빛으로 이온화 지질 275종 한번에 탐색…가톨릭중앙의료원, mRNA 전달 플랫폼 개발

[더파워 이설아 기자] mRNA를 세포 안으로 운반하는 핵심 소재 후보 275종을 빠르게 만들어 비교한 결과, 기존 이온화 지질 기반 전달체보다 생체 내 유전자 발현이 최대 8.6배 높은 후보물질이 발굴됐다. 여러 단계의 합성과 정제를 거쳐야 했던 기존 방식 대신 가시광선을 이용한 ‘원팟’ 반응으로 후보물질 탐색 속도를 높인 것이 핵심이다.

가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단 구희범 교수 연구팀은 mRNA 전달에 사용되는 이온화 지질을 신속하게 합성·평가할 수 있는 ‘광화학 기반 이온화 지질 라이브러리(PILL)’ 플랫폼을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 427nm 파장의 가시광선을 이용해 아민과 알데하이드, 보론산을 한 번에 결합하는 광화학 다성분 반응 시스템을 구축했다.

기존에는 구조가 다른 이온화 지질 후보를 만들 때마다 여러 단계의 합성과 정제 과정을 반복해야 했다. 이 때문에 후보물질을 대규모로 구축하고 실제 전달 성능까지 비교하는 데 상당한 시간이 필요했다.

연구팀은 이를 하나의 반응 과정으로 묶었다. 가시광선으로 일반적인 조건에서는 진행이 어렵거나 느린 화학반응을 유도하고, 여러 반응 성분을 동시에 결합하는 원팟 방식을 적용해 구조적 다양성을 확보하면서 정제 단계는 줄였다.

이를 통해 이온화 지질 합성부터 지질나노입자(LNP) 제작과 성능평가까지 빠르게 연결할 수 있는 플랫폼을 구축했다.

연구팀이 실제로 PILL 플랫폼을 활용해 합성·평가한 이온화 지질은 총 275종이다. 단계적인 스크리닝을 거쳐 이 가운데 ‘A18B8C14’를 선도물질로 선정했다.

성능 차이도 확인됐다. A18B8C14 기반 LNP는 세포 내에서 mRNA가 작용하기 위해 필요한 엔도솜 탈출 능력을 보였으며, 생체 내 시험에서는 기존 MC3 기반 LNP보다 약 8.6배 높은 유전자 발현을 나타냈다.

화이자 코로나19 백신에 적용된 이온화 지질 ALC-0315 기반 LNP와 비교해서도 유전자 발현이 약 2.5배 높게 나타났다. 다만 이번 결과는 생체 내 시험 단계에서 확인된 전달 성능으로, 실제 치료 효과를 의미하는 것은 아니다.

이온화 지질은 mRNA 백신과 치료제의 전달 성능을 좌우하는 LNP의 핵심 구성요소다. mRNA를 안정적으로 담아 세포까지 운반하고 세포 안에서 방출될 수 있도록 돕는다.

연구팀은 이번 플랫폼을 활용하면 특정 장기나 치료 목적에 맞는 이온화 지질 후보를 보다 빠르게 만들고 비교할 수 있을 것으로 보고 있다.

구희범 교수는 "이온화 지질의 구조적 다양성을 확보하는 것은 mRNA 백신과 치료제 개발의 중요한 과제"라며 "이번에 개발한 PILL 플랫폼을 바탕으로 다양한 표적 장기와 치료 목적에 적합한 전달체를 더욱 빠르게 탐색할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구에는 가톨릭대학교 의생명과학교실 천시민 박사와 남효림 연구원이 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 미국화학회가 발간하는 국제학술지 ‘Journal of the American Chemical Society(JACS)’에 온라인 게재됐다.

이설아 더파워 기자 seolnews@thepowernews.co.kr