배경

원내 감염의 주범인 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)은 강력한 항생제 내성을 지녀 치료가 매우 까다로운 병원체다. 면역력이 저하된 환자가 녹농균에 감염되면 패혈증이나 흡인성 폐렴 등 중증 질환으로 진행될 위험이 크다. 이를 예방하기 위한 백신 개발이 시급함에도, 아직 전 세계적으로 허가받은 녹농균 백신은 존재하지 않는 실정이다. 최근 메신저 리보핵산(messenger RNA, mRNA)과 지질나노입자(Lipid Nanoparticle, LNP) 기술이 새로운 대안으로 부각됐으나, 기존 전달체 기술은 뚜렷한 한계를 보였다.

기존 LNP 제형은 대개 체내 유전자 발현량을 극대화하는 방향으로 설계됐다. 코로나19 백신 등에 쓰인 기존 지질 성분은 근육 주사 후 항원을 전신으로 퍼뜨리는 경향이 강하다. 이로 인해 주사 부위 외의 간이나 비장 등 다른 장기에서 불필요한 면역 반응이 일어나 전신 부작용을 일으킬 우려가 지속해서 제기됐다. 동시에 면역 세포가 밀집한 국소 림프절로 이동하는 비중이 낮아져, 결과적으로 항균 면역 유도 효율이 저하되는 원인으로 작용해 왔다.

핵심 발견

연구진은 항원 발현 부위를 국소적으로 제한하는 새로운 이온화 지질인 LC3를 개발해 기존 전달 기술의 난제를 해결했다. LC3 기반 LNP는 근육 주사 후 체내 전신으로 유출되는 비율이 매우 낮고 주사 부위 주변에만 머무르는 독특한 분포 특성을 나타낸다. 이러한 성질은 주사 부위와 인접 림프절에서만 집중적으로 항원을 발현하게 만들어 백신의 안전성을 확보하는 기반이 된다.

동시에 주사 부위와 림프절에서의 면역 자극 활성은 기존 제형보다 한층 강화된 상태를 유지한다. 연구진은 현재 상용화된 백신에 널리 쓰이는 SM102 기반 LNP와 비교 실험을 설계했다. 실험 결과, LC3 기반 mRNA-LNP는 전신 장기로의 항원 유출을 억제하면서도 체내 항원 제시 세포의 활성도를 대폭 높인 것으로 확인됐다. 국소 부위에 집중된 항원 발현과 강력한 면역 자극 효과가 결합해 기존 제형보다 적은 양으로도 우수한 수준의 항체 형성과 면역 반응을 이끌어내는 데 성공했다.

의미와 전망

이번에 개발한 이온화 지질 LC3는 부작용 우려로 개발이 지체됐던 다양한 항균 mRNA 백신의 상용화 가능성을 열었다. 국소 발현을 최적화하는 LNP 설계 기술은 안전하면서도 강력한 면역원성을 동시에 유도해야 하는 차세대 백신 플랫폼의 핵심 기술로 자리 잡을 전망이다. 감염병 예방뿐 아니라 국소 부위 치료가 필수적인 암 백신과 면역 요법 분야에도 폭넓게 적용 가능하다.

다만 실제 임상 현장에 도입되려면 인체 대상의 임상 시험을 거쳐 장기적인 안전성과 예방 효능을 검증해야 한다. 대량 생산 과정에서 LNP의 구조적 안정성을 유지하는 공정 기술 확보도 선결 과제다. 온도 변화에 민감한 mRNA 제형의 물리적 특성을 극복하고 보관 수명을 늘리는 추가 연구가 뒷받침돼야 환자들에게 실질적인 혜택이 돌아갈 것으로 예상된다.