[헬스코리아뉴스 / 이충만] 메신저 리보핵산(mRNA) 기술은 코로나19 팬데믹 종식을 앞당기는 데 크게 기여했다. 이 기술은 짧은 개발 시간 안에 다양한 종류의 질병 및 변이를 대응할 수 있는 유연성을 갖춘데다, DNA 기술 대비 생물학적 위험이 낮다는 장점을 바탕으로 차세대 백신으로 부상했다. 하지만, 업계에서는 벌써 mRNA을 능가하는 차차세대 백신 후보 찾기에 분주한 모습이다.

RNA는 DNA가 가지고 있는 유전 정보에 따라 필요한 단백질을 합성할 때 직접적으로 작용하는 고분자 화합물이다. DNA의 명령을 받아 단백질을 생산하고, 세포를 복제한다. 

유전 정보를 가지고 있는 DNA는 전사(Transcription)라고 하는 과정을 통해 그 정보를 RNA에 전달하고, RNA는 핵 밖에 있는 세포질에서 번역(Translation)을 통해 단백질을 생성한다. 이러한 서열 정보로부터 단백질을 만들어 내는 과정을 유전자 발현이라고 한다. RNA 치료제는 이 과정에서 단백질 발현을 억제 또는 변경시키도록 설계된 약제다.

RNA 치료제의 종류는 ▲특정 RNA가 단백질로 만들어지지 않도록 억제하는 RNAi 치료제 ▲스플라이싱 조절을 통해 원하지 않은 단백질 발현을 억제하면서 새로운 단백질을 생성하는 안티센스 올리고뉴클레오타이드(ASO, Antisense Oligonucleotides) 치료제 ▲특정 단백질에 결합하여 기능을 조절하는 RNA 압타머(Aptamer) 치료제 ▲체내에 결핍되어 있는 단백질을 생산하는 mRNA 치료제가 있다.

이중 mRNA 기반 치료법은 세포 내 단백질 합성을 유도하는 유일한 유형으로, 백신 개발에 특히 유용하다. 기존의 백신 개발 과정은 상용화 되기까지 약 10여 년의 기간이 소요되는 반면, mRNA 백신은 유전 정보만 알면 빠르게 후보물질을 도출하는 것이 가능하다. 코로나 팬데믹 상황 속에서 신속하게 백신을 제공할 수 있었던 것도 이 때문이다.

그러나 mRNA 백신의 짧은 지속성과 불편한 약물 전달 방식은 접근성의 저해 요인으로 지적된다. 핵산외부가수분해효소는 RNA를 이루는 단위체인 뉴클레오타이드 사슬의 3' 또는 5' 말단에 작용하여 가수분해 반응을 유도한다. 이 과정은 뉴클레오타이드 오류를 제거하여 체내에 치료 인자를 구성하도록 하지만, 쉽게 분해되는 단점이 있다.

mRNA 백신은 유통 과정에 어려움이 있고 반감기가 짧은 편이다. 실제로 mRNA 백신은 코로나19 유행 도중 유통 과정에서 그 문제가 유독 돋보였다. 미국 화이자(Pfizer)의 백신 ‘코미타니’(Comirnaty)는 -70℃, 모더나(Moderna)의 백신 ‘스파이크백스’(Spikevax)는 -20℃를 유지해야 했다.

업계는 기존 mRNA 백신의 한계를 극복할 수 있는 새로운 플랫폼 기술 모색에 나섰다. 이의 일환으로 백신 개발 전문 비영리 재단인 감염병혁신연합(CEPI)은 지난해 백신 개발 신기술에 대한 제안 공모를 실시했다.

올해 1월, 가장 먼저 채택된 기술은 미국 바이오 벤처 티바 바이오테크(Tiba Biotech)의 고분자 나노입자 기술(polymer nanoparticle technology)이다. RNA 캡슐화 및 세포 전달 특성을 가진 맞춤형 덴드리머(나뭇가지 모양의 단일 몰질량을 가지는 인조 거대 분자) 유형을 제조하는 기술이다.

이를 통해 RNA 치료 물질의 용량을 증량할 수 있고 온도에 따른 안정성도 개선될 것으로 기대된다. CEPI는 티바의 고분자 나노입자 기술 전임상 연구를 지원하기 위해 200만 달러의 보조금을 지원했다.

이밖에도 ▲기존 mRNA에 비해 적은 용량으로도 항원 발현을 강화할 수 있는 자가 증폭 RNA(self-amplifying RNA), ▲핵산외부가수분해효소가 결합할 수 없는 폐쇄 고리 구조로 인해 쉽게 분해되지 않는 원형 RNA 등 RNA 시퀀싱을 통해 기존 RNA 구조에 변형을 가하여 안전성을 높이는 플랫폼 기술이 등장하고 있다.

가짜 바이러스인 바이러스 유사입자(VLP)를 활용하는 백신 개발 전략도 제시되고 있다. VLP는 유전자 재조합 기술을 이용해 바이러스와 동일한 외형을 가지도록 만들어진 입자를 뜻한다. 바이러스와 형태는 유사하지만, 감염을 일으키는 유전 물질을 가지고 있지는 않는다.

VLP는 바이러스 구조 단백질들의 결합을 통하여 실제 바이러스와 유사한 형태로 조립된다. 생물학적인 위해 가능성이 전혀 없는데다, 바이러스의 면역 유도 기작과 동일하게 생체 내에서 작용하기 때문에 적절한 항원 반응 효과를 기대할 수 있다.

현재 허가된 VLP 백신은 ▲미국 MSD의 B형 간염 백신 ‘리콤비백스(Recombivax)’와 자궁경부암 백신 ‘가다실(Gardasil)’ ▲영국 GSK의 B형 간염 백신 ‘엔제릭스-B(Engerix-B)’와 자궁경부암 백신 ‘서바릭스(Cervarix)’가 있다.

이밖에도 인플루엔자 A 바이러스, 치쿤군야 바이러스, 노로 바이러스 등에 대한 VLP 백신에 대한 임상 연구가 실시되고 있다.

미국 바이오 벤처 유백스 바이오(Uvax Bio)는 가장 독특한 VLP 백신 접근법을 취하고 있다. 이 회사는 에이즈를 유발하는 HIV를 기반으로 VLP 백신을 개발하고 있다. 

HIV VLP 백신은 작은 단백질 나노입자를 통해 HIV 외피 당단백질의 여러 사본을 표시하여 HIV 입자를 모방하고, HIV 감염을 일으키지 않고 숙주에서 강력한 면역 반응을 유도하도록 설계됐다. 이를 통해 HIV 감염을 예방할 수 있을 것으로 기대된다.

유백스 바이오는 HIV VLP 백신 임상 프로그램과 11개의 다른 외피 바이러스, 결핵 치료제 등의 파이프라인을 보유하고 있다. 이 회사는 내년에 HIV VLP 백신 후보에 대한 첫 임상시험을 시작한다는 계획이다.

유백스 바이오의 최고경영자 장 주(Jiang Zhu) 박사는 이와 관련 “전임상 시험에서 HIV VLP 백신은 기존의 VLP 백신 대비 더 강력한 중화 항체 반응을 유도했다”고 밝힌 바 있다.

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