본고는 코로나19의 치료제 및 백신에 대한 전망과 보급 시기에 관한 두 개 기사 중 두 번째 시리즈이다. 본고의 목표는 보건의료 부문의 노력에 대한 실질적인 평가를 하여 이를 회사와 지역사회의 미래를 계획해야 하는 비즈니스 리더와 공중보건 책임자에게 제공하는 것이다. 본고에서는 백신에 대한 전망을 살펴보며, BCG의 과학 전문가 집단이 수행한 광범위한 연구를 기반으로 한다. 500명이 넘는 전세계의 해당 전문가들은 석/박사 학위(예: MD, PhD) 보유자이며 관련 민간부문 경험을 보유하고 있다.
코로나19에 대한 효과적인 백신은 언제 개발될 것인가? 모두가 이 질문을 하고 있으며, 사회가 코로나19 이전 세상으로 확실하게 돌아갈 수 있는 시기가 그 답변에 달려있을 가능성이 높다.
백신 개발 시기와 가용성을 추정하기 위해서는 이하의 4개 요소를 이해해야 한다.
- 역학적 불확실성. 시장성 여부는 전통적으로 글로벌 백신 개발에 있어 상업적 장벽으로 작용해 왔다. 역설적이게도 코로나19백신의 가용성에 대한 불확실성이 커진 이유는 감염 건수가 (사회적 거리 두기 및 기타 조치로 인해) 감소함에 따라 신속한 검사가 더 어려워지기 때문일 수 있다. 숙련된 역학자들이 고도의 혈청학적 항체 검사를 할 수 있다면 이러한 상황에 도움이 될 수 있으며, 백신개발 위험을 줄이고 속도를 가속화할 수 있는 자금지원도 도움이 될 것이다.
- 과학적 불확실성. 성공적으로 백신을 개발하는 것은 복잡한 작업이며, 특히 과학적 지식이 아직 구축되지 않은 새로운 병원체를 다룰 때는 더욱 그러하다. 백신 후보물질의 성공률은 일반적으로 임상 전 연구에서 임상시험, 허가 단계까지 10% 이하를 기록한다.
- 안전성 및 효능 증명. 일반적으로 규제당국의 승인을 획득할 수 있는 임상 패키지를 완성하는 데 5년에서 10년이 소요된다.
- 대량 제조. 백신이 과학적으로 검증되면, 전 세계적으로 집단면역을(예방접종 또는 이전 감염으로 인해 발생) 가능하게 하는 규모로 생산되어야 한다. 이는 아마도 전 세계 인구의 60% 이상을 대상으로 해야 한다는 것을 뜻하며, 싱글도즈(single-dose) 백신의 경우 최대 50억 회 투여 물량을, 멀티도즈(multi-dose) 백신의 경우 100억 회 이상 투여 물량이 필요할 수 있다. 상당한 생산 규모가 요구되기 때문에 제조 요구 충족을 위해 지금 바로 결단력 있게 움직이는 것이 중요하다. 또한 어떤 백신이 궁극적으로 가장 성공 가능성이 큰 지에 따라 인프라를 조정하거나 재분배할 수 있어야 한다.
공공부문과 민간부문 모두 이러한 문제를 해결하기 위한 혁신적인 방법을 찾는 데 상당한 자원을 투입하고 있다. 일반적으로 순차적으로 수행되던 다수 활동이 상당한 재정 위험을 무릅쓰고 동시에 수행되고 있다. 안전성과 효능을 입증하기 위한 임상 데이터를 생성하고 세계적 규모로 제조해야 한다는 것은 필요한 물량만큼 백신을 생산하는 것이 적어도 12개월에서 18개월 후에야 가능할 것임을 의미한다. 그마저도 최상의 경우이고, 늦어지는 경우에는 2021년 2분기 또는 4분기까지 기다려야 할 수도 있다. 긍정적인 실험결과와 규제기관의 승인이 이루어진다고 가정하면, 고위험 그룹에서 긴급사용을 위해 제한된 양의 백신 출시가 올해 말에 이루어질 수 있을 것이다. 이것은 수백만 회의 투여 물량이 될 것이다.
백신 개발까지 12개월에서 18개월이 걸릴 것으로 추정할 때, 이는 문제 없이 다양한 시험 단계를 모두 통과한다는 가정에 기반한다. 24개월에서 36개월(2022년 ~ 2023년)까지 걸릴 수 있다고 추정하는 경우도, 여전히 백신 개발이 기록적으로 빠르게 이루어지는 경우가 될 것이다. 백신 프로그램의 복잡성을 감안할 때 출시까지 더 오래 걸리는 시나리오를 예상하고 계획하는 것이 현명할 것이다(코로나19 치료제 전망에 대한 첫 번째 기사 참조).
아래에서는 현재 백신 후보물질들, 백신에 대한 과학적 확신을 얻는 데 관련된 요소 및 충분한 물량 제조를 위해 지금 이루어져야 하는 투자 내용을 살펴보고자 한다.
백신 개발에 영향을 미치는 일부 요인
코로나19의 SARS 및 MERS와의 유사성 덕분에 연구자들은 코로나 바이러스와 관련된 사전 연구를 기반으로 개발을 가속화할 수 있었다. 2020년 4월 중순을 기준으로, 115개가 넘는 백신 후보물질이 개발 중이다. 전염병 백신은 일반적으로 마지막 단계까지 성공하는 확률이 10% 미만이며 상이한 하위 집단에서 안전성 및 효능이 달라질 수 있다는 것을 고려하면, 충분한 후보물질이 존재하는 것이 중요하다.
다른 종류의 백신 사이에 불가피하게 상호 절충해야 하는 점도 있을 것이다. 예를 들어, 고령 인구의 면역 반응이 다르게 나타나 더 높은 용량 또는 면역증강제가 필요할 수 있으며, 그 필요성은 백신에 따라 달라질 수 있다. 보관 요건은 특히 개발 도상국에서 공급망 문제를 야기한다. 이는 여러 인구집단 및 지역에 걸쳐 안전하고 효능 있는 백신을 개발하는 것이 어렵다는 점을 잘 보여준다.
현재로서는 코로나19가 지속될 지, 재확산이 향후 나타날 지, 계절성 질병(예: 독감)이 될 지 또는 풍토병이 될 지 알 수 없다. 전염병 연구는 개발 가속화 능력에 큰 영향을 미친다. 잘 알려진 백신 후보물질을 발견한 옥스퍼드 대학교 Jenner Institute의 연구진은 앞으로 몇 달 동안 감염 건수가 감소한다면 영국에서 제2상, 3상 임상시험을 신속하게 진행할 수 있을 지 여부에 대해 우려를 표명했다. 이러한 불확실성에도 불구하고, 어려운 개발일정을 실현하기 위해 필요한 상당한 투자를 지금 실시해야 한다.
12~18개월의 개발 일정 달성
전통적인 단백질 서브유닛(subunit) 백신, 전세포(whole-cell) 백신 및 보다 새로운 핵산 기반 기술을 포함하여 다수의 백신 형태가 개발 및 임상시험 중에 있다. 임상 데이터가 가용해 지면 코로나19에 대해 어떤 접근법의 성공 가능성이 가장 높은지 더 잘 이해할 수 있다. 현지까지는 바이러스의 변이율에 대한 데이터가 제한되어 있는데, 이는 잠재적 백신의 효과에 영향을 준다(mRNA 기술이 백신을 신속하게 조정하거나 필요한 경우 여러 항원을 결합하는 데 적합할 수도 있음).
전통적인 백신개발에 과정에 따르면 세 가지 임상시험 단계 각각을 계획하고, 환자를 모집하며 시험을 수행하는 것이 요구되며, 각 단계를 설계하는 데 필요한 데이터도 생성해야 한다. 백신이 안전하다는 것이 입증되어야 하며(1상), 이를 위해 일반적으로 각 환자에게 투여 후 6~12개월 동안의 데이터 수집이 필요하다. 2상 시험은 필요한 투여량을 결정지으며, 3상은 완전한 효능에 대한 연구이다. 제약회사가 백신의 효능에 확신을 가지게 되면 상업적 출시를 준비하기 시작한다. 이러한 전체 과정이 일반적으로 5년 ~ 10년 소요된다.
12개월에서 18개월 안에 백신을 개발한다는 것은 전례가 없었지만, 현재 전례 없는 시대가 펼쳐지고 있다(도표 1 참조). 개발과정을 앞당기기 위해 해당 기업들은 다음을 해야 한다.
- 환자를 신속하게 모집하고 투여하며 데이터를 수집하기 위하여 임상 현장에 필요한 전담 인력 구축
- 연구 설계 및 제한된 데이터에도 불구하고 후속 연구단계로 진행하는 가능성에 대해 규제기관과 협력(이하에 기술된 CanSino Bio 백신의 경우 참조)
- 내부 제조를 위해 상당한 재정 위험을 무릅쓰고라도 대규모 제조역량에 투자하고 단기 제조 역량을 확대하기 위해 제휴관계 형성
패스트 무버. 본고 작성 시점을 기준으로, 6개 제약회사와 교육기관(Moderna, Inovio, CanSino Bio, 옥스포드 대학교 Jenner Institute, Sinovac, Shenzhen Genoimmune Medical Institute)에서 발견한 7가지 백신 후보물질이 이미 임상시험 단계에 돌입했다. 이들 기관 중 어느 곳도 백신 상용화 단계까지 완수한 곳이 없으므로 파트너십이 핵심이 될 것이다.
중국 CanSino Bio의 백신개발 진전이 가장 많이 이루어진 상태이다. 이 회사는 현재 QR 코드를 사용하여 환자를 제2상 임상시험에 등록하고 있다. 미국 기업 Moderna는 전염병대비혁신연합(Coalition for Epidemic Preparedness Innovations, 빌 & 멜린다 게이츠 재단과 Wellcome Trust 가 설립) 및 미국 국립 알레르기·전염병 연구소(National Institute of Allergy and Infectious Diseases, 미국 국립보건원의 조직)와 제휴하여 서열 선택 후 42일 만에 기록적인 속도로 1상 연구를 위해 새로운 핵산 기반 mRNA 기술을 사용하는 최초의 백신 후보물질 배치를 생산했다. 고령층을 위한 백신의 중요성을 고려하여 미국국립보건원이 시험에 참여하는 환자 수를 확대하여 56 세 이상(71세 이상의 코호트 포함)을 포함시켰다.
BioNtech 등이 추진하는 mRNA 기술과 Inovio 등이 추구하는 DNA 기반 기술을 이용하는 여타 백신 후보물질들도 비슷한 진전을 보이고 있지만, 이들 접근 방식은 전통적인 기술과 동일한 수준의 안전성 및 효능 데이터를 가지고 있지 않다.
전통적인 대형 제약사. 대형 제약회사는 일단 그들의 백신 후보물질이 임상시험에 진입하면 과거의 백신개발 경험을 바탕으로 더 빠른 결과를 얻기 위해 자사의 전세계적 인프라를 활용하여 신속하게 움직이려 할 것이다. Pfizer는 주요 mRNA 업체인 BioNTech와 파트너십을 맺었으며 2020년 4월 말 기준 시험을 앞두고 있다. Johnson & Johnson은 경험과 인프라를 활용하여 임상시험을 신속히 추진함으로써 백신 생산을 위한 플랫폼 기술을 빠르게 발전시키는 것을 목표로 하고 있다. 해당 기업은 생산능력을 약 10억 회 투여용량 규모로 확대하고 있다고 공개적으로 선언했다. Sanofi와 GlaxoSmithKline은 두 회사의 기술을 사용하여 면역증강제와 함께 백신을 개발하는 독특한 파트너십을 형성했다. 이들 기업도 또한 12 ~ 18개월 내에 10억 회 투여용량의 백신 후보물질을 생산하고자 하고 있다.
출시 가속화. 여러 여타 업체들이 임상 개발을 준비함에 따라 몇 가지 방안이 출시를 가속화할 수 있지만 이하와 같은 위험이 뒤따른다.
- 중간 데이터 이용. 일반적으로 제약회사는 다음 단계의 시험을 진행하기 전에 전체 임상 데이터가 나오기를 기다린다. 그러나 코로나19 백신개발 경쟁 속에서 제약회사들은 중간 데이터에 기반하여 임상시험들을 준비하고 있다. CanSino Bio는 제1상 임상시험 1개월 동안 축적된 중간 안전 데이터를 사용하여 중국에서의 2상 임상시험을 추진했다. 이 경우 어느 정도의 위험이 수반되며, 규제기관이 해당 위험을 신중하게 평가할 가능성이 높다. 미국에서 Moderna는 최근 2020년 2분기에 2상 임상시험을 실시하기 위한 신청서(IND)를 제출했다. 해당 임상시험에서는 300명의 18세 ~ 55세 지원자와 또 다른 300명의 55세 이상 참여자들이 두 차례 투여 받고 1년 동안 평가를 받게 된다. Moderna는 이전 시험 단계가 진행 중이더라도 2020 년 가을까지 제3상 임상시험을 시작할 수 있다고 공개적으로 발표했다.
- 효능분석 가속화. 바이러스가 특정지역에서 전염병을 발생시키는 경우 효능평가를 신속하게 할 수 있다. 그러나 감염 건수가 계속 감소하면 효능 시험이 더 어려워 질 수 있으며 대체 접근법이 필요할 수 있다. 예를 들어 감염 모델에서 안전한 것으로 입증된 백신에 “시험투여 연구(challenge study)”를 수행하여 초기 효능을 입증할 수 있다. 그러나 현재 사용 가능한 모델이 없으며 보호반응과 관련된 면역 지표가 무엇인지에 대한 이해도 부족하다.
일부 연구자들은 백신접종 후 통제된 환경에서 지원자들이 바이러스에 노출되도록 하는 인간 감염 연구를 제안했다. 이 접근법은 많은 윤리적 문제를 제기하며 자발적 참여자들에게 일어날 수 있는 위험을 완화하기 위해 효과적인 치료법이 가용해야 한다. 이러한 유형의 연구는 과거에 인플루엔자, 말라리아 및 노로 바이러스 질병에 대해 수행되었으며 일반적으로 중증질환 위험이 낮은 건강한 지원자를 필요로 한다.
기타 변수. 어떤 사람들은 예방접종에 대한 면역 반응이 불충분하므로 2차 투여를 필요로 한다. 60세 이상 환자를 위한 백신이 절실히 필요한 상황이며, 연령에 따라 면역체계에 변화가 일어나 면역 반응에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 이유로, 임상시험에 60세 이상의 환자가 충분히 참여하도록 하는 것이 중요하다.
코로나19에 대해 알려지지 않은 사실이 많다는 점을 감안하면, 멀티도즈 백신의 가능성이 높으며, 이는 제조 문제를 더욱 악화시킨다. Moderna와 Johnson & Johnson은 생물의약품첨단연구개발국(Biomedical Advanced Research and Development Authority, 미국 보건복지부 조직)으로부터 대량 생산을 지원하기 위한 상당한 투자를 하겠다는 약속을 받았다.
4월 말, 많은 회사들이 생산 규모를 늘리기 위해 제휴간계를 맺었다. Johnson & Johnson은 Catalent 및 Emergent BioSolutions와 제휴 관계를 맺고 있으며 추가 생산용량을 확보하기 위해 내부적으로 투자하고 있다. Moderna와 Lonza의 파트너십은 최대 10억 회 투여 물량을 생산하는 것을 목표로 한다(임상시험에서 적은 투여량이 적용되는 것을 가정, 도표 2 참조). AstraZeneca는 글로벌 제조 및 유통권 확보를 위해 옥스포드 대학의 Jenner Institute와 파트너 관계를 맺었다. 중국에서 Sinovac은 연간 약 1억 회 투여 물량를 공급할 수 있는 223,000 평방 피트의 공장건설 계획을 발표했다. 이들은 긍정적인 진전이지만, 항원을 제조하는 것은 생산확대 문제의 일부분일 뿐이므로 생산확대 문제를 심각하게 받아들여야 한다. 백신의 최종 충전-완제화 공정에서 심각한 병목현상이 발생한다(이하 참조).
특별한 시기에는 혁신적 업무방식이 요구됨
코로나19가 사회에 미치는 심각한 공중보건 및 경제적 부담을 감안할 때, 전 세계 규제당국(예: 미국 식품의약품청, 유럽 의약품청)은 승인 경로 가속화(또는 대안 마련)를 위해 기업들과 협력할 가능성이 높다. 이것은 상용 백신을 아직 개발하지 않은 회사에게 특히 중요하다. 본질적으로 규제기관은 다음과 같은 방법으로 후보물질이 다양한 시험 단계를 효율적으로 거칠 수 있도록 함으로써 개발 노력을 이끄는 데 보다 적극적인 역할을 수행 할 것이다.
- 입지 선정을 위한 지리적 전략에 대해 조언 제공
- 임상시험 계획서에 대한 권고
- 시험설계 및 실행에 대한 권고
- 최종 데이터 분석까지 기다리기 보다는 주기적으로 데이터 검토
미국에서는 FDA의 긴급 사용 승인(Emergency Use Authorization)이 아마도 통제된 환경 하의 소규모 출시에 도달하는 가장 빠른 경로일 것이다. 해당 승인을 획득하기 위해서는 최초 투여에 대한 명확한 안전성이 보장되어야 하며 해당 백신이 조기에 효과적인 면역 반응을 일으켜야 한다. 다수의 백신개발 업체들이 일단 임상시험(약 6개월 소요)에서 적절한 안전성 데이터를 생성하면, 백만 회 이하의 투여용량으로 해당 승인을 신청할 것이라고 밝혔다. 이는 2020 년 3분기에 소규모 출시가 가능할 것임을 암시하며, 이는 Moderna가 목표로 하는 기한일 뿐 아니라 성공적인 동물 실험 후 Jenner Institute가 발표한 예상 일정이기도 하다.
백신 승인을 가속화하기 위해 과거에 고려되었던 다른 방법으로는 동물 규정(Animal Rule, 에볼라에 적용)과 “Surrogates of Protection”이 있다. 그러나 코로나19에 백신의 경우, 기존의 동물 모델이 없거나 장기 면역과 관련된 표지자에 대한 명확한 이해가 이루어지지 않고 있기 때문에 상기 언급된 방안들은 실행 가능한 옵션이 아니다.
충전-완제화 공정에 대한 경쟁
모든 백신의 생산에 필요한 중요한 단계는 무균 충전-완제화 공정이다. 이는 액체상태의 백신을 멸균 바이알에 채우는 과정으로, 고도의 통제가 필요한 작업이다. 예상되는 규모의 수요를 감안할 때, 멀티도즈 바이알이 필요할 수 있다(즉, 하나의 바이알에 여러 사람에게 투여하기에 충분한 양의 백신이 충전됨). 현재 매년 약 60억 회 투여 용량의 백신이 생산되고 있으며, 약 16억 개의 바이알이 사용된다. 코로나19 백신에 대한 수요추정에 따르면, 약 2억 ~ 3억 개의 추가 멀티도즈 바이알이 필요할 것이다(각 바이알에 여러 차례 투여가 가능한 용량이 충전된다고 가정, 도표 3 참조). 이는 바이알 공급 및 바이알 생산에 필요한 인프라에 막대한 부담으로 작용할 것이다.
유행성 독감 대비 용도의 일부 생산시설을 이용할 수 있지만 코로나19 백신에 충분한 충전-완제화 공정이 이루어지기 위해서는 이하의 6가지 글로벌 조치가 필요할 것으로 보인다.
- 제약회사 내 생산용량 및 위탁 제조사 생산용량을 관리하고, 상황 진행에 따라 가장 유망한 후보물질 생산에 자원 재할당을 가능하게 하기 위해 업계 전반에 걸쳐 협업해야 한다.
- 동일한 생산설비에 대한 경쟁을 피하기 위해 독감백신을 미리 생산하는 등의 방안을 통해 조기 생산이 가능하도록 하고 기존 백신(또는 치료제)을 비축해야 한다.
- 제조업체가 생산라인을 준비하고 재고를 확보하며 주요 후보물질에 생산용량을 쉽게 재할당 할 수 있도록 백신 충전작업을 표준화한다.
- 기존의 생산 라인을 재구성하여 더 많은 멀티도즈 바이알 충전을 가능하게 하고 생산흐름(예: 실험실 교대근무)을 최적화하여 생산량을 증대한다.
- 스토퍼, 바이알 및 기타 물품, 특히 대용량 바이알의 공급업체와 조기에 협력해야 한다.
- 위의 조치로 불충분 한 경우, 신속한 생산확대 및 상업적 출시를 위해 추가 설비를 빠르게 구축해야 한다.
파트너십의 중요성
감염확산을 억제하기 위한 대대적인 조치가 이루어지고 있는 것을 감안할 때, 치료제나 백신이 출시되기 훨씬 전에 감염 건수가 감소할 것으로 보인다. GlaxoSmithKline의 Ebola 백신 사례에서와 같이 이러한 상황은 추진력을 약화시킬 수 있다. 해당 백신은 2014년~2016년 에볼라 종식까지 감염 건수가 줄어들면서 제3상 임상시험을 진행하는 데 어려움을 겪었다. 이러한 전망은 백신을 개발하는 업체에 상당한 불확실성을 야기하며, 외부 자금과 파트너십을 통해 지속적인 투자의 필요성을 강조한다.
정부, NGO, 자선단체 및 업계 간 파트너십을 통한 자금 지원은 모두 중요한 역할을 할 것이다.
많은 그러한 이니셔티브가 이미 진행 중이다. 4월 중순 기준, 미국 정부는 최대 38억 달러 자금지원을 약속했으며, 생물의약품첨단연구개발국(BARD)은 Johnson & Johnson과 Moderna에 각각의 백신 프로그램을 지원하기 위해 최대 10억 달러를 제공한다. 영국에서는 정부가 약 6억 8,000만 달러에 상당하는 지원을 약속했으며 그 중 3억 2,000만 달러는 이미 전염병대비혁신연합(CEPI)에 할당되었다. 독일은 CEPI에 1억 5,000만 달러를 지원한다. WHO는 ACT(Access to COVID-19 Tools) Accelerator 프로그램을 통해 백신과 치료제에 대해 최대 87억 달러 지원을 약속했다.
빌 & 멜린다 게이츠 재단은 지금까지 2억 5,000만 달러 이상을 지원했으며 제조시설에 대한 투자를 논의하기 시작했다. WHO, CEPI 및 각국 정부와의 파트너십은 백신 유통의 관리, 비축 및 투약 조정에 중요하다. 단기적으로 생산시설을 공유하여 충전-완제화 공정 등의 우선순위가 높은 문제를 해결하기 위해 산업 간 파트너십이 요구될 수도 있다.
위기는 해결책을 필사적으로 필요로 하는 동시에, 잘못된 정보뿐만 아니라 강력한 정보를 생성한다. 보건의료 및 비즈니스 분야의 의사 결정자들은 가능성에 대한 명확한 평가를 바탕으로 하는 양질의 데이터와 예측을 필요로 한다. 향후 코로나19 치료제가 출시될 것이며 성공적인 백신이 개발될 것이라는 희망도 있다. 그러나 관련 도전과제를 과소 평가해서는 안 된다. 성공적인 백신 후보물질을 찾았다 해도 시험을 거쳐 광범위하게 접종하기까지는 큰 어려움이 따를 것이다. 해결책을 찾기 위해 적극적으로 추진하는 것은 가치가 있는 일이지만 현실적인 시도를 하기 위해서는 많은 비용이 초래된다. 향후 6개월 동안 BCG의 제안 방안(toolset)이 발전할 것이다. 가장 이상적인 시나리오가 실현된다면 1년 안에 끝이 보일 것이다. 그러나 우리는 오랫동안 싸울 준비가 되어 있어야 하며 코로나19로부터 벗어나게 해줄 인간의 독창적 방안을 찾아내기 위해 시간을 계속 벌어야 한다.
