신약 개발 과정에서 ‘신약 후보 물질의 심장 안전성 예측’은 약물의 체내 안전성 평가 항목 중 가장 중요한 요소다. 심장 안전성을 위협하는 약물은 체내에 노출되어 심장에 도달하면 심장세포의 다양한 이온 채널^{ion channel❶}에 영향을 준다. 이는 심장의 전기생리 특성을 변화시키고, 이로 인해 심장 부정맥(심장박동이 불규칙한 상태)을 유발해 생명을 위협하기 때문이다.

문제는 기존 신약 개발 과정의 전임상시험에서 이러한 심장 안전성 평가를 약물의 특정 이온 채널에 미치는 영향 평가와 동물실험을 통한 검증으로만 권고해왔던 것이다. 해당 시험법은 2005년에 개정되어 최근까지 시행되어왔는데 전임상시험 결과와 임상시험 결과가 불일치하는 경우가 20% 이상이었다. 기존 시험을 통해 심장 안전성에 영향이 없다고 판단된 신약 후보 물질이 실제 임상시험에서는 심장 안전성에 문제가 있다고 판단된 것이다.

이에 따라 보다 포괄적인 약물 심장 안전성 평가가 요구되었다. 지난 2013년부터 국제적으로 인간의 심장이 가지고 있는 다양한 이온 채널을 모두 보유하면서도 실제 심장처럼 박동할 수 있는 인간유도만능줄기세포^{human induced Pluripotent Stem Cells, hiPSC}에서 만들어진 심근세포(hiPSC 유래 심근세포, hiPSC-CMs)를 활용한 새로운 심장 안전성 평가 시험법의 개발이 시작되었다.

하지만 새로운 심장 안전성 평가를 위한 재료인 hiPSC 유래 심근세포는 전량 수입되고 있는 실정이었다. 더구나 국내에는 새로운 시험법에 대한 준비가 전혀 되어 있지 않았다. 따라서 넥셀은 hiPSC 유래 심근세포를 활용한 심장 안전성 평가의 국내 보급 확대를 위해 재료가 되는 hiPSC 유래 심근세포를 국산화하고, 국제적 기술 인증을 통해 이를 활용한 시험법의 국내 보급을 위해 본 프로젝트를 시작했다.

우리 몸을 구성하는 모든 세포로 만들어질 수 있는 hiPSC로부터 유래한 고순도의 심근세포를 활용한 약물 심장 안전성 평가 기술이다. 검증된 hiPSC 유래 심근세포를 다수의 전극이 깔려 있는 전용 세포 배양접시에 배양 후 MEA^{Multi-electrode array}라는 분석 플랫폼에서 약물을 처리해 처리 전후의 전기생리학적 변화, 심근세포 박동수 변화, 수축력 변화 등을 기준으로 개발 중인 약물의 심장 안전성 위협 여부를 판단한다. 해당 시험법을 활용한 약물 심장 안전성 평가법은 2013년 미국 FDA를 중심으로 ICH라는 국제 의약품 평가 규제 기관의 주도로 이미 존재하던 hERG assay 등의 시험법의 한계성을 보완하기 위해 개발되었다. 2018년 hiPSC 유래 심근세포를 활용한 평가법이 기존 시험법에 비해 우수하다는 것이 검증되었으며, 2022년 2월 해당 시험법이 포함된 약물 심장 안전성 평가에 관한 ICH 가이드라인이 개정되었다.

약물의 심장 안전성 평가를 대표하는 전임상시험으로 hERG assay가 있다. hERG assay는 이온 채널 중 하나인 칼륨 채널을 과발현시킨 세포를 활용한 시험으로 약물에 의한 칼륨 채널 저해 효과를 평가하고, 패치 클램프라는 시험법을 통해 단일 세포 수준에서 칼륨 채널 영향에 의한 전기생리학적 변화를 시험한다. hERG assay는 약물의 단일 이온 채널 영향만을 평가하기 때문에 심장 부정맥을 유발한다고 알려진 참조 약물들로 평가했을 때 정확도가 70% 미만이고, 단일 세포 수준에서 평가하기 때문에 시간이 오래 걸리고 많은 노동력을 필요로^{low-throughput} 하는 한계가 있다.

해당 기술은 최근 국제적인 약물 평가 가이드라인에 포함된 기술이다. 넥셀이 기술을 개발하던 때에는 이미 일본 회사에서 해당 기술에 사용되는 심근세포를 상업화해 전 세계 시장을 점유하고 표준으로 여겨지고 있었다. 기술의 개발 초기 한국이라는 작은 나라에서 개발한 세포를 활용해 국제적인 표준에 부합하는 세포 품질과 약물 심장 안전성 기술 등에서 인정받는 것은 결코 쉽지 않았다. 하지만 끊임없는 기술개발, 적극적인 기술 홍보 및 검증 등을 통해 가능성을 인정받았다. 국제 심장 안전성 평가 전문가들로부터 ICH 가이드라인의 시험법을 개발하고 검증하는 기구인 HESI^{Health and Environmental Sciences Institute}의 심장 안전성 평가기술협의회의 위원으로 추천받아 국내에서는 유일하게 국제 가이드라인 개정에 참여하게 되었다. 그 후 넥셀의 심근세포 제품이 일본 회사 제품과 더불어 국제적인 참조 세포로 활용되면서 국내 기술이 국제적으로 인정받기 시작했다.