배경

메신저 리보핵산(mRNA) 백신은 코로나19 대유행에서 임상적 가치를 입증했지만, 투여된 mRNA가 실제 단백질 합성에 쓰이는 비율은 여전히 제한적이다. mRNA는 체액에서 쉽게 분해되고 세포막을 그대로 통과하기 어려워 지질나노입자(lipid nanoparticle·LNP)에 실어 전달한다. 그러나 세포가 LNP를 흡수하더라도 상당량은 엔도솜에 갇힌 뒤 리소좀으로 이동해 분해된다. 세포질에 도달한 mRNA만 리보솜에서 항원 단백질로 번역될 수 있다는 점에서 엔도솜 탈출은 전달 효율을 좌우하는 병목이다.

기존 연구는 이온화 지질의 화학구조와 산해리상수, 입자 크기 및 지질 조성을 조절해 이 문제를 해결해 왔다. 다만 새로운 지질을 합성하고 독성·제조 적합성을 처음부터 검증하려면 개발 부담이 크다. 연구진은 이미 코로나19 mRNA 백신에 사용된 이온화 지질 SM-102 기반 LNP에 일산화질소(nitric oxide·NO) 생성 성분을 결합하는 방식을 택했다. 검증된 전달체의 골격을 유지하면서 세포 내 방출 단계를 보강하려는 접근이다.

핵심 발견

연구진이 평가한 후보 가운데 SM-102/DEA LNP가 선도 제형으로 선정됐다. DEA는 NO를 방출하는 구성 성분이며, 이 제형은 일반 SM-102 LNP보다 세포 모델과 동물 모델 모두에서 mRNA 전달량을 유의하게 높였다. 비교군으로 쓰인 SM-102 제형은 미국 식품의약국(FDA) 승인 mRNA 백신에 적용된 전달 기술이라는 점에서 단순한 실험용 LNP와의 성능 비교보다 기준이 엄격하다.

핵심은 입자 흡수량만 늘리는 데 그치지 않고 mRNA가 기능하는 세포질 구획으로 이동하도록 돕는다는 데 있다. NO 생성 성분을 LNP에 통합해 세포 내 전달 장벽을 조절했고, 그 결과 탑재된 mRNA의 단백질 발현이 증가했다. 별도의 고분자 운반체나 완전히 새로운 이온화 지질을 도입하지 않고 기존 SM-102 플랫폼을 확장했다는 점도 차별점이다.

연구진은 이어 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2)의 스파이크 단백질을 암호화한 mRNA를 두 제형에 각각 봉입해 근육주사했다. SM-102/DEA LNP 투여군에서는 기존 SM-102 LNP보다 항스파이크 면역글로불린 G(IgG) 항체가 뚜렷하게 증가했으며, 강한 CD8 T세포 면역반응도 관찰됐다. 전달량 증가가 단순한 발광 리포터 신호에 머물지 않고 체액성·세포성 면역의 동반 강화로 이어진 셈이다. 다만 제공된 초록에는 증가 배수, 동물 수, 투여 용량과 추적 기간이 제시되지 않아 효과 크기와 재현성은 원문 자료를 바탕으로 추가 판단해야 한다.

의미와 전망

이번 연구는 NO를 mRNA 전달체의 보조 성분으로 활용할 가능성을 제시한다. 같은 양의 mRNA로 더 많은 항원을 발현할 수 있다면 접종 용량을 줄이거나 면역원성이 낮은 항원에 대응할 여지가 생긴다. 항체뿐 아니라 CD8 T세포 반응이 강화됐다는 결과는 감염병 백신은 물론 종양항원을 발현시키는 암 백신에도 관심을 끌 만하다.

임상 적용까지는 넘어야 할 단계가 많다. NO는 농도와 방출 위치에 따라 혈관 확장, 산화·질산화 스트레스, 염증 조절 등 서로 다른 생물학적 효과를 낸다. DEA의 방출 속도와 체내 분포, 반복투여 독성, LNP의 저장 안정성도 규명해야 한다. SM-102/DEA 제형이 기존 LNP와 동일한 공정으로 대량생산될 수 있는지, 사람에서 용량 절감 효과가 유지되는지도 확인 대상이다. 여러 항원과 동물종에서 효능과 안전성의 범위를 검증하는 후속 연구가 임상 번역의 관건이 될 전망이다.