한국과학기술연구원(KIST) 뇌융합기술연구단 방은경·금교창 박사팀이 가톨릭대학교 의생명과학과 남재환 교수팀, 서울대학교병원 핵의학과 윤혜원 교수팀과 공동연구를 통해 독성이 완화된 mRNA 백신용 신규 지질 나노입자 조성 방법을 개발했다고 밝혔다.

mRNA 백신은 바이러스의 유전 정보를 담은 메신저 리보핵산(mRNA)을 이용해 인체 내에서 항원을 직접 생성하게 해 면역 반응을 유도하는 차세대 백신이다.

다만, 백신 접종 후 발생하는 여러 부작용에 대한 원인이 정확히 밝혀지지 않아 신·변종 감염병에 대비한 국산 mRNA 백신 연구가 필수적이다.

특히 RNA 의약품을 담아 세포 내로 전달하는 지질 기반 전달체인 지질 나노입자를 구성하는 물질 중 하나인 이온화 지질은 약물 전달에 중추적인 역할을 하지만 체내에서 독성을 유발할 수 있어 이를 완화하기 위한 연구가 많이 수행되고 있다.

공동 연구팀은 이온화 지질에 상응하는 면역 증강 효과가 있으면서도 독성이 없는 트레할로스(trehalose) 당지질에 주목하고 전체 지질 중 이온화 지질의 함량을 기존 50%에서 25%로 줄이고 트레할로스 당지질을 25% 추가한 새로운 지질 나노입자 조성 방법을 개발했다.

염증 완화 효과가 있다고 알려진 트레할로스는 수소결합을 통해 mRNA와 상호작용이 가능하다고 연구팀은 설명했다.

신규 지질 나노입자를 mRNA 구조체 플랫폼과 결합해 인플루엔자 mRNA 백신으로서 효능을 검증한 결과, 기존 지질 나노입자와 동일한 수준의 중화항체가를 보여 면역 증강 효과가 있는 것도 입증했다. 

유효 농도의 10배 이상 고농도 백신을 쥐에 주입했을 때 아무것도 처리하지 않은 대조군 대비 심장 독성 및 간독성 지표에 차이가 없어 독성 완화 효과가 있음을 확인했다고 연구팀은 설명했다.

한편, 생체영상분석을 통해 백신 투여 방법에 따라 면역 관련 기관인 비장 및 림프절에 선택적으로 mRNA의 전달이 가능한 것을 관찰했다. 타 장기로의 전달에 따른 부작용을 낮추면서 면역 효과는 높여 독성이 완화된 국산 mRNA 백신 개발을 위한 기초 기술로 활용될 전망이다.

KIST 방은경 박사는 “트레할로스 당지질은 이온화 지질의 함량을 줄이고 표적화할 수 있어 독성을 완화할 수 있는 지질 나노입자의 주요 성분이 될 것”이라며 “면역 관련 장기에 표적 전달이 가능한 mRNA 백신 전달체는 전염병 예방과 면역 항암 치료에 활용할 수 있다”고 밝혔다.

과학기술정보통신부의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 바이오의료기술개발사업 등으로 수행된 이번 연구성과는 국제 학술지 ‘바이오액티브 머티리얼스(Bioactive Materials)’ 최신 호에 게재됐다.