국내 연구진이 mRNA(메신저 리보핵산) 백신의 최대 난제였던 '간 독성'과 '전신 부작용'을 획기적으로 낮출 수 있는 차세대 전달체 기술을 개발해 주목받고 있다.
가톨릭대학교는 남재환 의생명과학과 교수 연구팀이 기존 지질나노입자(LNP)의 구조적 한계를 극복해 간 독성과 부작용을 줄이고 면역 효율을 대폭 끌어올린 차세대 mRNA 백신 전달체를 개발했다고 4일 밝혔다.
mRNA 백신은 유전정보를 미세한 지질나노입자(LNP)로 감싸 체내에 주입한다. LNP는 이온화 지질, 인지질·헬퍼 지질, 스테롤·콜레스테롤, PEG 지질 등 4가지 핵심 성분으로 구성되는데 기존 연구개발은 주로 이온화 지질 단일 성분에만 집중됐다. 이로 인해 접종 후 백신 물질이 면역 기관인 비장이나 림프절 대신 대부분 간으로 쏠리며 간 수치 상승, 염증, 발열, 근육통 등의 부작용을 유발하는 한계가 존재했다.
연구팀은 LNP를 구성하는 지질 성분 전반을 새롭게 디자인해 백신 물질이 목표 면역 장기로 정확히 전달되도록 유도하는 데 성공했다.
이번 연구 성과는 재료과학 분야 권위지인 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science, IF=14.1)'에 두 편의 논문으로 연이어 게재되며 기술력을 인정받았다.
첫 번째 논문은 지질 성분의 체내 축적을 최소화한 부작용 완화 기술이다. 연구팀은 비타민 골격을 활용해 이온화 지질의 소수성 꼬리 구조를 최적화하고, 세포 내에서 쉽게 분해되는 '이황화 결합'을 도입했다. 영장류(마카크 원숭이) 모델 실험 결과, 기존 대비 세포 독성과 염증성 사이토카인 유도가 현저히 낮아져 발열과 근육통 등 전신 부작용이 크게 줄어드는 안전성을 입증했다.
두 번째 논문은 백신의 체내 이동 경로를 간에서 면역 기관인 비장으로 전환한 '표적 전달' 기술이다. 연구팀은 분자 동역학(MD) 시뮬레이션을 거쳐 담즙산 유래 스테롤(CA-20)을 새롭게 설계했다. 이를 적용한 신규 LNP는 간으로 향하는 비중을 대폭 줄이는 동시에 면역세포가 밀집한 비장으로 mRNA를 선택적으로 전달해 강력한 항체 형성과 세포 매개 면역 반응을 끌어냈다.
남 교수는 "단일 지질 성분 변형에 머물던 기존 한계를 넘어 4가지 지질 성분 전체를 설계 변수로 다룸으로써 백신의 안전성과 목표 장기 전달성을 세밀하게 조절할 수 있음을 입증했다"며 "이 설계 원리는 감염병 백신은 물론 항암 백신과 면역 치료제 개발에도 광범위하게 적용할 수 있다"고 설명했다.
이번 연구에는 이기연 가톨릭대 교수, 강병철·윤혜원 서울대 교수, 이상명 충북대 교수, 임필원 미국 리하이대 교수 등이 공동 교신저자로 참여했다.