코에 접종하는 광민감성 나노백신 개발됐다

가톨릭대 나건 교수 연구팀, 비강 접종 후 빛으로 면역 반응 조절하는 나노백신 개발
코로나 바이러스·암세포 등 다양한 바이러스성 감염증 방어에도 효과적일 것으로 기대

가톨릭대 나건 교수 연구팀이 개발한 나노백신(나노백, NanoVac)의 접종이 지닌 효과적인 면역반응 유도를 통한 감염성 바이러스 방어 전략.

[이데일리 이순용 기자] 가톨릭대 바이오메디컬화학공학과 나건 교수 연구팀과 선문대 이충성 교수가 코에 접종 후 빛으로 면역 활성화 정도를 조절하는 나노백신 개발에 성공했다. 이번에 개발한 나노백신은 독감 인플루엔자 바이러스의 감염 방어는 물론, 코로나 바이러스와 항암 백신 등 다양한 질병 치료제 연구에도 확대 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

매년 많은 사상자를 발생시키는 인플루엔자 바이러스를 예방하기 위해 바이러스의 주요 감염 경로인 비강(코)에 직접 백신을 접종하는 방법이 다양하게 시도돼 왔다. 하지만 그 동안의 비강 접종 백신은 외부 물질을 차단하는 코 속 점막층 때문에 항원 전달이 어렵거나, 살아있는 바이러스를 사용해야해 안전성에 문제가 있었다.

이에 나건 교수 연구팀이 항원단백질과 광응답제가 접합되어 있는 고분자를 이용해 나노복합체 형태의 백신을 개발했다. 이번에 개발된 나노백신은 빛으로 조직 투과성을 향상시켜 비강에 오래 머물 수 있는 것이 특징이다. 더불어 환자 특성에 맞게 빛을 쬐어주는 시간으로 면역 반응 정도를 조절할 수 있어 보다 안전하다는 강점이 있다.

나건 교수 연구팀이 개발한 나노백신은 동물 실험에서 인플루엔자 바이러스 방어 효과가 검증됐다. 나노백신을 투여한 후 빛을 쬐어준 동물 모델에서 100%의 생존율을 보였다. 실험 결과, 나노백신을 투여하고 빛을 쬐어준 경우가 항원 단백질만 투여했을 때보다 최대 8배 더 많은 면역 세포가 생성됐으며, 항원 특이적인 항체의 양도 80% 가량 증가한 영향이다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행됐으며, 연구 성과는 국제 학술지 10월24일자 ‘어드밴스드 사이언스((Advanced Science)’에 게재됐다.

연구 총 책임자인 가톨릭대 바이오메디컬화학공학과 나건 교수는 “이번에 개발한 나노백신은 다양한 질병에 적용이 가능한 백신 전달 플랫폼 기술로, 코로나 바이러스와 같은 병원성을 나타내는 다양한 감염원과 암세포 등 다양한 항원에 적용이 가능할 것으로 기대된다”며 “나노백신의 실제 상용화를 위해 안전성 평가 및 효능 평가 연구 등 후속 연구를 추진할 계획이다”고 밝혔다.

◇ [질의 응답]

Q1. 감염성 호흡기 질병으로부터 보호하기 위해 비강 접종 백신이 좋은 이유는 무엇인가?

A. 비강을 포함한 호흡기관은 호흡기 질환을 유발시키는 많은 감염원이 가장 먼저 감염되는 부위이다. 이러한 감염의 첫 번째 관문인 비강에서 감염성 질병을 치료할 수 있다는 점에서 비강 접종 백신이 관심을 받고 있다. 기존의 대부분의 백신은 주사를 이용한 1회 접종으로 시행되고 있다. 비강 접종 백신은 비교적 쉽게 접종이 가능한 비강의 특성상 비침습적으로 투여가 가능하여 쉽게 사용이 가능하다.

Q2. 개발한 새로운 백신이 비강 내에서 잔류시간이 증가하는 이유는 무엇인가?

A. 비강 내에는 점막층이 존재한다. 이러한 점막층은 미생물이나 바이러스와 같은 외부 감염원으로부터 보호하는 첫 번째 보호관문으로 작용한다. 그러나 비강 내 백신을 접종하는 경우에 이러한 비강 점막층이 백신의 효과를 감소시키는 주요한 원인으로 지목된다.

이번 연구는 인플루엔자 유래의 항원단백질을 양이온성의 생체 적합성 고분자가 정전기적인력에 의해 나노입자화 되고 이를 바탕으로 나노백신을 개발하였다. 본 연구팀이 연구한 양이온성 생체 적합성 고분자에는 빛을 받아 활성을 나타내는 광응답제가 결합되어 있다. 제작한 나노백신을 비강에 투여하면, 양의 값을 갖는 표면전하로 인해 비강 상피세포에 상호작용할 수 있고, 빛을 쬐어주면 나노백신의 광활성으로 점막층을 쉽게 투과하여 비강에서 항원 단백질만 처리했을 때보다 오랫동안 머물 수 있도록 한다. 더 나아가, 나노백신의 광민감성으로 인해 비강 조직을 투과하여 항원을 보다 면역세포에 잘 전달할 수 있고 광화학적 면역 반응을 유도하여 면역 증강효과를 통해 백신의 효능을 증가시키는 것을 확인하였다.

Q3. 비강 접종 백신의 가장 큰 한계점은 무엇이고, 이것을 극복하고자 어떠한 노력을 하였는가?

A. 비강 접종 백신의 가장 큰 한계점은 외부 물질을 차단하는 방어막 역할을 하는 점막층에 의해 백신의 효과가 저하된다는 한계점이 있다. 본 연구에서 빛에 의해 조직투과성을 향상시켜 비강 내 오래 머물 수 있도록 하였으며, 추가로 면역 활성을 조절할 수 있는 나노 백신을 제작하였다.

Q4. 개발한 백신을 임상 시험단계로 발전시키기 위해 다음 단계는 무엇으로 생각하는가?

A. 먼저, 백신을 비강으로 투여할 수 있는 적절한 기기가 개발되어야 할 것이다. 본 연구에서 개발한 나노백신 시스템은 백신의 효능을 증가시키기 위해 빛을 조절하는 방식을 개발하였다. 따라서 체내 환경으로 빛을 효과적으로 쬐어줄 수 있는 최적화된 기기의 개발이 필요할 것으로 생각된다.

Q5. 개발한 백신 시스템을 통한 비강 접종을 통해 호흡기질환 말고도 다른 질병에 효과가 있을 것인가?

A. 물론 효과가 있을 것이다. 개발한 빛으로 면역 활성을 조절하고 항원단백질을 효과적으로 전달할 수 있는 나노백신을 비강으로 투여하면, 국소부위에서 면역 유도가 가능할 뿐 아니라, 체내 전반적인 면역 활성을 유도할 수 있다. 이러한 특성은 감염성 호흡기 질환을 포함한 다른 질병에도 적용이 가능할 것으로 기대하고 있다.

Q6. 새로 개발한 백신 시스템의 가장 중요한 점은 무엇이라고 생각하는가?

A. 본 연구에서 개발한 빛으로 면역 활성을 조절 가능하고 비강 접종이 가능한 백신은 처음 발표하였다. 광민감성 비강 백신은 동물실험에서 인플루엔자 바이러스에 대해 효과적으로 방어할 수 있음을 밝혀냈다. 개발한 백신 전달 시스템은 다양한 질병에 적용이 가능한 플랫폼 기술로, 병원성을 나타내는 다양한 감염원의 항원과 암세포 특이적 항원에 대해 적용이 가능하다. 이러한 백신 전달 시스템은 다양한 감염원에 대해 신뢰할 만한 방어효과를 기대할 수 있다.

이순용 (sylee@edaily.co.kr)