근육주사가 아닌 흡입 방식으로 폐 질환을 효과적으로 치료할 수 있는 기술이 개발됐다. 한국과학기술원(KAIST)은 바이오·뇌공학과 박지호 교수 연구팀이 유전자 폐 치료에 최적화된 메신저 리보핵산(mRNA) 나노 전달체를 개발했다고 7일 밝혔다.

mRNA는 인체에 단백질을 만드는 방법을 알려주는 일종의 '설계도' 역할을 하는 유전 물질이다. 이를 기반으로 한 백신은 바이러스 정보를 담은 mRNA를 우리 몸에 주입해 바이러스 단백질을 합성하게 하고 이에 따라 항체가 형성되도록 유도한다.

코로나19 팬데믹(대유행)으로 mRNA 백신과 치료제가 주목받고 있지만, 혈액 환경에 작용하는 기존 근육주사 제형은 폐나 호흡기 등에 직접적으로 작용하지 않아 효과가 제한적이다. 이 때문에 빠른 흡수가 가능한 흡입 기반 mRNA 폐 질환 치료제에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지만, mRNA 전달용 지질나노입자(LNP)가 에어로졸화하는 과정에서 나타나는 높은 불안정성과 폐 미세환경에서의 낮은 전달 효율 등의 문제가 있다.

연구팀은 이온화성 리포좀(세포막을 구성하는 인지질과 콜레스테롤, 이온화성 지질을 이용해 만든 인공 나노입자) 내부가 아닌 바깥에 mRNA를 붙이는 방법으로 에어로졸 불안정성과 낮은 효율 문제를 해결했다.

에어로졸화 과정에서 입자 구조를 그대로 유지하기 때문에 전달이 쉽고, 폐 미세환경 내에서 폐 계면활성제(공기와 폐액 계면에 존재하는 지질 단백질로, 외부 물질을 차단하는 역할을 함)를 투과해 mRNA를 높은 효율로 폐 세포 내로 전달할 수 있다. 연구팀이 개발한 나노 전달체를 실험 쥐에 적용한 결과 기존 지질 나노입자 대비 단백질이 26배 높게 발현된 것으로 나타났다.

또 혈액 생화학 분석과 조직 검사 결과 폐와 혈액 환경에서 독성이 없는 것으로 나타나 생체 안전성도 높은 것으로 확인됐다.

박 교수는 "mRNA를 보호하기 위해 내부에 탑재해야 한다는 고정 관념을 깨고 새로운 구성의 입자를 제시함으로써 흡입형 유전자 치료의 길을 열었다"며 "치료 단백질을 암호화한 mRNA를 나노 전달체에 탑재해 유전자 폐 치료에 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 'ACS 나노(Nano)'에 지난달 3일 실렸다.