가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단 구희범 교수팀은 ‘광화학 기반 이온화 지질 라이브러리(PILL)’ 플랫폼을 개발했다고 12일 밝혔다.

mRNA 치료제 성능을 좌우하는 지질나노입자(LNP)는 이온화 지질이 핵심 성분이다. 이온화 지질은 mRNA를 안정적으로 감싸고 세포 내로 방출하는 역할을 맡는다.

그러나 기존 방식은 후보물질마다 다단계 합성과 정제 과정을 거쳐야 해 대규모 라이브러리 구축에 많은 시간이 소요됐다.

연구팀은 427nm 파장의 가시광선을 조사해 아민, 알데하이드, 보론산을 한 번에 결합하는 ‘원팟(One-pot) 광화학 다성분 반응 시스템’을 구축했다.

가시광선을 활용한 광화학 반응은 일반 조건에서 유도하기 어려운 화학 반응을 이끌어내 복잡한 분자 구조를 빠르게 만들어낼 수 있다.

여기에 여러 반응 성분을 단일 과정으로 묶는 원팟 방식을 접목해 분자 다양성을 확보하고 정제 단계를 단축했다.

이를 통해 연구팀은 이온화 지질 합성부터 지질나노입자 성능 평가까지 별도 정제 과정 없이 신속하게 이어지는 체계를 마련했다.

연구팀은 개발한 플랫폼을 통해 서로 다른 구조를 지닌 총 275종의 이온화 지질 라이브러리를 합성·평가했으며, 우수한 성능을 나타낸 선도물질 ‘A18B8C14’를 발굴했다.

스크리닝을 거친 A18B8C14 기반 지질나노입자는 뛰어난 세포 내 엔도솜 탈출 능력을 나타냈다. 생체 내 시험 결과, 기존 이온화 지질인 MC3 기반 입자보다 약 8.6배 높은 유전자 발현을 보였다.

특히 화이자 코로나19 백신에 쓰인 ALC-0315 기반 입자와 비교해도 약 2.5배 높은 발현을 나타내며 우수한 mRNA 전달 효능을 입증했다.

구희범 교수는 “이온화 지질 구조적 다양성 확보는 mRNA 백신과 치료제 개발의 핵심”이라며 “PILL 플랫폼을 통해 다양한 표적 장기와 치료 목적에 맞는 전달체를 신속히 탐색할 수 있을 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 국제학술지 미국화학회지 ‘Journal of the American Chemical Society(JACS)’ 온라인판에 게재됐다.