth muscle cell development in vertebrates. Development, 2021. 148(7).

4. Tabebordbar, M., et al., Directed evolution of a family of AAV capsid variants enabling potent muscle-directed gene delivery across species. Cell, 2021. 184(19): p. 4919-4938.e22.

5. Ramirez, S.H., et al., An Engineered Adeno-Associated Virus Capsid Mediates Efficient Transduction of Pericytes and Smooth Muscle Cells of the Brain Vasculature. Hum Gene Ther, 2023. 34(15-16): p. 682-696.

6. Wang, B., et al., Construction and analysis of compact muscle-specific promoters for AAV vectors. Gene Ther, 2008. 15(22): p. 1489-99.

7. Salva, M.Z., et al., Design of tissue-specific regulatory cassettes for high-level rAAV-mediated expression in skeletal and cardiac muscle. Mol Ther, 2007. 15(2): p. 320-9.

8. Ribault, S., et al., Chimeric smooth muscle-specific enhancer/promoters: valuable tools for adenovirus-mediated cardiovascular gene therapy. Circ Res, 2001. 88(5): p. 468-75.

9. Gushchina, L.V., Intramuscular and Intravenous AAV-Mediated Gene Delivery in Mouse Models. Methods Mol Biol, 2026. 2975: p. 251-261.