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코로나19 대응을 위한 mRNA 기반 혁신기술, 초고속 백신 개발 가속화
| 작성자 | 관리자 | ||
|---|---|---|---|
| 작성일 | 2021-03-12 | 조회수 | 12,867 |
| 출처 | 생명공학정책연구센터 | ||
| 원문 | https://www.bioin.or.kr/board.do?num=304893&cmd=view&bid=issue&cPage=1&cate1=all&cate2=all2 | ||
BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-13
코로나19 대응을 위한 mRNA 기반 혁신기술, 초고속 백신 개발 가속화
◇ 코로나19 팬데믹을 계기로 mRNA 백신 기술의 혁신성이 부각, mRNA 백신은 감염병뿐만 아니라 암, 희귀질환 극복에도 이바지할 것으로 전망. 하지만 전문가들은 mRNA 백신의 큰 가능성에도 불구하고 현재의 mRNA 백신 기술은 한계점이 있어 개선이 필요하다고 지적
▸주요 출처 : Nature News Feature, How COVID unlocked the power of RNA vaccines, 2021.1.12.
□ 코로나19 바이러스 대응을 위해 초고속 백신 개발을 가능하게 한 mRNA 백신 기술 주목
○ 많은 전문가들은 코로나19 팬데믹을 종식시키는 유일한 방법으로 신속한 백신 개발이 필수적이라고 강조
- 전통적인 백신*을 뛰어넘어 더 빠르고, 더 효능이 좋고, 더 저렴한 백신기술로 mRNA 백신이 패러다임을 전환할 것으로 기대
* 약독화된 바이러스, 바이러스 유래 소단위 항원 단백질 등을 이용하여 개발하는 백신
○ 현재 Pfize-BioNTech*과 Moderna** 2개의 제약회사에서 개발한 mRNA 백신이 세계 여러 국가에서 긴급사용승인을 받고 접종 진행 중
* BioNTech은 독일 마인츠에 본사를 둔 생명공학 기업으로 mRNA 백신이 주요 사업 분야
** 미국 바이오테크 기업으로 mRNA 백신 기술에 초점
<2개 제약회사의 mRNA 백신 작용 원리/핵심 기술>
| ◆ mRNA와 LNP(lipid nano paricle, 지질나노입자) 기술을 융합해 코로나19 mRNA 백신 개발에 활용
- (핵심기술) LNP-mRNA - (작용원리) ① 코로나 바이러스의 스파이크 단백질을 인코딩하는 mRNA를 지질나노입자로 감싼 후 상완 근육에 투여, ② mRNA가 면역세포 내로 이입되어 발현된 스파이크 단백질이 면역체계에 의해 ‘foreign body(이물질)’로 인식되고, ③ 면역반응을 일으켜 중화항체 생성과 T세포 활성이 일어남 - (관련논문) 코로나19 백신의 임상시험 결과 발표(N Engl. J. Med., ’21.2) |
▸출처 : NIH 보도자료, NIH to launch public-private partnership to speed COVID-19 vaccine and treatment options, 20.4.17
□ mRNA 백신 아이디어는 거의 30년 전의 컨셉이지만, 최근 생명과학과 유전자 관련기술의 발전으로 mRNA 백신의 R&D 속도가 매우 빨라짐
○ 전통적인 백신은 개발에 10년 이상이 소요되고, 50% 이하의 유효성을 보이는 반면, ‘mRNA 백신은 단기간(1년 이내)에 개발이 가능하고 90% 이상의 높은 유효성을 입증’했다는 점에서 기존 백신과 큰 차이
- 이는 ‘mRNA 백신기술’을 이용하여 미래에 다시 발생할 수 있는 감염병에 신속히 대응할 수 있음을 보여주는 것이며,
- 또한 비감염성, 비삽입성이기 때문에 기존 다른 백신에 비해 안전하고, 하나의 시설에서 같은 공정으로 대량생산이 가능
※ DNA 백신의 경우 게놈(genome)에 삽입이 일어날 위험이 있음
◆ (장점) mRNA 백신의 장점은 신속성과 유연성으로, 병원체의 유전자 정보만 알면 빠르게 설계하고 생산 가능
- (신속성) 2020년 1월 10일 코로나19 바이러스의 유전자 정보가 공개된 후 모더나에서 1상 임상시험에 필요한 백신을 만드는 데 25일밖에 걸리지 않음
※ 어떤 신종 병원체가 등장해도 유전자 정보만 알면 한 달 이내에 백신을 만들어 임상시험에 진입 가능
- (유연성) 초기 개발을 위한 시간과 비용이 적게 들기 때문에 비교적 환자가 적은 감염병에 대해서도 대비할 수 있으며, 기존 약물(단백질, 저분자화합물 등)에 비해 소규모 설비로도 생산이 가능
※ 생산 파이프라인 설계에 따라 소량부터 대량까지 생산량을 유연히 조절할 수도 있으며, 여러 종류 mRNA를 생산하는 접근방법도 가능
- (안전성) mRNA는 원래 우리 몸에 있는 물질이므로 그 자체로는 독성이 없고, 제조 과정에서 세포를 이용하는 대신 정제된 효소를 사용하기 때문에 위험한 불순물이 들어갈 우려도 거의 없음
※ 다만, mRNA를 전달하는 지질나노입자의 성분인 폴리에틸렌글라이콜이 부작용을 일으킬 가능성이 제기되고 있지만, 코로나19 백신을 통해 평가와 검증이 광범위하게 이뤄지고 있어 안전에 대한 결론이 곧 나올 전망
◆ (단점) 열안정성과 비교적 많은 사용량이 단점으로, 기존 백신에 비해 초저온의 저장과 유통이 필요하며, 일반적인 효과를 얻기 위해 2배의 용량이 필요
- (열안정성) 다른 백신들은 4℃나 상온에서 보관할 수 있지만 모더나 백신은 냉동(-20℃) 조건에서, 화이자 백신의 경우 초저온(-70℃) 상태에서 저장 및 유통 필요
- 정제된 mRNA 자체는 상당히 안정적인 물질이지만, 지질나노입자가 불안정해서 저온 보관이 필요(☞ 지질나노입자의 개선 혹은 대체기술 개발이 관건)
※ 중국의 Suzhou Abogen Biosciences사는 LNP 품질과 순도를 향상하여 냉장(2~8°C) 온도에서 저장이 가능한 기술을 개발 중
- (사용량) mRNA 설계에도 개선이 필요한데 RNA가 더 오래 세포에 머무르며 더 많은 단백질을 생산할 수 있고(☞ RNA 구성요소 각각에 대한 연구, RNA 접힘 등 구조 개선 연구 필요),
- 과잉면역을 피하면서 적절한 면역반응을 유도할 수 있어 RNA 사용량을 줄일 수 있다면 저렴한 비용으로, 더 많은 사람에게 더 빨리, 더 안전하게 백신을 공급할 수 있을 것으로 기대
※ 현재 임상2상이 진행 중인 독일의 큐어백(Curevac)사의 mRNA 백신은 비교적 적은 용량으로 효과를 나타내고, 냉장에서 유통이 가능하여 mRNA 백신 기술은 추가적인 발전 여지가 큰 것으로 예상
◆ (가능성) 감염병 예방 백신 이외에 암 백신으로의 활용과 유전자 전달체로서 생명과학 및 의학에 광범위한 영향을 미칠 것으로 전망
- (감염병) 코로나19 사태에서 mRNA의 안전성과 효과가 입증된 만큼, 앞으로 mRNA 백신이 감염병 예방에 널리 사용될 것이 분명
- 코로나19를 비롯한 변이 바이러스에 대한 빠른 대처와 신종 병원체에 대한 대응력을 높이며, 저개발국의 국지적 감염 사태에 해결책을 제시에 역할 기대
※ 이미 지카바이러스, 인플루엔자, 말라리아 등에 대한 mRNA 백신 임상시험이 진행 중
- (암) 암 세포는 정상 세포와는 달리 비정상적인 단백질을 생성하는데 mRNA 기반 암 백신의 투여로 암 특이적인 단백질이 체내에서 생성되면, 이후 면역세포가 암 단백질을 인지해 암세포만 선택적으로 파괴
- 암 세포 단백질은 환자마다 다를 수 있어 개인 맞춤형 암 백신 개발이 바람직. mRNA는 설계가 쉬워 개인 맞춤형 암 백신 생산이 가능
※ 실제로 코로나19 사태 이전 mRNA 백신의 주요 타겟은 암이었고, 현재 다수의 임상시험이 진행 중
- (각종 질환) mRNA는 이론적으로는 어떤 유전자든지 우리 몸으로 전달할 수 있어 mRNA를 이용해서 우리 몸에 부족한 유전자를 도입하는 '유전자 치료' 가능
- mRNA는 설계와 생산이 쉽고 빠르기 때문에 플랫폼만 잘 갖추어 놓으면 각종 질환에 수개월 이내에 대처 가능
※ 질환의 유전적 원인만 파악되면 이에 대응할 백신 및 치료제 개발은 비교적 쉽고 초기 개발 비용이 저렴할 것으로 예상
- 이에 시장규모가 작아 개발이 어려웠던 희귀질환의 치료제 개발에도 활용할 수 있으며, 십년 이상의 시간과 수천억 원의 비용이 드는 기존 신약개발과 비교하면 혁명적 변화일 것으로 전망
출처 : HelloDD, mRNA, 코로나19 백신에서 유전자 치료제까지, 2021. 1. 31
□ 전문가들은 mRNA 백신의 큰 가능성에도 불구하고 현재 mRNA 백신 관련기술은 한계점이 있어 개선이 필요하다고 지적
○ 낮은 열안정성, 비교적 많은 사용량 및 부작용 등의 문제를 넘어서는 2세대 mRNA 백신 개발이 필요
- 낮은 열안정성을 제고하기 위해 독일의 CureVac사는 컴팩트한 3차원 구조로 RNA를 접는 기술을 개발
- 중국의 Suzhou Abogen Biosciences는 LNP 품질과 순도를 향상하여 일반적인 냉장 온도에서 저장이 가능한 기술을 개발 중
○ 또 다른 문제로 mRNA 백신은 기존 백신에 비해 일반적인 효과를 얻기 위해 2배의 용량이 필요
- 백신을 한꺼번에 투여하는 대신 천천히 투여하는 전달시스템이 사용량과 부작용 문제를 해결하는 데 도움이 될 것으로 기대
- 미국의 Vaxess Technologies사는 백신을 천천히 흘려보낼 수 있는 용해 가능한 미세 바늘이 부착된 피부 패치를 개발
○ 최근에는 mRNA 백신 기술의 발전으로 디자인을 다시 하지 않고 다양한 신종 독감 바이러스에 효과적인 ‘Universal flu shot*’ 백신 개발에 박차
- 미국 펜실베니아 대학의 Pardi 교수는 마우스와 같은 동물실험을 통해 서로 다른 인플루엔자 단백질을 인코딩하는 네 개의 mRNA를 섞어 만든 백신이 한 특정 종의 인플루엔자 바이러스에 의한 감염 방어를 확인
* Universal flu shot : 바이러스 변종, 항원소변이, 또는 항원대변이에 상관없이 모든 인플루엔자 종에 효과적인 백신 접종
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