코로나19 때 활약한 mRNA, 암·희귀질환 치료제 상용화 앞당긴다

포스텍, mRNA 안정적으로 전달하는 후처리 공정 개발

게티이미지뱅크 제공

불과 몇 년 전 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 대유행 당시 메신저리보핵산(mRNA) 백신은 변이 바이러스에 가장 효율적으로 대응한 백신으로 떠올랐다. mRNA를 백신이나 치료제로 쓰려면 mRNA를 체내 세포에 운반하는 보호 물질인 ‘지질나노입자(LNP)’가 온전히 유지돼야 한다. 

국내 연구진이 mRNA 전달체인 LNP의 손상을 막아 치료제 효율을 높일 수 있는 기술을 개발했다. 연구결과는 바이오·센서 분야 국제 학술지인 ‘바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스’에 최근 게재됐다.

포스텍은 임근배 기계공학과 교수, 윤승빈 박사과정 연구원 연구팀이 인벤티지랩과 공동연구를 통해 mRNA-LNP의 후처리 공정을 개선하고 생산 효율을 대폭 늘리는 기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 

mRNA는 DNA의 유전 정보를 세포로 전달해 단백질 생성을 지시하는 물질이다. 하지만 체내 효소에 매우 취약해 그대로 치료제로 쓰기 어렵다. LNP는 mRNA를 감싸 보호하고 세포 안까지 운반하는 전달체 역할을 한다. 제조 직후 구조가 불안정해지는 탓에 후처리 과정에서 전달체가 손상되면 치료제 효율이 급격히 떨어진다. 결국 치료제 성능은 LNP를 얼마나 온전히 유지하느냐에 달려 있다.

문제는 제조 이후 후처리 공정이다. mRNA와 지질 용액이 혼합되며 형성되는 mRNA-LNP는 기존 후처리 방식으로는 입자 농도가 크게 낮아지고 용액 부피가 늘어난다. 동시에 처리 시간 증가와 입자 손상, 수율 감소 등의 생산 효율이 떨어지는 문제가 발생했다.

연구팀은 해법을 ‘비접촉 방식의 농축’에서 찾았다. 전기장과 미세 채널을 이용해 LNP를 건드리지 않고 이동·집중시키는 방식이다. 양이온 선택성을 갖는 고분자 이온교환막인 ‘나피온(Nafion)’을 통해 형성된 이온 결핍 영역에서 ‘이온 농도 분극(ICP2)’ 현상을 유도해 구조 손상 없이 농축이 가능해졌다. 이온 농도 분극 현상은 나피온을 통해 전기장을 인가할 때 발생하는 전기화학적 현상을 말한다. 

연구팀이 개발한 기술을 적용한 결과 평균 크기 80nm(나노미터, 100만분의 1미터) 이하, 분산도 0.2 미만의 균일한 LNP를 유지한 채 mRNA 포획 효율 94% 이상을 확보했다. 

농축 이후에도 세포 실험에서 정상적인 단백질 발현이 확인돼 기능적 안정성까지 검증됐다. 여러 층을 적층한 ‘스택형 미세유체 칩’을 적용, 단일 채널 기반 시스템의 처리량 한계를 구조적으로 보완했다. 이를 통해 공정 시간을 줄이고 손실을 최소화할 수 있는 가능성을 확인했다. 

연구팀이 개발한 기술은 항암·희귀질환·감염병 치료제 등 mRNA 치료제의 상용화를 앞당길 핵심 기술로 주목된다. 연구를 이끈 임근배 교수는 “이번 연구는 mRNA 전달체를 손상 없이 다룰 수 있는 공정 기술을 제시했다”라며 “향후 대량 생산 공정과 연계해 차세대 mRNA 치료제의 산업적 활용 가능성을 높이겠다”라고 밝혔다.

<참고자료>

-https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.118226
 

[김민수 기자 reborn@donga.com]