mRNA백신 용량 줄이고 효과 높여…차세대 백신 설계법 개발

한국생명공학연구원

국내 연구팀이 mRNA 백신의 전달 기술과 유전자 설계를 동시에 개선해 적은 용량으로도 강한 면역 반응을 이끌어내는 차세대 백신 설계법을 개발했다. 게티이미지뱅크 제공

신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)으로 익숙해진 메신저리보핵산(mRNA) 백신의 고질적 약점인 '많은 용량'과 '부작용' 문제를 동시에 줄일 수 있는 차세대 백신 설계 기술이 개발됐다.

한국생명공학연구원(생명연)은 차현주 핵산치료제연구센터 연구원 연구팀이 적은 용량으로도 높은 면역 반응을 유도할 수 있는 mRNA 백신 플랫폼 설계 방법을 개발했다고 1일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 'ACS 나노'에 지난달 3일 게재됐다.

mRNA 백신은 단백질을 만드는 설계도인 mRNA를 몸속 세포에 전달하는 백신이다. 설계도를 받은 세포가 직접 항원 단백질을 만들어 면역 체계를 훈련시키는 원리다. 개발 속도가 빠르고 효과가 좋아 차세대 백신으로 주목받지만 충분한 면역 효과를 얻으려면 비교적 많은 양을 투여해야 하고 용량이 늘수록 발열이나 통증 같은 부작용도 크다.

연구팀은 백신 성능을 좌우하는 두 가지를 동시에 개선했다. 하나는 mRNA를 세포까지 실어 나르는 초미세 지방 캡슐인 지질나노입자(LNP)이고 다른 하나는 mRNA 자체의 유전자 설계 구조다.

먼저 96종의 후보 물질을 비교해 'H9T6'라는 새로운 지방 성분을 찾아냈다. H9T6로 만든 나노입자는 기존 물질보다 면역세포 안으로 mRNA를 3.5배 이상 잘 전달했다. mRNA가 세포 안에 들어가더라도 외부에서 들어온 물질을 가두는 '엔도좀'이라는 소화 주머니에 갇혀 분해되는 경우가 많은데 H9T6 나노입자는 mRNA가 엔도좀에서 빠져나와 단백질을 만드는 곳까지 도달하도록 돕는 능력이 뛰어났다.

mRNA의 설계도도 개선했다. mRNA에는 단백질을 얼마나 많이, 얼마나 오래 만들지를 조절하는 앞뒤 구간이 있다. 연구팀은 63만 개 이상의 후보 서열을 분석해 단백질 생산 능력이 가장 좋은 조합을 찾아냈다. 기존 상용 mRNA 백신에 쓰이던 구조보다 항원 단백질 생산량이 크게 늘었다.

차세대 저용량 mRNA 백신 플랫폼 개념도. 왼쪽은 mRNA를 세포 안까지 효과적으로 전달하는 새로운 지방 성분(H9T6) 기반 나노입자, 오른쪽은 단백질 생산 능력을 높이도록 최적화한 mRNA 설계 구조를 보여준다. 두 기술을 합쳐 적은 용량으로도 강한 항체·면역세포 반응을 이끌어냈다. 생명연 제공

두 기술을 합친 백신을 동물실험에서 검증한 결과 기존보다 적은 용량만으로도 강한 항체 반응과 면역세포 반응이 동시에 나타났다. 여러 차례 반복 투여하는 안전성 검사에서도 특별한 부작용 없이 일시적 반응 후 회복했다.

차현주 연구원은 "mRNA 전달 기술과 유전자 설계를 동시에 최적화해 기존 백신을 보완할 수 있음을 보여준 사례"라며 "적은 용량으로도 높은 효과를 내는 만큼 감염병 대응과 암 백신 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

<참고> 
doi.org/10.1021/acsnano.5c20535

[임정우 기자 jjwl@donga.com]