많은 연구자들이 코로나19 백신 개발을 향한 진행의 첫 해인 2020년 이후로 mRNA의 질병 치료에 대한 연구에 큰 관심을 가지고 왔습니다. 지금은 과학자들이 이 기술에 대해 더욱 흥미를 갖고 있습니다. 인플루엔자와 헤르페스 등을 비롯한 많은 암을 예방하기 위한 mRNA 백신에 대한 임상 실험이 진행 중입니다. 연구자들은 mRNA가 질병 예방뿐만 아니라 치료에도 사용될 수 있다고 기대하고 있으며, 주요 목표 중 하나는 암을 대응하는 것입니다.
그러나 핵심적인 장애물 중 하나는 mRNA 분자를 올바른 위치로 전달하는 것입니다. 지질 나노입자, 즉 지질 기반의 소포는 RNA를 세포로 운반할 수 있지만, 특정 위치로 전달하기 어렵습니다. 보스턴에 위치한 Strand Therapeutics의 공동 창업자 겸 CEO인 Jacob Becraft는 암 치료의 한 과제라고 언급하며 말합니다. “항암 치료의 많은 약물들은 목표로 하지 않은 조직에 극도로 유독할 수 있습니다.”
그러나 Strand는 이 문제에 대한 해결책을 찾은 것으로 보입니다. 그들은 mRNA를 컴퓨터 코드와 유사하게 “프로그래밍”할 수 있는 능력을 개발하여 특정 기능을 수행할 수 있게 했습니다. 예를 들어, 특정 유형의 세포, 특정 시간 및 특정 양에서만 활성화되도록 할 수 있습니다. Strand는 미국 식품의약국(FDA)이 악성 종양을 가진 종양 환자에서 이 접근 방식을 테스트하기 위해 임상 시험을 승인했다고 발표했습니다. Strand는 봄에 환자 모집을 시작할 계획입니다.
모든 사람의 세포에서 자연 발생하는 mRNA는 몸이 기능을 수행하는 데 필요한 단백질을 생산하기 위한 유전 계획을 운반합니다. Pfizer와 Moderna의 코로나19 백신에 사용되는 합성 mRNA는 코로나바이러스의 스파이크 단백질과 유사한 단백질을 생산하기 위한 지침을 포함하고 있습니다. 어깨 근육의 면역 세포는 스파이크 단백질을 외부적인 것으로 인식하고 몸에 경보를 보냅니다. 면역 체계는 반응을 시작하고 보호 항체를 생산합니다. 결과적으로, 실제 코로나 바이러스에서 스파이크 단백질을 만나게 되면 준비된 상태로 싸울 수 있습니다.
암 치료에 mRNA를 사용하는 방법은 비슷한 원리로 작동합니다. 암 세포는 면역 체계를 계속해서 피하면서 감지되지 않고 존재합니다. 그러나 합성 mRNA는 암 세포에게 종양의 존재에 대해 면역 체계에 정보를 제공하는 특정 단백질을 생산하도록 유도할 수 있습니다.
Strand은 IL-12(인터루킨-12)라는 염증성 단백질을 생산하도록 암 세포에게 메시지를 보냅니다. 이를 통해 종양이 이 단백질의 존재를 감지하면 면역 세포가 암 세포를 파괴합니다. Jacob Becraft는 “우리의 mRNA는 종양으로 스며들어 종양이 이 단백질을 분비하게 만듭니다”라고 말합니다. “종양은 공장이 됩니다.”
과거에는 IL-12가 잠재적인 항암 치료로 고려되었으나, 1990년대의 임상 시험에서는 환자들에게 유독한 부작용이 발생하여 중단되었습니다. 그 당시 이 단백질은 혈류로 직접 투여되어 전신에 강한 염증 반응을 유발했습니다. 몇 개의 회사들은 안전한 버전의 IL-12를 개발하려 시도해왔지만, 주요 제약 회사들은 이 약물에 대한 관심을 잃은 것으로 보입니다. 작년에는 Bristol Myers Squibb가 생산을 중단했고, AstraZeneca와 협력 파트너인 Moderna도 이후로 따랐습니다.
Strand의 과학자들은 종양 내에 IL-12를 유지하기 위해 유전적인 코드 열을 설계했습니다. 이 코드 열은 유전자 발현을 자연적으로 조절하는 마이크로RNA의 수준에 반응하도록 설계되어 있으며, 이 마이크로RNA는 암 세포와 건강한 세포와 비교하여 서로 다른 특징을 가지고 있습니다. mRNA가 계획된 위치보다 다른 위치에 도달하면, 유전적인 코드 열은 이를 자체 파괴하도록 지시합니다.
Jacob Becraft는 “원하지 않는 곳에 도달하면 mRNA가 꺼지도록 설계되었습니다”라고 말합니다.
처음에는 Strand가 멜라노마와 유방암과 같이 쉽게 접근 가능한 종양을 중점적으로 연구하여 접근 방식의 효과와 안전성을 입증할 계획입니다. 이 연구의 일환으로 의사들은 mRNA를 직접 종양에 주입하고 치료의 국소적인 효과를 관찰할 것입니다. Strand는 앞으로 전신에 프로그래밍된 mRNA를 투여하여 더 먼 곳의 종양을 치료할 계획입니다. 이렇게 하면 치료는 선택된 세포와 조직에서 선택적으로 활성화될 것입니다.
Emory 대학교의 Winship 암 연구소에서 mRNA 연구를 진행하는 과학자인 Philip Santangelo는 Strand의 프로그래밍 접근 방식이 암암에 주입된다고 해도 장점이 있다고 생각합니다. Santangelo는 “약물이 종양에서 탈출한 후에도 그 효과는 주로 종양 자체에 국한될 것입니다”라고 말합니다.
IL-12는 혈액에서 확인할 수 있으므로 연구자들은 혈액 검사를 수행하고 이 단백질의 존재 여부를 확인할 수 있을 것입니다. Strand는 또한 단백질이 도달한 여러 기관을 모니터링할 계획입니다. 치료가 계획대로 작동한다면, 종양 밖에서는 이 단백질을 찾을 수 없어야 할 것입니다.
Ron Weiss는 MIT의 생물공학 교수이자 Strand의 공동 창업자이자 현 고문으로서, 유전 회로도 때로는 잘못 작동할 수 있다고 말합니다. “유전 회로가 10번 중 1번은 잘못 작동한다면, 치료로서 사용하기에는 가치가 없습니다”라고 Weiss는 말합니다. “그런데 그것이 백만 번 중 1번일 경우, 그건 상당히 좋습니다.”
Strand의 연구 및 이와 같은 유전 회로의 초기 시도들은 그들이 얼마나 잘 작동하는지를 평가하는 데 도움이 될 것입니다. “유전 회로는 안전성과 효과에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다”라고 Weiss는 말합니다.
Weiss는 DNA를 기반으로 한 최초의 유전 회로 개념의 개척자였습니다. 2013년 박사 과정을 시작한 Becraft는 Weiss의 연구실에 합류하여 mRNA를 위한 유전 회로에 첫 발을 내디뎠습니다. 그 시점에 많은 과학자들은 mRNA의 잠재력을 의심했습니다.
이제 Weiss는 유전 회로를 사용하여 점점 복잡한 작동을 프로그래밍하여 정밀한 치료를 만들어낼 수 있는 가능성을 상상합니다. “이것은 생물학의 복잡성과 일치하는 치료법을 개발하는 문을 엽니다.”
자주 묻는 질문:
1. mRNA란 무엇인가요?
mRNA(메신저 RNA)는 유전적 지시사항을 세포에 전달하여 몸의 기능에 필요한 단백질을 생산하는 리보核산 분자입니다.
2. 현재 mRNA 사용에 관한 어떤 연구가 진행 중인가요?
현재 인플루엔자와 헤르페스를 포함한 수십 가지의 mRNA 기반 백신에 대한 임상 시험이 진행 중입니다. 또한,
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