이화여대 연구팀, 국내 최초 지질나노입자 이용 RNA 약물전달기술 개발

[이데일리 오희나 기자] 이화여대는 약학과 이혁진 교수 연구팀은 국내 최초로 이온화 지질나노입자(Ionizable Lipid Nanoparticles, LNPs)를 이용한 세포 표적 RNA 약물 전달기술을 개발하는 데 성공했다고 8일 밝혔다.

이는 코로나 바이러스를 비롯하여 다양한 감염병 및 난치병을 효과적으로 치료할 수 있는 획기적인 유전자 약물전달체 기술로서 학계와 산업계의 주목을 받고 있다. 연구결과는 세계적 국제학술지인 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 2월 26일 온라인판에 게재됐다.

이혁진 교수 연구팀은 독자적으로 개발한 이온화 지질을 이용해 고효율의 RNA 약물 봉입과 세포 내 전달이 가능한 지질나노입자(LNPs)를 제작하는 데 성공했다. 본 연구에서 개발된 지질나노입자는 RNA 약물을 봉입해 표적 세포에게 갈 때까지 파괴되지 않도록 보호하고, 도착 후 세포 안으로 들어가도록 돕는다.

기존에는 이러한 역할을 하는 양이온성 약물전달체의 경우, 생체 내 RNA 전달 효율이 떨어질 뿐 아니라, 양이온성 지질과 혈중 내 단백질과의 비특이적 결합으로 체내 반감기가 감소하거나 간 손상, 면역원성 등의 심각한 독성문제를 유발했다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 주변 pH 환경에 따라 이온화 상태가 변화하는 이온화 지질을 개발했으며, 이를 통해 생체 내 약물이 투입되고 표적까지 안전하게 도달하도록 했다. 실제로 연구팀이 mRNA를 봉입한 지질나노입자를 동물 모델에 주입한 결과, 1번의 투여만으로도 80% 이상의 표적 세포에서 RNA 약물이 전달된 것을 확인할 수 있었다.

이혁진 교수는 “연구팀에 의해 개발된 세포 표적 이온화 지질나노입자 기술은 단회 투여만으로 높은 형질 주입을 보일 뿐만 아니라 RNA 약물 봉입률 또한 매우 우수해 안전성과 고효율의 장점을 갖는 약물전달체 원천기술”이라며 “이를 이용해 코로나 바이러스 대응을 위한 mRNA 백신 및 치료제 개발이 가능할 것”이라고 말했다.

연구팀은 나아가 개발된 지질나노입자에 생물학적 리간드를 수식해 특정 세포를 표적으로 하는 전달기술을 확보하는 데도 성공했다. 실제 연구진이 간 혈관 내피세포에 발현하는 수용체와 결합 가능한 리간드를 수식해 동물모델 실험을 진행한 결과, 기존 지질나노입자에 비해 7배 높은 표적 세포 약물 전달 효과가 있었으며, 비표적 세포로의 약물 전달 효과는 3.5배 감소한 것으로 확인됐다.

제1저자로 연구에 참여한 김민정 박사는 “이번 연구에서 관심을 둔 표적은 간 혈관 내피세포로, 간세포(Hepatocyte)와 더불어 간의 항상성 유지는 물론 기능 장애 시 심각한 간 기능 장애를 초래 할 수 있는 중요 조직으로서 의미가 크다”고 말했다. 2저자인 정예희 박사과정 학생은 “기존 지질나노입자는 주로 간세포에 전달되는 경향이 있는데, 이번 연구를 통해 다른 표적 세포로의 RNA 약물 전달이 가능하다는 것을 확인했으며 이를 통해 다양한 질병 치료가 가능한 맞춤형 치료제 개발의 길을 열었다”고 덧붙였다.

이번 연구 성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원으로 수행됐다. 이혁진 교수 연구팀은 향후 환자의 질병 상태에 따라 원인이 되는 조직 및 세포 분석을 기반으로, RNA 약물(siRNA, mRNA, sgRNA)의 표적 세포로의 전달을 구현하고 이를 통해 다양한 난치성 질환 치료제 연구를 지속할 계획이다.