컴퓨터로 쉽게 암 특징 단백질 설계, mRNA 암 백신 시대 열렸다

화이자 코로나 mRNA 백신을 만든 바이오앤테크(Pfiaer-BioNTech)에서 결장·직장암 3기 환자를 대상으로 한 mRNA 암 백신 임상시험을 진행하고 있어 이목이 집중되고 있다.

애초에 mRNA는 암 치료를 목적으로 개발되었다. 독일 기업 ‘바이오앤테크’를 설립한 우쿠르 사힌, 외즐렘 튀레치 박사 부부는 의료 현장에서 화학요법으로 고통 받는 암 환자들을 보며 부작용이 덜한 면역요법을 강구하던 중 mRNA에 눈을 돌렸다.

mRNA는 유전 물질의 하나로 세포 핵 속에 있는 DNA(디옥시리보핵산)의 일정부분을 복사해 리보솜에서 해당 단백질을 만들 수 있도록 전달하는 RNA(리보핵산)를 말한다.

즉 세포핵에 있는 DNA의 유전 지도 중 필요한 부분을 복사한 mRNA가 핵을 빠져나와 세포질 속에 있는 단백질 공장 리보솜에 들어가면 mRNA에 기록된 정보대로 단백질이 만들어지는 것이다.

기존의 백신이 인체에 죽은 바이러스나 병원성이 약한 바이러스를 주입해 항체를 생성하는 방식이었다면 mRNA 백신은 바이러스의 특징을 인체 세포가 만들어 내 항체를 생성하는 방식이다.

mRNA 방식이 처음으로 상용화된 코로나 백신은 코로나 바이러스의 특징인 스파이크 단백질을 표적으로 만들어졌다. 스파이크 단백질의 유전 정보를 담은 mRNA를 인체에 주입하면 우리 세포가 이를 만들어내고 면역체계가 이를 물리칠 수 있는 항체를 만들어 내는 원리다.

이 원리는 암 퇴치에도 쓰일 수 있다
암세포의 특징을 나타내는 단백질 정보를 mRNA를 통해 인체에 주입하면 된다. 하지만 이것이 상용화되기까지 해쳐 나가야 할 많은 문제가 있다.

첫째는 mRNA의 불안정성이다.
mRNA는 불안정한 특성으로 쉽게 분해되어 충분한 단백질을 만들어내지 못할 수 있다. 이런 문제는 코로나 백신을 만드는 과정에서 많이 해결되었다. 지방 나노 입자로 mRNA를 감싸는 기술이 개발이 된 덕분에 mRNA가 체내에서 오래 머물 수 있게 된 것이다.

그럼에도 여전히 불안정하여 화이자 백신은 영하 70도에서 보관해야 하며, 모더나는 기술을 발전시켜 영상 2~8도까지 가능하도록 만들었다.

또 다른 문제는 mRNA로 만든 암 백신이 모든 암 환자들에게 효과가 있다는 보장이 없다는 것이다. 실제로 미국식품의약국(FDA)에서 승인된 전립선암과 피부암에 대한 mRNA 백신이 어떤 사람에게는 효과가 있었지만 또 어떤 이들에게는 전혀 반응이 없었다. 이는 같은 암이라 하더라도 암세포가 환자마다 다른 구조를 갖고 있기 때문이다. 

이 문제는 각 개인에게 맞는 맞춤형 암 백신으로 해결할 수 있다. 환자의 암 유전자를 분석하고 이에 맞는 mRNA 백신을 만드는 것이다.

mRNA 백신의 가장 큰 장점은 컴퓨터로 ‘설계’를 쉽게 할 수 있고 실험실에서 설계된 mRNA를 대량으로 생산할 수 있다는 것이다.

mRNA를 이용한 암 백신 연구 

코로나 백신으로 효과와 안정성을 입증한 화이자와 모더나는 현재 암 백신 연구에 몰두하고 있다.

기존 여러 동물실험에서 mRNA 암 백신 효과는 입증된바 있다. 여기서 한발 더 나아가 화이자 바이오앤테크는 사람을 대상으로 한 2상 임상시험을 진행 중이다.

종양 제거 수술을 받은 결장직장암 3기 환자들을 대상으로 재발 방지를 위한 mRNA 백신 임상이 2상에 돌입했고 지난 10월 첫 환자가 개인 맞춤형 암 백신으로 치료를 받았다고 발표했다.

이 시험에는 미국, 독일, 스페인, 벨기에에서 200명의 환자가 등록했다. 이들은 종양 제거 수술 후 일차적 화학요법을 받은 환자들로 DNA 검출 혈액 검사를 통해 재발 위험이 높은 환자들로 구성됐다.

바이오앤테크 설립자 외즐렘 튀레치 박사는 “이 시험은 환자에게 개별화된 면역요법을 제공하려는 우리의 노력에 중요한 이정표가 될 것이다. 많은 암이 환자가 수술 후 처음에는 없는 것처럼 보이지만 시간이 지나면 보이지 않던 종양 병소가 자라 전이를 일으킨다”며 “재발 가능성이 높은 대장암 환자를 대상으로 한 이번 임상에서는 개별화된 mRNA 백신이 이들의 재발을 예방할 수 있는지 여부를 조사하는 것이 목표”라고 설명했다.

공동 설립자 우그르 샤인 박사는 “현재 치료법으로 결장직장암 진단을 받은 환자의 30~40%는 수술 후 2~3년 후 신체의 다른 곳으로 이동한 암세포에 의해 재발된다”며 “임상 중인 mRNA 암 백신을 통해 재발을 예방할 수 있을 것이라 믿는다”고 밝혔다.

코로나 바이러스로 인해 mRNA 백신의 시대가 열렸다
한 외신과의 인터뷰에서 바이오앤테크 창립자 부부는 mRNA 백신을 통해 많은 암 환자들에게 저렴한 가격으로 면역요법을 받게 하는 것이 목적이라고 했다. 자신의 면역세포를 외부에서 배양해 다시 주입하는 CAR-T 치료는 한 회당 치료비가 5억 원에 달한다. 웬만한 부자가 아니고서는 받을 수 없는 치료다.

코로나 백신을 통해 수많은 사람들이 코로나 바이러스로부터 보호를 받았던 것처럼 mRNA 암 백신을 통해 사람들의 암이 효과적으로 예방되고 완치되는 그날을 기대해 본다.