mRNA 백신 안전성 높일 나노입자 조성 방법 개발

[이데일리 강민구 기자] 코로나19 유행 당시 개발된 메신저리보핵산(mRNA) 백신은 높은 예방 효과와 빠른 생산 속도로 인류 안전을 지켰다. mRNA 백신은 바이러스 유전 정보를 담은 mRNA를 이용해 사람 몸속에서 항원을 직접 생성하게 해 면역 반응을 유도하는 백신이다. 하지만 백신 접종 후 발생하는 여러 부작용에 대한 원인이 정확히 밝혀지지 않은 가운데 국내 연구진이 mRNA 백신의 안정성을 높일 가능성을 제시했다.

(왼쪽부터)방은경 한국과학기술연구원 선임연구원, 남재환 가톨릭대 교수, 윤혜원 서울대병원 교수.(사진=한국과학기술연구원)

한국과학기술연구원(KIST)은 방은경·금교창 뇌융합기술연구단 박사팀이 남재환 가톨릭대 의생명과학과 교수팀, 윤혜원 서울대병원 핵의학과 교수팀과 독성이 완화된 mRNA 백신용 신규 지질 나노입자 조성 방법을 개발했다고 22일 밝혔다.

지질 나노입자를 구성하는 물질인 이온화 지질은 mRNA 백신의 약물 전달에 핵심 역할을 한다. 하지만 몸속에서 독성을 유발할 수 있어 이를 완화하기 위한 연구가 진행되고 있다.

이온화 지질은 mRNA와 정전기적 상호작용으로 지질 나노입자를 만들어 mRNA 전달과 방출을 조절한다. 현재 사용되는 이온화 지질은 mRNA 방출에 유리한 고깔 형태의 구조이다. RNA로부터 합성된 항원 단백질을 항원으로 인지해 항체를 형성하는 면역 반응을 일으키도록 돕는다.

연구팀은 mRNA 백신 독성을 줄이기 위해 이온화 지질에 상응하는 면역 증강 효과가 있으면서도 독성이 없는 트레할로스 당지질에 주목했다. 염증 완화 효과가 있다고 알려진 트레할로스는 수소결합을 통해 mRNA와 상호작용이 가능하며 불포화지방산을 도입해 고깔 형태의 구조로 합성할 수 있다. 트레할로스 당지질은 체내 면역 인자의 수용체와 결합하는 리간드 수용체에 와 결합하는 리간드로 작용해 면역을 높일 수 있다.

연구팀은 지질 나노입자 내 트레할로스 당지질의 함량을 조절해 전체 지질 중 이온화 지질의 함량을 기존 50%에서 25%로 줄이고, 트레할로스 당지질을 25% 추가한 지질 나노입자 조성 방법을 개발했다.

트레할로스 당지질로 이온화 지질의 일부를 대체한 신규 지질 나노입자 플랫폼의 디자인과 성능 모식도.(자료=한국과학기술연구원)

이 나노입자를 mRNA 구조체 플랫폼과 결합해 인플루엔자 mRNA 백신으로서 효능을 검증한 결과, 기존 지질 나노입자와 같은 수준의 중화항체가(특정 병원체에 대해 면역 반응을 일으키는 항체 농도를 측정한 값)를 보여 효과를 입증했다.

유효 농도의 10배 이상 고농도 백신을 쥐에 주입했을 때에도 아무것도 처리하지 않은 대조군 대비 심장 독성, 간독성 지표에 차이가 없어 독성 완화 효과가 있는 것으로 나타났다.

방은경 박사는 “트레할로스 당지질은 이온화 지질 함량을 줄이고 표적화할 수 있어 독성을 줄일 수 있는 지질 나노입자의 주요 성분이 될 것”이라며 “면역 관련 장기에 표적 전달이 가능한 mRNA 백신 전달체는 전염병 예방과 면역 항암 치료에 활용할 수 있다”라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘바이오액티브 머터리얼스(Bioactive Materials)’ 최신 호에 게재됐다.