Molecular Therapy Advances｜AI-AAV 벡터 AAV2.PN168와 안과 유전자 치료의 새로운 가능성

AI-AAV 벡터는 안저 유전자 치료의 전달 난제를 어떻게 해결하는가

망막 퇴행성 질환 및 안과 유전자 치료 연구개발에서 AAV 벡터가 더 미세침습적인 투여 경로를 통해 넓고 안정적이며 안전한 망막 전달을 구현할 수 있는지는 후보 치료법의 임상 전환 경로에 직접적인 영향을 줍니다. 본 글은 싸이아젠 유전자 치료 연구팀이 Molecular Therapy Advances에 발표한 AI-AAV 캡시드 연구를 기반으로, AAV2.PN168의 유리체강 주사, 종을 넘는 망막 형질도입, LCA1 및 wAMD 모델에서의 약효 검증 핵심 내용을 정리합니다.

2026년 7월, 싸이아젠 유전자 치료 연구팀은 광둥성 생물기술연구원 및 지난대학교와 공동으로 Molecular Therapy Advances에 「AI-engineered AAV Capsid Enables Intravitreal Delivery for the Treatment of Diverse Retinal Degenerations」라는 연구 논문을 발표했습니다. 연구는 자체 개발 AI 다목표 반복 스크리닝 플랫폼과 새로운 안과 전용 AAV 변이체 AAV2.PN168을 처음으로 체계적으로 공개했습니다. 해당 벡터는 기존 망막 유전자 치료의 핵심 한계인 “망막하 주사의 높은 침습성”과 “제한적인 형질도입 범위”를 해결하는 데 초점을 맞추며, 단회 유리체강 주사만으로 마우스와 비인간 영장류(게잡이원숭이)에서 전층 망막 및 황반의 고효율 형질도입을 구현하고, Leber 선천흑암시 1형(LCA1) 및 습성 연령관련 황반변성(wAMD) 두 가지 실명성 안질환 모델에서 장기 치료 가능성을 제시했습니다.

이미지 출처: Molecular Therapy Advances (링크: AI-engineered AAV Capsid 논문 전문 페이지)

기존 AAV 안저 전달의 임상적 병목

망막 퇴행성 질환(retinal degenerations)은 전 세계적으로 비가역적 실명을 유발하는 주요 원인 중 하나이며, 유전성 LCA와 노화 관련 wAMD 등 다양한 환자군을 포함합니다. 아데노연관바이러스(AAV)는 현재 가장 성숙한 in vivo 유전자 치료 벡터 중 하나이지만, 기존 임상 벡터에는 두 가지 핵심 한계가 있습니다.

1. 투여 방식의 침습성이 높다

주류 방식은 망막하 주사에 의존하며, 바늘이 층상 망막을 관통하기 때문에 망막 열공, 황반 병변, 수술 후 출혈, 신생혈관 악화 등 중대한 합병증을 유발할 수 있습니다. 또한 유전자 발현은 국소적인 “bleb 영역”에 한정되기 쉬워 넓게 퇴행한 망막 조직을 충분히 커버하기 어렵습니다.

2. 유리체강 주사 후 형질도입 효율이 낮다

기존 AAV2 및 임상에서 사용되는 AAV2.7m8은 유리체강 투여 후 망막의 다층 장벽을 통과해 광수용체 세포층(외핵층, ONL)에 도달하기 어렵고, 황반 영역의 형질도입 비율도 낮은 편입니다. 따라서 임상에서는 단백질 약물의 반복적인 안구 내 주사가 필요한 경우가 있으며, 치료 비용과 환자 순응도에 부담이 됩니다. 기존 AAV 개량은 지향성 진화와 합리적 돌연변이에 의존해 스크리닝 주기가 3년 이상으로 길고, 라이브러리 처리량이 제한되며, 종간 형질도입 결과가 불안정하다는 한계가 있었습니다. 또한 해외 성숙 캡시드 특허에 장기간 의존해 왔고, 국내에서는 비인간 영장류 검증을 거친 자주적 유리체 전용 AAV 벡터가 부족했습니다.

싸이아젠 자체 개발 3모듈 AI 반복 플랫폼

본 연구의 핵심 혁신은 마우스와 비인간 영장류에 모두 적응하는 AI 삼중 루프 스크리닝 시스템입니다. 싸이아젠과 YIMA Gene이 독자적으로 구축한 이 워크플로우는 전 과정에서 디지털 예측과 고처리량 NGS wet-lab 검증을 연결하며, 기존 지향성 진화 대비 개발 주기를 1년으로 단축했습니다. 이는 종간 예측과 다목표 모델링 능력을 동시에 갖춘 드문 AAV 캡시드 AI 설계 시스템 중 하나입니다.

AI 기반 AAV 캡시드 폐루프 스크리닝 과정 도식

1. 두 가지 AI 예측 모델 구축

수율 예측 모델: 백만 단위 AAV2 캡시드 삽입 돌연변이 NGS 시퀀싱 데이터를 기반으로 CNN+LSTM 딥러닝 프레임워크를 통합하여 돌연변이체의 포장 능력을 예측했습니다. 테스트 세트의 스피어만 상관계수는 R=0.852였으며, 저수율 돌연변이주를 크게 걸러낼 수 있습니다.

종간 망막 타겟팅 모델: 마우스와 게잡이원숭이 망막 타겟팅 예측 모델을 각각 구축했습니다. 게잡이원숭이 모델의 예측 정확도는 R=0.895로, 영장류 안저에서의 형질도입 능력을 사전에 예측하여 비인간 영장류 실험 비용을 줄일 수 있습니다.

이종 AI 예측 모델 피팅 결과

2. 유전 알고리즘 기반 폐루프 반복 스크리닝

AAV2 VP3의 헤파린 결합 부위 R587/588을 돌연변이 삽입 위치로 삼아 7–12개 아미노산의 무작위 돌연변이 라이브러리를 구축했습니다. NSGA-II 다목표 유전 알고리즘이 새로운 서열을 지속적으로 생성하고, AI가 포장 수율, 마우스 망막 타겟팅, 영장류 망막 타겟팅 세 가지 지표를 동시에 평가하여 고잠재력 변이체를 자동 반복 스크리닝했으며, 최종적으로 최적 변이체 AAV2.PN168을 확보했습니다.

3. 대량 생산에 적합한 수율 우위

AAV2.PN168은 바이러스 정제 후 상대 수율이 야생형 AAV2의 2.74배로 확인되어, 산업적 스케일업 생산과 임상 등급 대규모 제조 수요에 적합한 특성을 보였습니다.

다종 검증: AAV2.PN168의 황반 및 전망막 고효율 형질도입

본 연구는 “마우스에서 비인간 영장류로” 이어지는 단계적 전임상 검증 로직을 엄격히 따랐습니다. 단일세포 시퀀싱, 조직 형광 3차원 재구성, ddPCR 등 다중 데이터를 통해 AAV2.PN168이 기존 임상 벡터 AAV2.7m8을 능가함을 보여주었습니다.

1. 비인간 영장류(게잡이원숭이) 핵심 데이터

동일한 5×10¹⁰ vg/eye 유리체강 투여 조건에서 AAV2.PN168은 다음과 같은 특징을 보였습니다.

• 망막 전역의 형광 커버리지 면적이 AAV2.7m8보다 높았습니다.
• 황반, 중심 망막, 주변 망막의 외핵층(광수용체 세포층)에서 GFP 양성 세포 비율이 전반적으로 증가했으며, 황반 영역에서 형질도입 우위가 가장 두드러졌습니다.
• 안저경 및 단일세포 면역조직화학 분석에서 뚜렷한 안구 염증이나 면역세포 이상 활성화가 확인되지 않아 양호한 안전성을 보였습니다.
• 투여 용량을 높이면 형질도입 범위를 추가로 확대할 수 있었고, 명확한 독성 부작용은 관찰되지 않았습니다.

게잡이원숭이 망막 각 영역에서 광수용체 세포 형질도입 효율 정량 비교

게잡이원숭이 투여 실험 설계와 안저 형광 이미징 결과

2. 마우스 in vivo 광범위 형질도입 결과

생체 형광 이미징, 망막 절편 정량, 루시퍼레이스 생체 이미징, ddPCR 다중 검출 결과, 단회 유리체강 주사 후 AAV2.PN168의 전망막 발현 강도는 AAV2.WT 및 AAV2.7m8보다 현저히 높았으며, 광수용체 세포, bipolar cell, Müller glial cell 등 주요 안저 세포에 효율적인 유전자 전달이 이루어졌습니다.

마우스 변이체 스크리닝 실험 설계 및 루시퍼레이스 발현 정량

마우스 생체 안저경 및 ex vivo 절편의 형광 강도 비교

두 가지 실명성 안질환 모델에서 확인된 장기적 질환 개선

연구는 임상적으로 대표성이 높은 두 가지 망막 퇴행성 질환 모델을 선택하고, 해당 치료 유전자를 탑재해 임상 전환 가능성을 검증했습니다. 두 모델 모두 단회 유리체강 주사만으로 평가되었으며, 기존 약물의 반복적인 안구 내 투여 방식과 차별화됩니다.

1. LCA1(Gucy2d/e 이중 Knockout(KO) 마우스, 선천성 실명 모델)

벡터는 광수용체 특이적 hGRK 프로모터로 인간 GUCY2D 복구 유전자를 구동했습니다.

• 투여 후 28일 및 56일 두 차례의 ERG 전기생리 검사에서 암순응 및 명순응 망막 전기 신호 진폭이 크게 회복되었고, 시각 기능은 AAV2.7m8 투여군보다 우수했습니다.
• Optomotor response(OMR) 행동학 실험을 통해 마우스의 시각 인지 능력이 뚜렷하게 회복되었음을 확인했습니다.
• ddPCR 검사에서 망막 hGUCY2D mRNA 발현량이 대조군보다 현저히 높아, 광수용체 세포에서 장기 유전자 복구가 이루어졌음을 보여주었습니다.

LCA1 마우스 모델 ERG 전기생리 및 optomotor response 약효 평가 그림

2. wAMD(hVEGFA 전이유전자 마우스, 신생혈관 누출 모델)

벡터는 라니비주맙 유래 항-VEGF fragment를 코딩했습니다.

• 단회 AAV 투여 21일 후, 안저 형광혈관조영에서 망막하 삼출이 빠르게 감소했으며, 회복 속도와 회복 비율은 매주 반복 투여된 라니비주맙 단백질 약물보다 우수했습니다.
• 망막 내 항-VEGF 항체 mRNA가 높게 발현되어 비정상 신생혈관을 장기적으로 억제하고, 반복 천자에 따른 감염 및 출혈 위험을 회피할 가능성을 보였습니다.

wAMD 모델에서 항신생혈관 치료 효과를 보여주는 도식

연구의 한계와 향후 임상 전환 계획

논문은 현 단계에서 추가 최적화가 필요한 부분을 객관적으로 설명하는 동시에, 싸이아젠의 후속 기술 반복 로드맵도 명확히 제시합니다.

1. 남아 있는 최적화 공간

• 본 연구는 주로 광범위 발현 CAG 프로모터를 사용했으며, 향후 망막 특이적 프로모터를 체계적으로 평가하여 epigenetic silencing 리스크를 줄일 예정입니다.
• 비인간 영장류 샘플 수는 제한적이므로, 향후 동물 수를 확대하고 6개월 이상의 장기 안전성 관찰을 연장할 계획입니다.
• 캡시드와 헤파린 수용체의 상호작용 기전은 추가 분석이 필요하며, 차세대 AI 변이체 최적화를 위한 구조적 기반이 될 수 있습니다.

2. 산업화 및 파이프라인 확장

• 완전한 자체 지식재산권: AAV2.PN168 및 전체 AI 스크리닝 플랫폼, 투여 방법에 대해 국내외 발명특허를 출원했으며, 해외 특허에 의존하지 않습니다.
• 다양한 적응증 확장: LCA와 wAMD 외에도 X-linked retinoschisis 및 기타 유전성 망막변성 등 안과 질환 모델에서의 평가를 진행할 예정입니다.
• 서열 최적화 업그레이드: 치료 유전자의 codon optimization을 적용하여 임상 투여 용량을 낮추고 안전성 윈도우를 향상시킬 계획입니다.
• 플랫폼 개방 협력: 싸이아젠은 제약사와 연구기관을 대상으로 AI-AAV 맞춤형 스크리닝, 안과 약물 효능 평가를 포함한 원스톱 CRO 서비스를 제공하여 안과 유전자 치료 연구개발을 가속화합니다.

산업적 가치: 국산 AI+AAV 기술을 통한 안과 유전자 전달의 도약

1. 투여 패러다임의 혁신

고위험 망막하 수술을 외래에서 수행하기 쉬운 미세침습적 유리체강 주사로 대체함으로써, 임상 조작 난이도와 환자 손상을 낮추고 안저 유전자 치료의 접근성을 높일 수 있습니다.

2. AI와 생물학 융합의 실증 사례

AI 딥러닝이 AAV 캡시드 연구개발 주기를 크게 단축할 수 있음을 보여주었으며, 기존 스크리닝의 비효율적 병목을 극복하고 신경, 간 등 다른 조직 타겟 AAV 개발에도 적용 가능한 표준화된 기술 패러다임을 제시했습니다.

3. 안과 유전자 전달 자주 기술의 진전

비인간 영장류에서 완전한 검증을 거치고 유리체 투여에 적합한 자체 AAV 캡시드 수준을 높임으로써, 해외 벡터 기술 의존도를 낮추고 안과 유전자 치료의 임상 적용을 뒷받침합니다.

4. AAV 수율 모델 예측 도구 공개

연구에서는 AAV 캡시드 수율 모델 예측 도구도 공개했습니다. 이는 연구자에게 무료로 제공되는 AAV 벡터 개량 예측 서비스이며, AAV 수율 모델 예측 도구에서 사용할 수 있습니다.

5. 전주기 연구개발 폐루프

싸이아젠은 “AI 캡시드 설계–벡터 구축–AAV 패키징–마우스 약효–비인간 영장류 약효 평가” 전 과정을 자체적으로 통합하며, 국내 CGT 기업에 원스톱 전임상 연구개발 솔루션을 제공합니다.

연구팀 소개

본 연구는 싸이아젠 회장 Lance Han, YIMA Gene 책임자 Sheng Ren 박사, 광둥성 생물기술연구원 Zhang Yu 부원장이 공동 교신저자로 참여했으며, Mochen Cui, Huaqing Liu, Lei Cai가 공동 제1저자로 참여했습니다. 연구는 광저우 YIMA Gene, 싸이아젠, 광둥성 생물기술연구원, 지난대학교 의과대학 등 여러 기관의 협력으로 수행되었습니다.

결론

이번 Molecular Therapy Advances 논문 발표는 싸이아젠의 AI 기반 AAV 캡시드 공학 기술이 국제 동료심사를 통해 검증되었음을 보여줍니다. 앞으로 싸이아젠은 AI 생물정보 계산과 유전자 전달 벡터 연구의 융합을 지속적으로 심화하고, 자체 AAV 플랫폼, 표준화된 질환 동물 모델, 전임상 약물 효능 평가 시스템을 바탕으로 글로벌 바이오의약 파트너와 함께 다양한 안저 유전자 치료 후보물질 개발을 추진할 것입니다.

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저널 정보: Molecular Therapy Advances

DOI: 10.1016/j.omta.2026.201806

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