mRNA 백신의 성공 사례
메신저 RNA(mRNA) 백신은 코로나19 팬데믹의 흐름을 크게 바꾸고 수백만 명의 생명을 구하는 데 기여했기 때문에 많은 이들에게 친숙한 개념입니다. 하지만 이는 새로운 발견이 아닙니다. 사실 mRNA의 치료적 잠재력은 1980년대로 거슬러 올라갑니다. 당시 mRNA를 지질 방울을 통해 표적에 전달하면 약물로 사용할 수 있다는 가설이 제기되었습니다. 그 이후로 mRNA 백신은 지카, 광견병, 인플루엔자, 거대세포바이러스를 포함한 다양한 병원체를 표적으로 하도록 설계되었습니다. 아래 그림 1은 세포 및 항체 매개 면역을 유도하기 위한 mRNA 백신의 작용 기전을 보여줍니다.
숙주 내에서 면역 반응을 자극하는 항원 단백질을 직접 주입하는 기존 백신 접근 방식과 달리, mRNA 백신은 질병 특이적 항원을 암호화하는 mRNA를 주입하여 숙주 세포의 단백질 합성 기전을 활용해 항원을 생성함으로써 면역 반응을 유도합니다. 체내에서 생성된 이러한 외부 항원은 면역 체계가 바이러스 항원을 인식하고 기억하도록 준비시켜, 향후 동일한 항원을 가진 바이러스에 의한 감염을 방어할 수 있게 합니다.
이 영상을 통해 mRNA 백신이 우리 몸의 세포를 사용하여 어떻게 코로나19에 대한 면역력을 생성하는지 확인해 보세요.
mRNA 백신: 길고 험난했던 여정
코로나19 퇴치를 위한 mRNA 백신 기술의 성공적인 적용은 생화학자, 면역학자, 발달생물학자들의 선구적인 연구 없이는 불가능했을 것입니다. 그러나 성공에 이르는 길은 수십 년간의 막다른 골목과 기술적 논쟁으로 가득 찬 길고 험난한 여정이었습니다. 연구자들은 초기에 mRNA의 불안정성 때문에 기술 활용에 어려움을 겪었으나, 이 문제는 지질 나노입자(LNP)의 개발을 통해 크게 해결되었습니다. mRNA를 이러한 보호용 지방 방울 안에 캡슐화함으로써 분해되지 않고 세포 내 적절한 위치로 전달할 수 있게 되었습니다.
초기 mRNA 백신 연구는 유망해 보였지만, 백신 플랫폼을 최적화하고 확장하는 비용은 대규모 보급의 주요 제한 요인이었습니다. 조류 인플루엔자 백신을 포함하여 mRNA 백신을 개발하고 상용화하려는 초기 시도들은 제조상의 어려움으로 인해 중단되었습니다. 많은 백신 후보 물질이 임상 시험 단계에 이르지 못했고, 샤이어(Shire)와 노바티스(Novartis) 같은 기업들은 mRNA 백신 포트폴리오를 매각했습니다. 당시 기업들은 이 기술의 경제적 잠재력을 발견하지 못했습니다.
코로나19 mRNA 백신의 부상
코로나19 팬데믹은 백신 개발에 큰 영향을 미쳤습니다. 갑작스럽게 mRNA는 신종 코로나바이러스인 SARS-CoV-2를 치료하기 위한 백신으로 신속하고 성공적으로 배치되었습니다. 조직적인 연구 노력을 통해 두 가지 mRNA 백신 후보가 코로나19 대응을 위한 긴급 사용 승인을 빠르게 획득했습니다. 이러한 백신은 기존 백신에 비해 다음과 같은 몇 가지 장점을 제공했습니다.
- B세포 및 T세포 면역 반응을 모두 유도하여 향상된 특이성과 효능을 제공합니다.
- 체외 전사(IVT)를 통해 세포가 없는 환경에서 대량 생산이 용이하여 체외(in vitro) 전사(IVT)를 통해 더 빠른 개발, 단순화된 생산 공정, 비용 효율적인 제조가 가능합니다.
- 숙주 세포 게놈에 통합되지 않고 DNA와 상호작용하지 않아 숙주에 대한 돌연변이 위험이 없으며, 바이러스 입자가 형성되지 않고 항원이 일시적으로만 발현되어 체내 잔류 기간이 짧다는 안전성 측면의 장점이 있습니다.
코로나19 팬데믹 기간 동안 전 세계 과학자들의 공동 노력은 mRNA 백신 개발을 가속화했으며 초기 연구를 가로막았던 난관을 극복하는 데 기여했습니다. 팬데믹을 통해 얻은 지식은 백신 기술 분야와 RNA 접근 방식을 활용한 미래 백신 설계 연구에 귀중한 자산이 될 것입니다.
mRNA 백신 파이프라인
코로나19 mRNA 백신의 성공에 힘입어, 약 90개의 주요 개발사들이 광범위한 병원균을 대상으로 mRNA 백신 후보 물질을 개발하고 있습니다. 모더나(Moderna)는 단독으로 엡스타인-바 바이러스, 거대세포바이러스, 계절성 독감, 호흡기 세포융합 바이러스를 퇴치하기 위한 mRNA 백신을 개발 중입니다. 단순 헤르페스 바이러스, 다발성 경화증, 암, 인간 면역결핍 바이러스를 위한 mRNA 백신 개발 계획도 진행 중입니다. 최초의 mRNA 기반 말라리아 백신에 대한 임상 시험이 올해 시작될 예정이며, 오랫동안 소외되었던 이 질병을 해결할 수 있을 것으로 기대됩니다. 이 기술의 응용 분야는 사실상 무한합니다.
현재 파이프라인을 살펴보면 연구자들이 변형, 비변형, 자가 증폭 mRNA를 포함한 다양한 mRNA 기술 형식을 탐구하고 있음을 알 수 있습니다. LNP 제형이 mRNA를 표적에 전달하는 가장 대중적인 접근 방식이지만, 양이온성 나노 에멀젼 및 폴리머와 같은 대체 전달체도 연구되고 있습니다. 개발자들은 이러한 새로운 제형이 안정성, 효능, 면역원성 및 원자가 측면에서 이점을 제공할 것으로 기대합니다. 그러나 mRNA 백신 후보 물질의 약 4분의 3이 전임상/탐색 단계에 머물러 있어, 이러한 신기술이 임상 시험에서 어떤 성과를 거둘지 확인하기까지는 수년이 걸릴 것입니다.
미래를 위한 mRNA 백신 최적화
최근 몇 년간 mRNA 백신 분야가 발전했음에도 불구하고, 여전히 몇 가지 공정 개발 과제가 남아 있습니다. 예를 들어 플라스미드 DNA 공급, 시험관 내(in vitro) 전사 및 캡슐화 공정의 복잡성, 다양한 mRNA 불순물 프로필, 초저온 보관의 필요성 등이 있습니다.
바이러스 변이의 잠재적 출현 위험(코로나19에서 확인된 바와 같이)과 SARS-CoV-2 백신 접종 시 고용량 투여 및 그에 따른 주사 부위 반응의 필요성 등 지속적인 혁신을 뒷받침하는 다른 요인들도 존재합니다.
안정성
중요한 속성임에도 불구하고, LNP-mRNA 및 단백질 mRNA 복합체와 같은 mRNA 의약품의 안정성 프로필을 조사하는 연구는 거의 이루어지지 않았습니다. mRNA 무결성에 대한 동결 건조의 영향을 조사하는 연구가 일부 포함되어 있습니다. 다른 접근 방식으로는 mRNA를 분무 건조하거나 LyoSpheres(mRNA가 포함된 동결 건조 방울)를 생성하는 방법이 있습니다. 이러한 연구 분야는 향후 대규모 mRNA 백신 보급에 매우 중요할 것입니다.
비용
앞서 언급했듯이 비용은 초기 mRNA 백신 발전의 주요 제한 요소였으며, 앞으로도 중요한 고려 사항으로 남을 것입니다. 현재 백신 생산에 비교적 많은 양의 RNA가 필요하며, 이는 시간과 비용이 소요될 뿐만 아니라 잠재적 부작용의 가능성도 높입니다(이에 대해서는 곧 자세히 다룰 예정입니다). 또한, -70°C의 초저온 보관은 비용이 많이 들며, 유통 센터나 접종 센터에 일반적으로 구비되어 있지 않은 특수 냉동고가 필요합니다. 연구자들은 mRNA 백신에 필요한 제조 인프라 및 원자재에 대한 투자가 머지않아 백신 비용을 낮출 것으로 예측합니다.
용량 절감
RNA 용량 절감 문제를 해결하는 한 가지 방법은 자가 증폭 RNA를 사용하는 것입니다.
구조적으로는 RNA와 유사하지만 훨씬 크며, 세포 내로 전달되면 원래의 RNA 가닥을 증폭시키는 복제 효소를 암호화합니다. 그 결과 최소한의 RNA 용량으로도 훨씬 높은 단백질 수율을 얻을 수 있어 비용 및 효율성 측면에서 추가적인 이점을 제공합니다. 그러나 분자 크기가 크다는 점이 전달에 미치는 영향은 잠재적인 문제로 남아 있습니다.
mRNA 백신은 수년간 사용되어 왔지만, 전 세계적인 팬데믹이 발생하기 전까지는 그 임상적 잠재력이 활용되지 못했습니다. 불과 몇 년 만에 상당한 진전이 이루어졌습니다. 차세대 mRNA 백신 생산에 무엇이 필요한지에 대한 우선순위는 명확합니다. 새로운 발전 사항을 계속 지켜봐 주십시오.
mRNA 백신을 넘어선 치료의 세계
mRNA 백신을 넘어선 RNA 유래 치료제의 세계를 알아보려면, 의학 분야에서의 RNA 응용과 화학적 변형 및 나노 기술이 어떻게 RNA 의약품의 전달과 효능을 향상시킬 수 있는지에 대해 다룬 인사이트 보고서 “RNA 유래 의약품: 연구 동향 및 개발 검토”를 확인해 보십시오.
