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Recent Advances in Liposomal Drug Product Development
Yakhak Hoeji 2021;65(4):246-257
Published online August 31, 2021
© 2021 The Pharmaceutical Society of Korea.

Jae Cheon Kim and Dong Hee Na#

College of Pharmacy, Chung-Ang University
Correspondence to: Dong Hee Na, College of Pharmacy, Chung-Ang University, 84 Heukseok-ro, Dongjak-gu, Seoul 06974, Republic of Korea
Tel: +82-2-820-5677, Fax: +82-2-816-7338
E-mail: dhna@cau.ac.kr
Received August 5, 2021; Revised August 12, 2021; Accepted August 17, 2021.
Abstract
Liposomes are spherical vesicles composed of a bilayer (uni-lamellar) and/or a concentric series of multiple bilayer (multi-lamellar) separated by aqueous compartments formed by amphipathic molecules, such as phospholipids. Liposomes deliver drugs via encapsulation in inner aqueous or lipid compartments and have advantages such as control of drug release and distribution, alleviation of toxicity, and drug targeting. Since the launch of the first liposomal drug Doxil®, a variety of products using a liposomal drug delivery system have been developed and commercialized. Recently, several drug candidates developed with sophisticated and diverse technologies have been undergoing clinical trials. In this review, the pharmaceutical characteristics of approved liposomal drugs are overviewed, and the recent advances in liposome technology through candidates in clinical trials are highlighted.
Keywords : Liposome, Doxil, Liposomal drug products, Drug delivery system, Nanomedicine
서 론(Introduction)

리포좀(liposome)은 효과적인 약물 송달을 위한 지질 기반 나노의약품(nanomedicine)의 대표적인 제형으로, 영국의 Alec D. Bangham에 의해 1960년대 처음 발견되었다.1) 1995년 첫 리포좀제품인 Doxil®이 미국 Food and Drug Administration (FDA) 승인을 받았고, 리포좀을 통한 약물전달시스템(Drug delivery system)의 발전은 Doxil®의 개발 역사와 함께해왔다.2) 1979년 Oligolamellar vesicle doxorubicin (OLV-DOX)를 시작으로 독소루비신의 리포좀화에 대한 연구가 시작되었다. OLV-DOX는 체내에서 식세포에 의해 빠르게 제거되는 문제로 인해 리포좀 제형의 약물 표적화에 대한 목적성을 갖추지 못하였고, 이로 인해 1987년 임상시험 단계에서 실패하였다. 하지만 OLV-DOX의 임상 결과는Doxil® 개발에 있어 많은 교훈을 남겼다. 1988년 재개된 독소루비신 리포좀 제제의 개발 과정에서 PEGylated liposome을 적용한 Stealth® 기술 개발, 리포좀으로의 약물 봉입 효율성을 위한황산염 농도 구배 기술 개발 및 지질 조성의 최적화 등이 이루어지면서 1995년 Doxil®의 FDA 승인이 가능해졌다.2) 이를 기점으로 다양한 세포독성 항암제를 대상으로 한 리포좀화 연구가활발해졌으며, 현재 FDA 및 유럽 European Medicines Agency (EMA)의 승인을 얻은 리포좀 제제 중 대다수가 항암제에 해당한다.항진균제인 암포테리신 B의 리포좀 제제인 AmBisome®은 1997년 FDA 승인을 받은 최초의 비항암제 제품이다.3) AmBisome®은 암포테리신 B의 혈중 농도를 유지시켜 약동학적인 장점을가지는 동시에 약물로 인한 독성을 경감시키는 제제로, 비리포좀 암포테리신 B 지질 복합체인 Abelcet® (ribbon-like structure)과 Amphotec® (disc structure)과 비교했을 때, 동일용량에서 가장 우수한 약동학적 특성을 나타냈다.3) AmBisome®이 리포좀 제제의 항미생물 작용에 대한 성공적인 시작을 알렸으나, 이후 미생물 감염에 적용되는 리포좀 제제 개발이 이루어지지 못하다가 리포좀 amikacin 흡입제인 Arikayce®이 2018년에 승인을 받은 바 있다.

최근 승인된 리포좀 제제와 임상시험 단계에 있는 제품들은이전 제품보다 더욱 정교하고 다양한 기술들을 통해 개발되고있다. 규제적인 측면에서 리포좀 제제는 리포좀을 구성하는 성분들과 입자의 특성에 따른 복잡성으로 인해 대표적인 non-biological complex drug (NBCD)로 분류된다. NBCD란 구조가복잡하여 규격에 대한 특성 분석이 충분하지 못한 의약품 중 생물체에서 유래하지 않은 의약품을 의미한다.4) 최근 리포좀 제제를 비롯한 NBCD에 해당하는 의약품들의 규제 관련 연구가 활발히 진행 중이다.5)

본 리뷰 논문은 리포좀 제제의 연구개발 및 규제과학 연구에도움이 되고자, 현재까지 승인된 제품을 비롯하여 임상시험단계에 있는 리포좀 후보약물을 중심으로하여 적용된 제제학적 기술의 특징 및 제품 연구개발 동향을 다루었다.

리포좀 제제 의약품 현황 (Liposomal Drug Products)

현재까지 FDA 및 EMA의 승인을 받은 리포좀 제제 의약품은 18개인데, 이 중 FDA 승인 의약품이 15개, EMA 승인의약품이 8개이며, FDA와 EMA에서 모두 승인을 받은 의약품은 5개로 조사되었다(Table 1 and 2). FDA 승인 리포좀 의약품 중에는 승인 중단 의약품 2개, 동물의약품 1개 및 제네릭 의약품3개가 포함되었고, EMA의 승인을 받진 않았지만 EU 24개국(AmBisome®), 29개국 (Curosurf®)의 개별 승인을 받아 사용되고있는 의약품도 표에 포함되었다.

Liposomal anticancer drug products approved by FDA or EMA.

Drug Brand name Company Liposome component Indication Approval (year)
Doxorubicin Doxil® Caelyx® Ortho Biotech Products, LP / Janssen-Cilag International NV HSPC, Cholesterol, PEG2000-DSPE Breast neoplasm, Multiple myeloma Ovarian neoplasm FDA (1995) EMA (1998)

Doxorubicin Myocet® Teva B.V EPC, Cholesterol Breast neoplasm EMA (2000)

Daunorubicin DaunoXome® Galen LTD DSPC, Cholesterol Cancer advanced HIV-associated Kaposi's sarcoma FDA (1996) (Discontinued)

Cytarabine DepoCyt® Pacira Pharmaceuticals Inc. DOPC, DPPGs Neoplastic meningitis FDA (1999) (Discontinued)

Vincristine Marqibo® Acrotech Biopharma SPH, Cholesterol Philadelphia chromosome negative acute lymphoblastic leukemia FDA (2012)

Irinotecan Onivyde® Ipsen Biopharamceuticals Inc. / Servier DSPC, Cholesterol, PEG2000-DSPE Metastatic pancreatic cancer FDA (2015) EMA (2016)

Daunorubicin + Cytarabine Vyxeos® Celator Pharmaceuticals Inc DSPC, DSPG, Cholesterol Acute myeloid leukemia FDA (2017) EMA (2018)

Mifamurtide Mepact® Takeda France S.A.S DOPC, DOPS Osteosarcoma EMA (2009)

Doxorubicin Follow-on of Doxil® Sun Pharma FDA (2013)

Doxorubicin Follow-on of Doxil® Dr. Reddy’s Laboratories FDA (2017)

Doxorubicin Follow-on of Doxil® Zydus Pharmaceuticals FDA (2020)

HSPC; hydrogenated soybean phosphatidylcholine, PEG2000-DSPE; 1,2-diastearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[amino(polyethylene glycol)-2000], EPC; egg phosphatidylcholine, DSPC; 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, DOPC;1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, DPPG; 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphoglycerol, SPH; sphingomyelin, DSPG; 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphatidylglycerol, DOPS; 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phospho-L-serine



Other liposomal drug products approved by FDA or EMA.

Drug Brand name Company Liposome component Indication Approval (year)
Amphotericin B AmBisome® Astellas pharma US Inc / Gilead Science HSPC, DSPG, cholesterol Visceral Leishmaniasis Cryptococcal Meningitis in AIDS patients FDA (1997/2000) 24 EU countries

Amikacin Arikayce® Insmed Inc SPH, cholesterol Mycobacterium avium complex lung disease FDA (2018) EMA (2020)

SP-B, SP-C Curosurf® Chiesi Farmaceutici A natural surfactant of porcine lung RDS in premature infants 29 EU countries (1999)

Verteporfin Visudyne® FDA : Valeant Pharmaceuticals EMA : Cheplapharm Arzneimittel GMBH EPG, DMPC Subfoveal choroidal neovascularization FDA (2000) EMA (2000)

Morphine DepoDur® Pacira Pharmaceuticals Inc DOPC, DPPC, tricaprylin, triolein, cholesterol Pain relief FDA (2004) (Discontinued)

Bupivacaine Exparel® Pacira Pharmaceuticals Inc DEPC, DPPG, tricaprylin, cholesterol Anesthetic FDA (2011) EMA (2020)

Bupivacaine Nocita® (for Dog and Cat) Aratana Therapeutics Inc DEPC, DPPG, tricaprylin, cholesterol Anesthetic FDA CVM (2016)

HSPC; hydrogenated soybean phosphatidylcholine, DSPG; 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphatidylglycerol, SPH; sphingomyelin, EPG; egg phosphatidylglycerol, DMPC; 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, DOPC;1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, DPPC; 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, DEPC; 1,2-dierucoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, DPPG; 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphoglycerol, RDS; Respiratory distress syndrome, FDA CVM; FDA’s Center for Veterinary Medicine



승인된 리포좀 의약품 18개 제품 중 12개가 항암제를 주성분으로 하는 의약품이었다. 현재 리포좀 제제로 출시된 항암제의경우 doxorubicin을 시작으로 daunorubicin, cytarabine, vincristine, irinotecan, daunorubicin+cytarabine 복합제제 순으로 승인되어 왔다. 항암제를 함유한 리포좀 제제에 대한 승인 현황은 Table 1에 정리하였고, 항암제가 아닌 약리활성물질을 주성분으로 하는리포좀 제제는 Table 2에 정리하였다.

(1) Doxil®/Caelyx®

Doxil®은 poly(ethylene glycol) (PEG)를 지질에 결합시키는PEGylation 기술이 적용된 제제로 PEG2000-DSPE가 5% 몰 비율로 사용되었으며, 53°C 근처의 높은 상전이 온도 (Tm) 값을갖는 인지질인 hydrogenated soybean phosphatidyl choline (HSPC)와 Cholesterol이 각각 55, 30% 비율로 구성되어 있다.2)독소루비신의 봉입 시 황산암모늄의 농도구배를 원동력으로 하는 과정을 거치기에 독소루비신은 황산염의 형태로 리포좀 내의 친수성 구획 부분에 위치하게 된다. PEGylation으로 인해 리포좀의 조직 투과율 개선 및 생체내 반감기 증가 효과가 나타나고, 암세포에서 활발히 일어나는 glutaminolysis의 결과로 암조직의 암모니아/암모늄 환경에서 리포좀으로부터 독소루비신의방출이 증가한다는 연구결과가 있다.6)

1995년 승인된 Doxil®은 2010년 미국 특허가 만료되었고, 후속의약품으로 3개의 인도 회사 제품이 FDA의 승인을 받은 상태이다(Table 1). 2013년 Sun Pharmaceutical Industries Ltd사가 최초로 Doxil®의 제네릭 의약품 승인을 받았으며, Dr. Reddy’s Laboratories와 Zydus의 제네릭 의약품이 각각 2017년과 2020년에 FDA 승인을 받았다.

(2) Myocet®

Myocet®은 cyclophosphamide와의 병용요법으로 유방암 치료를위해 EMA 승인을 받은 의약품이다.7) Doxil®과 다르게 PEGylation기술이 적용되지 않은 독소루비신 리포좀 제형이다. 지질 성분은 산성의 egg phosphatidyl choline (EPC)와 cholesterol이 55:45의 비율로 구성되어 있다. 이 제품은 Doxil®에 비하여 신속한약물 방출과 짧은 반감기를 가지며 Doxil®이 가진 독성을 경감시킬 수 있는 장점을 가진다. 임상 시험에서 Doxil®의 용량제한독성이었던 손발증후군 부작용이 나타나지 않았으며, 심장 및위장관 독성 또한 감소되는 결과가 나왔다.7,8)

Myocet®은 pH 구배 기술을 활용하여 독소루비신을 봉입한다.리포좀 내부는 산성으로 유지한 채 탄산나트륨을 추가하여 리포좀 밖을 높은 pH로 만들어 pH 농도구배를 형성한 후, 독소루비신을 처리한다. 독소루비신은 리포좀 내부에 봉입된 후 수소화되어 리포좀의 내부에 자리하게 된다. 이 기술은 99 %의높은 약물봉입률을 나타냈다.9)

(3) DaunoXome®

현재는 승인 중단 상태인 DaunoXome®은 daunorubicin을 주성분으로 하여 1996년 FDA의 승인을 받았다. Distearoyl phosphatidyl choline (DSPC)와 cholesterol로 구성된 리포좀 제제로, 45 nm의 작은 크기를 갖는 점과 중성의 표면 전하 특성을 이용하여 세망내피계를 통한 제거가 최소화되고, 긴 반감기를 나타내었다.10) 2016년 결정된 승인 중단과 관련해서는 제품의 품질, 안전성 또는 효능과 관련된 결정이 아닌, 제조사의 비즈니스적 결정인 것으로 보고되었다.11)

(4) DepoCyt®

DepoCyt®은 cytarabine을 주성분으로 하여 뇌척수액으로 직접주입하는 리포좀 제제이며, neoplastic meningitis에 적용하는 적응증으로12) 1999년 FDA의 승인을 받았다. 이 제품에는 Pacira Pharmaceuticals, Inc사의 multivesicular vesicle liposome (MVL)특허기술인 DepoFoamTM이 적용되었다. DepoFoamTM은 10~20 µm의 MVL로 지질이중층으로 구성되어 다양한 모양으로 수성구획을 내포하고 있는 구조 수백 개가 모여 다면체를 형성하고있는 구조이다.13) 해당 기술은 지연성 약물 방출이 가능하다는장점을 가지며, 동물 모델에서 약물 반감기를 수백 배 증가시키는 결과를 나타냈다.14) DepoCyt®는 2017년 FDA의 승인 중단 결정이 내려졌는데, 공개되지 않은 제조 공정상의 문제로 인하여제조사 측에서 생산 중단을 결정했기 때문으로 알려졌다.15)

(5) Marqibo®

Marqibo®는 sphingomyelin (SPH)와 cholesterol로 구성되어 있으며 vincristine을 봉입한 제품이다.16) Sphingomyelin으로 구성된해당 리포좀 제제 기술의 이름은 OPTISOMETM으로 알려져 있다.17) 이 기술을 통해 vincristine의 높은 봉입 효율과 지연 방출효과를 가질 수 있었으며, 100 nm 수준의 나노크기 및 조성 조절을 통한 약물-지질 비율의 최적화로 약물 반감기를 증가시켰다.18)

(6) Onivyde®

Onivyde®는 irinotecan을 봉입하고 있는 리포좀 제제이며, irinotecan의 락톤 고리를 안정적으로 유지하며, 약물 반감기 증가 및 위장관계 독성 경감을 목적으로 개발되었다.19) 지질은DSPC, PEG2000-DSPE, cholesterol로 구성되어 있으며, sucrose octasulfate 염으로 겔화되거나 침전된 상태에서 이리노테칸을 봉입하며, 이 과정에서 높은 음전하를 띠는 고분자와 비고분자의활용, polyphosphate 및 polyalkylamine 구배를 이용한 이온 교환 /적정 기술을 이용하여 제조되었다.20)

(7) Vyxeos®

Vyxeos®는 다른 리포좀 제품들과 달리 2개의 약물을 봉입한리포좀 제제이다. Daunorubicin과 cytarabine이 1:5의 몰 비율로봉입되어 있으며 이 비율은 혈중에서 약물들의 최대 시너지 효과를 나타내는 비율로 알려져 있다.21) 리포좀의 경우 지질의 조성 측면에서 새로운 기술이 적용되어, 음이온성 지질인distearoylphosphatodylglycerol (DSPG)가 안정화 역할을 하도록도입되어 지질이 DSPC:DSPG:cholesterol=7:2:1로 구성되어 있다. 다른 리포좀 제제와 달리 cholesterol 함량을 낮추어 봉입된수용성 물질의 소실을 감소시키고 보다 더 안정된 지질 이중층을 구성하도록 하였다.22,23)

(8) Mepact®

Mepact®는 전합성 muramyl dipeptide (MDP) 지질 유도체인Mifamurtide를 주성분으로 봉입하여 능동면역 증강제 기전으로골육종에 사용하는 리포좀 제제이다.24) Mycobacteria의 세포벽 성분인 MDP가 선천면역을 증강시킨다는 사실로부터 연구가 진행되었는데, MDP 자체는 체내에서 매우 빠르게 소실되는 문제점을 가지고 있어 개발이 어려웠다.25) 이를 개선하기 위해phosphatidyl ethanolamine를 이용하여 지질 유도체화를 하였고,이 지질유도체를 리포좀의 지질 이중층에 함께 도입시켜 리포좀 제형을 제조하였다.26)

(9) AmBisome®

1997년 FDA 승인을 받은 AmBisome®은 항진균제인 amphotericin B이 봉입된 리포좀 제제이며, 유럽에서는 EMA의 승인을 받지않고 EU 24개 국가 개별 승인을 받은 상태이다. 리포좀의 지질은 HSPC, DSPG, cholesterol로 구성되어 있다. 리포좀 내부에서amphotericin B의 일부분은 양전하를 띠는 mycosamine 구조를이용하여 음전하를 띠는 DSPG와 상호작용하는 형태인 charged complex로 존재하고, 일부분은 cholesterol 성분과 소수성 상호작용을 통해 리포좀의 지질층 안에 존재한다.27)

(10) Arikayce®

Arikayce®는 amikacin을 함유하여 폐의 Mycobacterium avium complex의 감염에 사용하며, 네뷸라이저를 통하여 에어로졸 형태로 흡입하는 제제이다.28) 리포좀 크기는 약 300 nm이며, eFlow®라는 네뷸라이저에 의해 1-5 µm 크기의 작은 방울로 분사되어폐로의 분포가 촉진된다.29) 동물 모델에서 흡입된 Arikayce®는 리포좀화 되지 않은 amikacin의 정맥주사에 비하여 폐 조직, 기도,폐 대식세포에 각각 42배, 69배, 274배의 더 높은 약물전달 효과를 보였고, 비리포좀화 amikacin의 흡입에 비하여 5-8배 높은약물전달 효과를 나타냈다.30)

(11) Curosurf®

Curosurf®는 조산아의 신생아호흡곤란증후군에 쓰이는 폐 계면활성제로 기관 및 기관지로 투여되는 리포좀 제제이다.31) 돼지의 폐 추출물로서 자연 유래 인지질과 surfactant protein SP-B및 SP-C로 구성되어 있다.32) Curosurf®는 리포좀을 구성하는 지질자체가 약리활성물질이라는 특성을 가지고 있다. 이 제품은FDA와 EMA의 승인을 받진 않았으나, EU 29개 국가의 개별승인을 받아 사용되고 있으며 국내에서도 허가를 받아 사용되고 있다.

(12) Visudyne®

Visudyne®은 Benzoporphyrin 유도체인 verteporfin을 주성분으로 하여 광활성 기전을 이용하여 맥락막 혈관신생에 사용되는리포좀 제제 의약품이다.33) Verteporfin은 소수성 높은 성질로 인해egg phosphatidylglycerol (EPG)와 dimyristoyl phosphatidylcholine (DMPC)가 3:5의 몰비율로 구성된 리포좀의 지질 이중층에 자리한다.34) 이 리포좀 제제는 정맥으로 주입되며, 투여 시작 15분이후 689 nm 파장의 빛을 맥락막 신생혈관에 조사하여 준다. 이는 verteporfin이 광활성화 되는 파장으로, 산소 자유라디칼을 발생시켜 국소적인 세포독성을 나타내게 한다. 약물 전달에 있어신생혈관에서 높은 발현을 나타내는 LDL 수용체를 통해 리포좀 제제의 이용으로 약물 흡수가 촉진된다.35)

(13) DepoDur®

DepoDur®은 마약성 진통제인 morphine을 봉입하고 있는 리포좀 제제로 기존 morphine 보다 2배 연장된 약 48시간의 진통효과를 가지는 제품이다.36) DepoCyt®와 동일한 DepoFoamTM 기술이 적용되어 개발되었다.37) 2004년 FDA의 승인을 받았으나, 현재는 승인이 중단된 상태이다.

(14) Exparel®

Exparel® 마취제인 bupivacaine을 함유하고 있는 리포좀 제제이며, 10시간 이하의 bupivacaine 작용시간을 72~96시간으로 연장하는 효과를 가진다.38) 이 제품도 DepoFoamTM 기술이 적용된 제품이나, 앞서 출시되었던 DepoCyt® 및 DepoDur®와는 달리dierucoylphosphatidylcholine (DEPC)이 사용되었다.39)

(15) Nocita®

Exparel®과 동일한 bupivacaine 리포좀 제제가 동물용의약품으로도 출시되었다. Nocita®라는 이름으로 2016년 강아지(5.3 mg/kg), 2018년 고양이(10.6 mg/kg) 대상으로 FDA CVM (FDA’s Center for Veterinary Medicine)의 승인을 받았다.40)

리포좀 제제 의약품 개발 동향 (Liposomal Drugs under Clinical Development)

현재 임상시험 단계에 있는 리포좀 의약품은 17개인 것으로조사되었다(2021년 7월 기준). 이 중 말초혈관질환으로의 적용을 목표로 하는 Liprostin을 제외하고, 16개 제품이 암에 적용하는 임상시험 중에 있다(Table 3~5). 임상시험 단계별로 보면, 임상 1상 진행 중인 제품이 2개, 임상 1상 완료된 제품이 4개, 임상 1/2상 동시 진행 중인 제품이 2개, 임상 2상 진행 중인 제품이 1개, 임상 2상 완료 제품이 5개, 임상 3상 종료 제품이 1개,임상 3상 완료 제품이 2개인 것으로 나타났다.

Liposomal drug products under clinical phase 3 (clinical status from: https://clinicaltrials.gov/).

Drug Code name Sponsor Liposome information Indication Clinical trials (NCT code/Study completion year)
Doxorubicin ThermoDox Celsion (USA) Heat-sensitivity liposome Breast cancer (Phase 1/2) Hepatocellular carcinoma (Phase 3) Phase 1/2 Completed (NCT00826085, 2016) Phase 3 Completed (NCT02112656, 2018)

Doxorubicin MM-302 Merrimack Pharmaceuticals (USA) Liposome modified with antibodies targeting the HER2 Breast Cancer Phase 2/3 Terminated (NCT02213744)

Tecemotide Stimuvax EMD Serono & Merck (USA) Tecemotide, DMPG, DPPC, cholesterol, MPL (adjuvant) Cancer (Phase 2) NSCLC (Phase 3) Phase 3 Completed/Terminated (NCT04099188, NCT02049151)

DMPG; 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphorylglycerol, DPPC; 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, MPL; monophosphoryl lipid A, NSCLS; Non-small cell lung cancer



Liposomal drug products under clinical phase 2 (clinical status from: https://clinicaltrials.gov/).

Drug Code Name Sponsor Liposome Information Indication Clinical Trials (NCT code/Study completion year)
Paclitaxel LEP-ETU INSYS Therapeutics Inc (USA) DOPC, cholesterol, cardiolipin Advanced cancer, Metastatic breast cancer Phase 2 Completed (NCT01190982, 2011)

Oxaliplatin MBP-426 Mebiopharm Co., LTD (Japan) Transferrin-conjugated N-glutaryl phosphatidyl ethanolamine liposome Cancer Phase 1/2 (NCT00964080)

Cisplatin LiPlaCis Oncology Venture (Denmark) Designed to be degraded by secretory PLA2 Advanced or refractory solid tumor (Phase 1) Metastatic breast cancer, Prostate cancer, Skin cancer (Phase 2) Phase 1/2 (NCT01861496)

Cisplatin SPI-77 NYU Langone health & National Cancer Institute (USA) HSPC, cholesterol, DSPE-PEG2000 Ovarian cancer, Advanced NSCLC Phase 2 Completed (NCT00004083)

Lurtotecan OSI-211 Astellas Pharma Inc & OSI Pharmaceuticals (USA) HSPC, cholesterol Solid tumor (Phase 1) Recurrent SCLC (Phase 2) Phase 1 Completed (NCT00003891, 2008) Phase 2 Completed (NCT00046787, 2003)

Vinorelbine LipoVNB (TLC178) Taiwan Liposome Company (Taiwan) DSPC, DSPE-PEG2000, cholesterol Cancer Phase 1/2 (NCT02925000)

NDDP L-NDDP (Aroplatin) Agenus Inc. (USA) DMPC and DMPG multilamellar liposome Advanced solid malignancies, B cell lymphoma (Phase 1) Malignant mesothelioma (Phase 2) Phase 1 Completed (NCT00316511) Phase 2 Completed (NCT00004033)

Prostaglandin E1 Liprostin Endovasc (USA) Unknown Peripheral vascular disease Phase 2 (NCT00053716)

ATRA Atragen Weill medical college & Cornell University (USA) Neutral liposome (DMPC, Soybean oil) Kidney cancer (Combination with IFN-α2b) Phase 2 Completed (NCT00003656, 2008)

ATRA; all trans retinoic acid, DOPC; 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, PLA2; phospholipase A2, HSPC; hydrogenated soybean phosphatidylcholine, PEG2000-DSPE; 1,2-diastearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[amino(polyethylene glycol)-2000], DSPC; 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, DMPC; 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, DMPG; 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphorylglycerol



Liposomal drug products under clinical phase 1 (clinical status from: https://clinicaltrials.gov/).

Drug Code Name Sponsor Liposome Information Indication Clinical Trials (NCT code/Study completion year)
Mitoxantrone LEM INSYS Therapeutics Inc (USA) DOPC, cholesterol, cardiolipin Tumors Phase 1 Completed (NCT00024492, 2004)

CKD-602 S-CKD602 Univ. of Pittsburgh and ALZA company (USA) PEGylated liposome (N-carbamoyl-mPEG2000-DSPE and DSPC) Advanced malignancies Phase 1 Completed (NCT00177281, 2006)

Topotecan TLI Spectrum Pharmaceuticals Inc (USA) Unknown SCLC, Solid tumor, Ovarian cancer Phase 1 Completed (NCT00765973, 2010)

Topotecan INX-0076 Inex Pharmaceuticals (Canada) Sphingosomal formulation (Shingomyelin and cholesterol) Advanced solid tumor Phase 1 (Cannot found in Clinicaltrials.gov)

Doxorubicin TLD-1 Swiss group for clinical cancer research PEGylated liposome Advanced solid tumor Phase 1 (NCT03387917)

DOPC; 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, DSPC; 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, SCLC; small cell lung cancer



(1) ThermoDox

ThermoDox는 임상에 진입한 최초의 온도감응성 리포좀 제제(temperature-sensitive liposomal formulation)이다.41) 지질은dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC), 1-myristoyl-2-palmitoyl-sn-glycero-3-phosphatidylcholine (MSPC), DSPE-PEG2000으로 구성되어 있으며, doxorubicin을 함유하고 있다. 지질 성분들의 특정 조합으로 특이적 기능과 물성을 가지는데, MSPC는 DPPC의 전이온도를 약간 감소시켜 약물 방출을 가속화하고, DSPE-PEG 2000는 리포좀의 반감기를 늘리면서 lysolipid-induced permeability를 가속화하는 역할을 한다.41,42) 리포좀 제제의 상전이 온도는 42°C이므로 국부 온열 요법에 의하여 상전이 온도에 도달하게 되는데, radio-frequency ablation, micowave hyperthermia, high-intensity focused ultrasound 등의 온열 방법이있다.41) 이 제제는 현재 임상 3상이 완료된 상태이다.

(2) MM-302

MM-302는 doxorubicin을 함유한 제제로 HER2를 표적하기 위한 목적으로 anti-HER2 scFv-PEG-DSPE 지질을 이용하여 만든표적성 리포좀 제제이다.43) Anti-HER2 scFv는 분자량 약 25 kDa의 재조합 항체이며, 항체 가변부위의 경쇄와 중쇄 부분이 flexible linker peptide로 연결되어 있고, PEG를 링커로 하여 scFv와 지질이 연결된 구조를 가지고 있다.44,45) MM-302는 전임상에서 free doxorubicin 및 비표적화 liposomal doxorubicin에 비하여 치료적우월성을 보였으며, Trastuzumab과 병용시 상승효과를 나타냈다.46) 하지만, 임상 2/3상에서 비교군에 비하여 뚜렷한 이점이 없는 것으로 확인되어 임상시험이 종료된 상태이다.47)

(3) Stimuvax

Stimuvax는 암에 대한 치료용 백신 개념 의약품으로 Tecemotide (Tumor specific antigenic lipopeptide)를 이용하여 암세포에 과발현 및 비정상적으로 당화되어 있는 Mucin 1 (MUC1)을 표적으로 하며, 이에 대한 세포성 면역을 강화시키는 작용을 한다.48)리포좀은 Tecemotide와 adjuvant인 monophosphoryl lipid A, cholesterol, DMPG, DPPC로 구성되어 있다.49) Non-small cell lung cancer에 대한 임상 1상에서 1차 평가변수인 전체생존의 개선 및 2차 평가변수인 무진행 생존의 개선 효과를 나타내지 못해 임상 1/2상이 중단되었다(EMR63325). 이에 따라 개발사인 Merck는 3상 START2 및 INSPIRE 연구 등 모든 임상을 중단하기로 결정하였다.50)

(4) LEP-ETU

LEP-ETU는 paclitaxel을 함유한 리포좀 제제이며, 지질은dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DOPC), cholesterol, cardiolipin으로 구성되어 있고, 코드명 중 ETU는 ‘Easy to Use’ formulation을 의미한다.51) 이 리포좀 제제는 우수한 약동학적 특성을 나타낼 뿐만 아니라, Paclitaxel의 용해도 때문에 사용되던 용매인chremophor/ethanol을 필요로 하지 않아 용매로 인한 독성 문제가 없는 장점을 가진다.52)

(5) MBP-426

MBP-426은 oxaliplatin을 함유한 리포좀 제제이며, 암세포의transferrin receptor를 표적화하기 위해transferrin-conjugated N-glutaryl-phosphatidylethanolamine (NGPE) lipid를 이용하였다.53) 해당 기술을 보유한 일본의 Mebiopharm사는 동일 기술을 이용하여 methotrexate (MBP-Y003), docetaxel (MBP-Y004), gemcitabine (MBP-Y005)의 표적지향성 리포좀 제제들을 개발하고 있다. MBP-426은 임상 2상이 개시된 상태이며, Mebiopharm사의 나머지 제품들은 전임상 개발 단계에 있다.54)

(6) LiPlaCis

LiPlaCis는 암 조직에 존재하는 secretory phospholipase A2 (sPLA2)에 의해 잘 분해되는 성질을 가진 리포좀을 이용하여 약물 방출이 암 조직에 표적화되어 일어나도록 하는 기술을 이용하여 개발되었다.55) 주성분으로 cisplatin을 함유하고 있으며, sPLA2가 phosphatidylglycerol과 같은 음전하의 지질에 대해 높은 특이성을 나타내는 특성을 이용하여 유사한 음전하 지질 조성을 갖춤과 동시에 리포좀이 쉽게 분해되도록 지방산의 길이를 최적화하였다. DSPC:DSPG:DSPE-PEG2000이 70:25:5의 몰비로 구성된 제제가 2009년 임상시험에 적용되었으나, 제제학적 불안정성으로 인한 신독성 문제로 인해 임상시험이 중단되었으며, 현재는 새로운 포뮬레이션을 통해 임상이 재개된 상태이다.56)

(7) SPI-77

SPI-77은 cisplatin을 함유한 리포좀 제제로서는 처음으로 임상에 진입한 제품이다.57) 제제는 HSPC, cholesterol, DSPE-PEG2000으로 구성되었으며, 리포좀을 통해 cisplatin의 반감기 및 AUC가 크게 증가되었고, 임상 1상에서 cisplatin의 독성 경감이 확인되는 등 양호한 결과가 나타났으나, 임상 2상 시험 결과 clinical response rate의 개선적인 면에서 부족한 결과를 보여 현재 임상시험이 중단된 상태이다.58)

(8) OSI-211

OSI-211은 수용성 camptothecin 계열의 Topoisomerase 1 저해제인 lurtotecan을 함유한 리포좀 제제이다.59) HSPC와 cholesterol의 비율이 2:1로 구성되어 있으며, 리포좀 제제는 5% dextrose에 의해 전달된 lurtotecan에 비해 9~67% 더 높은 암 조직내 축적을 보였다. Recurrent SCLC에 대한 임상 2상 시험이 완료된상태이다.60)

(9) LipoVNB (TLC178)

LipoVNB는 빈카알칼로이드계 항암제인 vinorelbine을 함유한리포좀 제제이다. 지질은 DSPC, cholesterol, DSPE-PEG으로 구성되어 있고, vinorelbine의 봉입 및 안정화과정에서 triethyl-ammonium sucrose sulfate를 사용하였다.61)

(10) L-NDDP (Aroplatin)

L-NDDP는 oxaliplatin 계열의 백금 알킬화제로, 물질명은 cis-bis-neodecanoato-trans-R,R-1,2-diaminocyclohexane platinum이다.지질은 1,2-Dimyristoylphosphatidylglycerol (DMPG)와 DMPC로구성되며 multilamellar 구조를 가진다.62) DMPG는 NDDP의 리포좀 내 활성화 및 암세포 내로의 전달을 향상시키는 역할을 한다.63,64)

(11) Liprostin

현재 조사된 임상시험 단계의 리포좀 제제 중에서 비항암제제는 liprostin이 유일하다. 이 제품은 혈관확장, 혈소판 억제, 항염증, 항혈전 등의 작용을 갖는 PGE-1을 함유한 제제이며, 말초혈관질환과 관련하여 임상 2상이 진행 중이다. 리포좀의 구성성분 및 제제학적 특징은 알려지지 않았다.

(12) Atragen

Atragen은 all-trans-retinoic acid (ATRA)를 함유한 정맥주사용리포좀 제제이다.65) 현재 ATRA는 경구용 제제로 급성전골수구성백혈병 환자에 사용되고 있다. 경구용 제제가 있음에도 불구하고 정맥 주사용 리포좀 제제를 개발하는 목적은 ATRA의 흡수, 분포의 개선이라는 목적과 더불어, 비위관 삽입, 노인, 소아등 경구 제제를 사용할 수 없는 환자에게 투여하기 위함이다.66)현재 Atragen은 신장암을 적응증으로 임상 2상이 완료된 상태이다.

(13) LEM (Liposome Encapsulated Mitoxantrone)

LEM은 mitoxantrone을 함유한 리포좀 제제로 지질은 DOPC와 cholesterol, cardiolipin으로 구성되어 있으며, 현재 임상 1상이 완료되었다. 불포화 인지질인 DOPC는 유연한 이중층 구조를 형성하여 mitoxantrone의 봉입효율을 높이는 역할을 하고, 음전하를 띠는 cardiolipin은 양전하를 띠는 mitoxantrone과 정전기적 상호작용으로 약물의 봉입을 높이는데 기여한다.67,68)

(14) S-CKD602

S-CKD602는 Topoisomerase 1 억제제인 CKD-602를 함유한PEGylated liposome 제제이다. 리포좀 제제화를 통해 CKD-602의 약리활성에 필수적인 락톤링 구조를 보호할 수 있으며, 반감기 증가 및 암조직으로의 전달효율 증대 효과가 나타났다.69) CKD-602는 camphotecin 계열의 반합성 물질인 belotecan으로 알려져 있으며,70) 비리포좀 제형인 CKD-602는 임상 2상이 완료된상태이며, 리포좀 제형인 S-CKD602는 임상 1상이 완료된 상태이다.

(15) INX-0076

INX-0076은 Marqibo®에서 사용되었던 sphingomyelin이 사용된리포좀 제형으로, shingomyelin과 cholesterol이 55:45의 몰비율로구성되어 topotecan을 봉입하고 있다.68) 기존 연구되던 topotecan함유 multilamellar vesicle이 500 nm 수준의 크기를 가져 전신 순환 중 비교적 빠르게 제거되는 단점을 가졌는데, 이 제제는 이를 개선하기 해위 지질 조성의 변경을 통해 입자의 크기를 100 nm 수준으로 제조한 것이다. Topotecan의 효율적인 봉입을 위해ionphore-mediated proton gradient를 사용한다.71)

(16) TLD-1

TLD-1은 구체적인 지질 구성성분이 공개되어 있지 않으나, Doxil®/Caelyx®와 같이 doxorubicin의 PEGylated liposome 제제이다. 이 제제의 임상시험 자료에 따르면 Doxil®/Caelyx®와 비교해지질 조성, 크기, 전하 분포, 약물 방출 특성이 상당히 변경된제품이라고 기술되어 있으며, 이러한 변경을 통해 전임상 시험에서 손발증후군의 부작용이 나타나지 않았음을 설명하고 있다.72)

고 찰(Discussion)

리포좀 제제 의약품 18개와 임상시험 중에 있는 후보물질들을 통해 리포좀 제제를 이용한 의약품 개발 동향을 살펴보면,적응증 측면에서 항암제 개발이 가장 활발히 진행되어 온 것을확인할 수 있다. 승인된 제품의 과반 이상이 항암제를 주성분으로 하는 의약품이고, 임상시험 단계에 있는 의약품도 1개 제품을 제외하고는 모두 암에 적용하는 의약품이다. 이는 리포좀 제제가 서방성 및 혈중 반감기 증가 효과로 인한 약동학적 특성향상뿐만 아니라 세포독성 항암제가 가진 독성의 경감, 암 조직으로의 투과도 증진 및 표적화 등의 효과를 보임으로 인해 세포독성 항암제의 단점을 제제학적으로 개선할 수 있다는 점 때문으로 보인다. 항암제 계열별로 분류하여 리포좀 제제 연구개발 동향을 분석해보면 다음과 같다.

첫째, 가장 성공적으로 리포좀 제제로 개발된 항암제는anthracycline 계열 항암제이다. 이는 Doxil®과 DaunoXome®의 성공적인 제품 개발 및 다수의 Doxil® 제네릭 의약품 개발을 비롯하여 다양한 기술이 접목된 제제가 지속적으로 개발되어 임상시험 단계에 있는 것을 보면 알 수 있다. Anthracycline 계열항암제가 리포좀 제제로 개발되는 주된 이유는 반감기 증가 등약동학적 특성의 개선과 해당 계열 항암제의 심장 독성 감소 효과 때문인 것으로 보인다.73) 심장독성 감소 효과는 리포좀 제형이 크기로 인해 조직들이 치밀하게 조직된 심장 혈관을 통과할수 없으므로 리포좀 안에 봉입된 약물이 심장으로 가지 않고 혈관내피세포조직이 허술한 암세포 조직으로만 전달되는 enhanced permeability and retention (EPR) 효과로 이해된다.74)

둘째, irinotecan을 함유한 리포좀 제제인 Onivyde®를 시작으로 하여 camptothecin 계열 항암제의 리포좀 제제 개발이 활발하다. 리포좀 제제는 camptothecin 계열 항암제 복용시 나타나는심각한 설사와 같은 위장관계 부작용을 줄여주고 약물의 활성구조를 안정화시키는 효과를 나타낸다. Camptothecin 계열 항암제는 활성에 핵심적인 구조인 락톤 고리구조가 pH 의존적으로분해가 되고, 고리가 열리게 되면 활성을 잃게 되는데, 리포좀은 제제학적으로 리포좀 내부환경 조성의 조절을 통하여 약물의 안정성을 유지하는 효과를 보인다.75)

셋째, 백금 알킬화제 계열 항암제의 경우 현재까지 FDA 및EMA의 승인을 받은 제품은 없지만, 많은 후보약물이 임상시험단계에 진입해 있는 상태이다. 백금 알킬화제 항암제는 1세대cisplatin, 2세대 carboplatin, 3세대 oxaliplatin이 개발되며, 약물의부작용 및 내성에 대한 개선을 하면서 발전해왔지만, 여전히 백금 알킬화제 항암제 모두가 신경독성을 나타내며, 짧은 반감기를 가지는 문제점을 가지고 있다.76) 이러한 문제점을 극복하기위한 방법으로 리포좀 제제화가 연구되어 왔으며, MBP-426 (oxaliplatin), LiPlaCis® (cisplatin) SPI-077 (cisplatin), L-NDPP (Aroplatin)이 해당한다. 특히, 새로운 백금 알킬화제로 개발 중이던 Satraplatin과 Picoplatin이 제품화에 실패한 이후, 새로운 백금 알킬화제의 개발 보다 리포좀과 같은 나노약물전달기술을 이용하여 기존 약물의 문제점을 개선한 제형으로 제품을 개발하는 것에 대한 관심이 더욱 높아지고 있다.77)

넷째, 능동면역의 증강을 통한 골육종(osteosarcoma) 치료를 목적으로 하는 Mepact®와 같이 암에 대한 면역학적 치료 분야에서 리포좀 제제의 응용 가능성이 관심을 받고 있다. 하지만, 암백신을 비롯한 면역학적 치료제가 최근 활발히 연구되고 있는것에 비해, 리포좀을 이용한 암 백신은 연구개발 측면에서 괄목할만한 성과를 내고 있지 못하다. Merck사의 암 백신인 Stimuvax는 임상 3상까지 개시를 하였으나, 만족스러운 결과를 얻지 못해 제품 개발이 중단되었다. 최근 암백신은 암 항원을 암호화하고 있는 mRNA를 지질나노입자(Lipid nanoparticle, LNP)를 통하여 전달하는 방식의 연구가 활발히 일어나고 있다. LNP는 핵산의 전달을 위한 목적으로 ionizable cationic lipid를 이용하는데,지질을 이용한다는 점에서 리포좀과 유사성을 가지나 구조적인면에서 리포좀과 구별된다.78)

리포좀은 제제의 복잡성으로 인해 규격분석이 어려운 대표적인 NBCD (Non-Biologic Complex Drug) 제형에 속한다.5) 대부분의 나노메디신과 마찬가지로 형태, 구조, 크기에서 high variability를 보이며 이러한 특성으로 인해 충분한 물리화학적 품질 특성분석이 어렵다. 이러한 제형의 구조적 복잡성은 reference product와의 동등성 규명을 통해 개발되어야할 후속의약품에 대한 규제과학을 어렵게 하는 원인이 된다. 특히, 주요 규제기관인 미국 FDA와 유럽 EMA 간에 NBCD 후속의약품 허가 규정에 관한 차이가 발생하는 경우가 생겨 이에 대한 논의가 활발히 진행되고 있는 상황이다.79) 후속의약품의 허가에 있어서 reference product와의 제네릭 개념으로 'Sameness'를 기준으로 할지 또는바이오시밀러와 같이 'Similar (but not the same)'를 기준으로 할지 의약품에 따라 특성과 변수가 다양하여 결정하기가 쉽지 않은 것으로 보인다.80) 리포좀 제제 의약품의 경우 2010년 Doxil®의 특허가 만료된 이후 미국에서는 2013년 제네릭으로 LipodoxTM가 허가된 이후 3개의 제네릭 제품이 허가를 받았으나, 유럽에서는 아직 제네릭 허가가 없는 상황이다(Table 1). 이러한 상황에서 유럽에서도 리포좀 제제 의약품의 후속의약품 개발에 대한 규정 마련을 위한 노력이 이루어지고 있는 가운데, EMA는2009년 리포좀 의약품에 대한 Draft reflection paper를 발표하였고, 2013년에 보완된 내용으로 하여 Reflection paper를 발표한바 있다.81) 미국 FDA는 Doxil®을 비롯하여 Ambisome®, DaunoXome®, Visudyne®, Exparel®에 대한 Drug specific guidance를 발표하였고,82-86) 2018년에는 전반적인 리포좀 제제 의약품에대한 가이던스를 발표하였다.87)

결 론(Conclusion)

리포좀은 약물의 체내 반감기 증가, 표적 송달, 독성 경감등다양한 측면의 장점을 갖춘 약물전달 제형으로, 항암제를 중심으로 괄목할만한 성과를 이루어냈고, 다양한 의약품으로 응용이확장되고 있는 상황이다. 현재까지 주요규제기관인 미국 FDA와유럽 EMA의 승인을 받은 리포좀 의약품이 18개 품목을 비롯하여 임상시험 단계에 있거나 임상시험을 거친 후보약물 17개가 조사되었다. 앞으로 약물 봉입 방법을 비롯하여 지질 조성의변화, 크기 조절, 표적화 물질을 이용한 표면 개질 등의 다양한기술 발전을 통해 더 많은 약물이 리포좀 제제를 통해 의약품으로 개발될 것으로 전망된다. 최근 리포좀 제제와 관련하여NBCD 의약품에 관한 규제과학 연구가 중요해지고 있다. 본 논문에서 정리한 리포좀 제품의 제제학적 특성과 기술 정보를 비롯한 임상시험 단계에 있는 리포좀 제제들의 연구개발 동향은리포좀 의약품의 규제과학 연구를 위한 중요한 자료가 될 것으로 본다.

감사의 말씀(Acknowledgment)

본 연구는 2021년도 식품의약품안전처의 연구개발비(21172MFDS702)로 수행되었으며 이에 감사드립니다.

Conflict of Interest

모든 저자는 이해 상충을 가지고 있지 않음을 선언한다.

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August 2021, 65 (4)
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