차세대 mRNA 백신 전달 시스템: 생분해성 폴리머의 혁신

최근 포스텍(POSTECH) 연구팀이 개발한 생분해성 폴리머 기반의 mRNA 전달 시스템이 큰 주목을 받고 있다. 이 시스템은 mRNA 백신의 전달 효율을 크게 향상시키고, 사용 후 안전하게 분해되며 신체 내에서의 독성 문제를 최소화하는 중요한 기술로 평가된다. 이는 특히 COVID-19 팬데믹 이후 mRNA 백신에 대한 관심이 급증함에 따라 그 중요성이 더욱 부각되고 있다.

 

기존 전달 시스템의 한계

현재 주로 사용되고 있는 지질 나노입자(LNP) 기반의 전달 시스템은 mRNA 전달에 있어 높은 효율을 보이지만 여러 가지 심각한 단점이 있었다. 그 중 하나는 체내에서 간에 집중적으로 축적되어 독성을 유발하거나 과도한 면역 반응을 일으킬 수 있다는 점이다. 이러한 문제는 특히 LNP가 빈번히 아나필락시스(알레르기 반응의 일종)를 유발할 수 있다는 점에서 심각한 우려를 낳았다.

 

생분해성 폴리머(PBAE)의 도입

이에 포스텍 연구팀은 Poly β-amino ester(PBAE)라는 생분해성 폴리머를 대안으로 연구하였다. PBAE는 이미 siRNA, DNA 및 mRNA 전달에 활용되고 있으며 신체 내에서 안전하게 분해된다. 이 연구팀은 55종의 PBAE 폴리머를 합성하고 이를 사용해 mRNA 전달을 위한 혁신적인 폴리머 나노입자(Polynomial Nanoparticles, PNP)를 설계하였다.

이 실험의 결과는 매우 고무적이었다. PBAE 기반의 새로운 폴리머가 기존의 LNP에 비해 높은 mRNA 전달 효율성을 보였으며, mRNA 메커니즘이 주사 부위에서만 작용하도록 하여 간에서의 독성을 완전히 제거하였다. 또한, mRNA의 발현 기간이 최대 4주까지 연장되었으며, 기존 LNP의 평균 5일 발현 기간 컨셉을 초월하였다.

 

면역 반응의 유도

PBAE 기반 전달 시스템은 면역 반응 실험에서도 효과적으로 T세포 활동을 유도하며 LNP와 유사한 성과를 보여주었다. 이로 인해 PBAE는 차세대 mRNA 백신 및 유전자 치료 분야에서도 매우 유망한 결과를 나타냈다. 포스텍 화학과 원종 김 교수는 "기존 LNP 기반 시스템은 표현 기간이 짧아 치료적 응용에 한계가 있었다"며 "우리가 개발한 폴리머 전달 시스템은 최대 한 달 동안 mRNA 발현을 지속할 수 있어 mRNA 치료의 운용 가능성을 크게 넓혔다"라고 설명하였다.

 

주요 특징	생분해성 PBAE 기반 시스템	기존 LNP 시스템
mRNA 전달 효율성	높음	중간
발현 기간	최대 4주	평균 5일
독성 문제	없음	간 축적에 따른 독성 우려
면역 반응 유도 능력	T세포 활성화	유사

 

연구의 시사점 및 가치

이 연구는 차세대 mRNA 백신 전달 방식의 혁신을 의미하며, 생분해성 폴리머 기술이 향후 mRNA 기반 치료제에 미치는 영향이 클 것으로 전망된다. 특히 PBAE와 같은 생분해성 물질은 특허가 대부분 해외 기업에 의해 통제되고 있는 LNP 시스템에 비해 한국의 연구개발 생태계에서 더욱 자주 활용될 수 있는 가능성을 내포하고 있다.

이러한 변화는 한국이 생명 과학 분야의 글로벌 리더로 자리매김하는 데 기여할 수 있으며, 향후 개발될 다양한 치료제들의 효과성을 높일 뿐만 아니라 환자의 안전성을 강화하는 데도 큰 도움이 될 것으로 보인다. 이는 결국 더 많은 환자들에게 혜택을 제공할 수 있는 기회를 증대시킬 것이다.

 

개인적인 소감

이 연구 결과를 통해 mRNA 백신의 전달 시스템에서 생분해성 폴리머의 가능성을 확인할 수 있었다. 이러한 혁신적인 기술이 더 많은 분야에 영향을 미치고, 향후 더 많은