GLP-1으로 대표되는 폴리펩타이드 의약품은 당뇨병, 체중 관리, 만성 신장 질환, 심혈관 질환, 골관절염 등 다양한 만성 질환에 적용 범위가 확대되면서 시장 잠재력이 빠르게 증가하고 있습니다. 설리번 데이터에 따르면, 매출액 기준으로 측정한 글로벌 폴리펩타이드 의약품 시장은 2018년 607억 달러에서 2032년 2,612억 달러로 성장할 것으로 예상됩니다. 또한 2014~2026년은 주요 폴리펩타이드 의약품의 특허 만료가 집중되는 시기로, 제네릭 의약품이 쏟아지고 제약사의 차세대 폴리펩타이드 개발이 가속화될 것입니다. 기존 분자와 새로운 분자가 같은 무대에서 경쟁하게 되면서 합성 공정의 재구성과 이에 따른 생산 능력 확대가 자연스럽게 가치 사슬을 따라 확산되어 중간체와 API를 포함한 핵심 R&D 및 생산 기술을 관리하는 업스트림 기업에게 새로운 기회가 창출될 것입니다.
광범위한 시장 잠재력에도 불구하고 폴리펩타이드 R&D와 대규모 생산에 빠르게 투자할 수 있는 기업은 거의 없습니다. 폴리펩타이드를 의약품으로 개발하는 것은 본질적으로 까다로운 작업이기 때문입니다. 한편으로 폴리펩타이드의 초기 단계 스크리닝은 노동 집약적이고 기술적으로 까다롭습니다. 14개 아미노산 폴리펩타이드의 경우 10^18개의 화합물 조합이 가능하며, 비천연 아미노산을 포함하면 조합의 수가 몇 배로 증가합니다. 반면에 폴리펩타이드 신약 개발에는 잘 정립된 발견 경로와 표적 설계 방법론이 부족합니다. 폴리펩타이드 개체의 글로벌 라이브러리가 존재하지만, 그 규모와 다양성은 혁신적인 약물 스크리닝의 실질적인 필요를 충족하기에는 충분하지 않습니다. 장쇄 폴리펩타이드의 물리적 라이브러리를 구축하는 것은 특히 어렵기 때문에 표적 스크리닝이 어렵습니다.
AI 알고리즘의 출현과 통합으로 폴리펩타이드 신약 개발의 초기 발견 및 설계 과제가 해결되었습니다. AI는 생체 분자의 특징을 학습하고 단백질 구조-기능 관계를 시뮬레이션함으로써 기존 설계 방법의 한계를 극복하고 완전히 새로운 구조와 기능을 가진 폴리펩타이드를 생성할 수 있습니다. 구조적으로 복잡한 장쇄 또는 고리형 펩타이드도 프로토타입을 미리 “계산'하여 이 분야에 혁신적인 변화를 가져올 수 있습니다.
그러나 새로운 폴리펩타이드 분자를 발견하는 것은 첫 번째 단계에 불과합니다. 일단 확인된 분자는 합성과 대규모 생산이라는 “죽음의 계곡'을 건너야 합니다. 기술 혁신과 AI의 결합으로 복잡한 폴리펩타이드의 발견 빈도가 증가하고 있습니다. 그러나 복잡한 구조는 응축 난이도 증가와 더 높은 수준의 파생 불순물과 같은 스케일업 문제를 야기하며, 전통적인 화학 합성 기술로는 더 이상 이점을 얻을 수 없습니다. 기존의 생산 방식은 2,000~3,000L 규모만 달성할 수 있어 향후 톤 규모의 폴리펩타이드 산업 수요를 충족하기에는 역부족입니다.
분명 대규모 폴리펩타이드 생산은 여러 가지 도전에 직면해 있습니다. 화학적 폴리펩타이드 생산 능력이 점차 공개되고 있는 현 단계에서는 복잡한 폴리펩타이드 연구개발과 산업 규모의 생산이라는 높은 기술 장벽을 극복할 수 있는 기업이 폴리펩타이드 시장의 차세대 블루오션을 먼저 선점할 것입니다. 폴리펩타이드 분야는 “내부 역량'이 경쟁 우위를 결정하는 시대로 접어들었습니다.
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포스트 GLP-1 시대: 폴리펩타이드 합성 및 스케일업의 혁신을 통한 경쟁
현재 폴리펩타이드 생산에는 화학 합성이 여전히 주요 방법입니다. GLP-1 약물이 폭발적으로 증가함에 따라 업계는 생산 공정을 최적화하기 시작했으며, 화학적 합성과 생물학적 합성을 통합하는 추세를 보이고 있습니다. 업계 전문가들은 다음과 같이 지적합니다:
“생물학적 합성은 낮은 생산 비용, 강력한 표적 발현, 대규모 생산 능력을 제공합니다. 폴리펩타이드 합성의 미래 개발 트렌드로 널리 인정받고 있습니다.”
폴리펩타이드의 화학적 합성은 수많은 단계와 긴 생산 주기를 포함하며 다량의 유기 폐수를 발생시켜 폐기물 관리 비용이 높고 생산 비용이 많이 듭니다. 또한 길고 복잡한 펩타이드를 화학적으로 합성하는 데도 어려움이 있습니다. 또한 화학 합성 기술이 성숙하고 국내 장비 공급이 증가함에 따라 화학 폴리펩타이드 생산 능력을 확보한 기업이 늘어나면서 시장 경쟁이 심화되고 있습니다. 성숙한 비특허 제품의 경우 다수의 API 공급업체가 존재하여 원료와 제형 모두에서 치열한 경쟁이 벌어지고 있습니다. 따라서 화학 합성 기업 간의 경쟁은 주로 기술 혁신보다는 규모, 비용 우위, 시장 전략에 의해 주도되고 있습니다. 성숙하고 포화 상태에 이른 화학 합성 폴리펩타이드 분야는 더 이상 더 큰 시장 가치를 창출할 수 있는 잠재력을 갖고 있지 않습니다.
전통적인 생물학적 합성 또한 업계의 도전 과제에 직면해 있습니다. 수율이 낮은 소수의 폴리펩티드에만 적합한 제한된 기술에 의존하는 전략으로, 생산 비용이 높고 화학 합성을 효과적으로 대체할 수 없습니다. 융합 단백질 설계에서 낮은 표적 펩타이드 비율, 아미노산 구성, 순환, 일반적인 적용 가능성을 제한하는 변형 등의 한계가 있습니다. 세포 공장 건설 및 다운스트림 공정 개발 등 대규모의 비용 효율적인 생산을 위한 엔지니어링 과제는 전통적인 생물학적 합성을 어렵게 만듭니다.
포스트 GLP-1 시대에는 복잡한 폴리펩타이드의 수가 급격히 증가하고 있지만 기존의 합성 기술로는 모든 요구를 충족할 수 없습니다. GLP-1 및 차세대 GLP-1 제품에 대한 수요는 곧 톤 규모의 생산을 필요로 할 것이지만, 많은 폴리펩타이드 API는 여전히 성숙한 생산 공정이 부족하여 여러 단계의 탐색과 검증이 필요합니다. 생산 규모 확대는 여전히 병목 현상으로 남아 있습니다.
복잡한 폴리펩타이드 합성 문제를 해결하기 위해 일부 기업들은 합성 생물학으로 눈을 돌리고 있습니다. 중국은 합성 생물학 분야에서 뒤늦게 출발했지만 폴리펩타이드 응용 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 10년 이상의 합성생물학 경력을 가진 전문가들이 2020년에 설립한 시우시 바이오텍은 이러한 요구를 예측하고 복잡한 단펩타이드의 대규모 생물학적 합성 분야에서 중국 내 선두주자가 되었습니다. 독자적인 혁신적인 바이오합성 기술과 AI, 유전공학, 효소학, 발효, 단백질공학, 화학공학이 결합된 통합 플랫폼을 개발하여 고효율, 저비용, 확장 가능한 폴리펩타이드 바이오합성을 실현하고 있습니다.
폴리펩타이드 생산 기술 비교
시우시 바이오텍의 혁신적인 생합성 기술은 10가지 이상의 폴리펩타이드 제품에 적용되었습니다. 다양한 단백질 구성 요소, 유전자 요소, 펩타이드 사슬 변형, 비천연 아미노산 통합으로 구성된 핵심 플랫폼을 통해 짧은 펩타이드와 복잡한 사이클릭 펩타이드를 합성하는 데 있어 어려움을 극복했습니다. 화학적 및 생물학적 변형을 결합하여 다중 이황화 결합 순환, 비천연 아미노산 변형, 지방산 측쇄 부착과 같은 문제를 해결합니다.
시우시의 혁신적인 생합성 기술을 사용한 제품은 기존 생물학적 합성보다 생산 효율은 5배 이상 높고 발효 규모에 필요한 비용은 적은 반면, 화학 합성 비용은 10~20%에 불과합니다.
시우시는 신속한 프로세스 반복을 위해 AI를 사용하여 플랫폼을 지속적으로 개선하고 있습니다. 단백질 및 효소 라이브러리를 활용하여 R&D 주기를 단축하고 생합성 품질을 개선하기 위한 신경망 모델을 구축했습니다. 이를 통해 새로운 다중 표적 폴리펩타이드 약물을 위한 비용 및 품질 최적화 공정 솔루션을 제공하여 R&D 효율성과 경쟁 우위를 높일 수 있습니다.
“기술 반복 + 수요 폭발 + 용량 재구성”의 시대에는 지속적으로 역량을 강화하는 기업 만이 폴리펩타이드 산업 고객의 변화하는 요구를 충족시킬 수 있습니다. 시우시 바이오텍은 국내 폴리펩타이드 생합성 분야에서 강력한 기술 해자를 구축했습니다.
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“역량 + 에코시스템” 시너지: 자체 구축에서 공유 가치로
합성 기술을 획기적으로 발전시키는 것은 첫 번째 단계에 불과합니다. 효율적인 스케일업은 업계 파트너의 신뢰와 장기적인 경쟁력을 확보하기 위한 핵심 요소입니다. 시우시 바이오테크는 5년 동안 실험실 R&D부터 GMP를 준수하는 생산까지 풀 체인 시스템을 구축했습니다.
시우시는 5,000㎡ 규모의 AI 기반 R&D 센터와 13,000㎡ 규모의 지능형 폴리펩타이드 생산 기지를 운영하고 있으며, 그램 규모의 연구 샘플부터 톤 규모의 상업용 제품까지 유연하게 생산할 수 있는 시설을 갖추고 있습니다. 이를 통해 소량 임상 샘플과 대규모 상업용 공급을 지원합니다. 이 시설은 중국 최초의 GMP를 준수하는 완전 합성 생물학 기반 폴리펩타이드 생산 라인입니다.
시우시는 업계 파트너에게 원스톱 지원을 제공함으로써 폴리펩타이드 생태계를 재편하고 있습니다. 이 회사는 AI 신약 개발 및 세포 치료 회사와 같이 기술 및 품질에 대한 요구가 높은 고객이 복잡한 폴리펩타이드를 개발하고 상용화할 수 있도록 지원합니다.
시우시의 설립자이자 회장인 우인송은 이렇게 강조합니다:
“고객의 상용화는 단순히 분자 규모를 확장하는 것이 아니라 미래의 비용 접근성에 관한 것입니다. 우리는 기술 및 규모 문제를 모두 해결하여 비용, 속도, 품질이 우수한 제품을 제공합니다.”
공동 창립자이자 GM인 Yin Haixing은 이렇게 말합니다:
“고객들은 저희와 협업한 후 이전에는 생각지도 못했던 폴리펩타이드 분자를 보게 되었다고 종종 말합니다.”
시우시의 플랫폼과 생산 라인은 업계에서 인정받으며 자본의 지원을 받고 있습니다. 11월 21일, 시우시는 화타이 지진, 시추이 캐피탈 등을 포함한 신규 및 기존 투자자로부터 약 1억 위안의 시리즈 A 펀딩을 유치했다고 발표했습니다. 이전 라운드에는 촹징 캐피털과 진유마오가 참여했습니다.
업계 파트너와 투자자로부터 두루 인정을 받은 시우시는 전 세계로 빠르게 확장하고 있습니다. 폴리펩타이드 API R&D는 여러 해외 관할권에서 진행 중이며, 해외에서 80%의 상업 주문을 받았습니다. 지능형 폴리펩타이드 생산 기지 역시 해외 고객들의 감사를 받고 있습니다.
우인송이 설명합니다:
“우리의 빠른 성장은 혁신과 생태계 구축에서 비롯되었습니다. 우리는 종종 고객과 공동 개발자(‘甲方’) 역할을 하며 폴리펩타이드 업계의 난제를 공동으로 해결합니다. 개방적이고 협력적인 접근 방식을 통해서만 업계에서 볼 수 없는 노하우를 제공할 수 있습니다.”
업계가 규모 중심의 가치에서 기술 혁신과 생태계 구축으로 전환함에 따라, 시우시는 글로벌 제약사와의 협력을 강화하여 폴리펩타이드 부문이 기술적 병목 현상을 극복하고 R&D, 생산 및 상업화를 통합하여 산업 체인 전반에 걸쳐 확장 가능하고 지속 가능하며 규제를 준수하는 가치를 실현하도록 지원하는 것을 목표로 하고 있습니다.
