mRNA 백신이 암 치료에 도움이 될 수 있을까

코로나바이러스 대유행은 단백질을 만드는 세포의 지시를 전달하는 분자인 mRNA(메신저 RNA)에 스포트라이트를 던졌다. 전 세계 수억 명의 사람들은 SARS-CoV-2 감염으로 인한 심각한 COVID-19에 대한 강력한 보호를 제공하는 mRNA 백신을 접종했다.

mRNA COVID-19 백신이 놀라울 정도로 성공적이었던 만큼, 연구자들은 오랫동안 암을 치료하기 위한 우 다른 목적으로 mRNA 백신을 사용하기를 희망해 왔다. 그것은 암을 치료하기 위한 것이었다.

사실, 화이자-바이오 N Tech사와 모더나 사의 과학자들은 그들의 코로나바이러스 백신을 만들기 위해 mRNA 암 백신을 개발한 경험을 바탕으로 했다. 현재, 일부 연구원들은 mRNA COVID-19 백신의 성공이 암 치료를 위한 mRNA 백신에 대한 임상 연구를 가속화하는 데 도움이 될 수 있다고 믿고 있다.

다나-파버 암 연구소의 개인 암 백신 센터를 이끌고 있는 패트릭 오트 박사는 "현재 mRNA에 대한 관심이 뜨겁다. mRNA 백신 연구에 투입되는 자금과 자원은 암 백신 분야에 도움이 될 것."이라고 말했다.

췌장암과 대장암, 흑색종 등 다양한 종류의 암이 있는 사람들을 대상으로 수십 건의 임상시험이 mRNA 치료 백신을 테스트하고 있다. 일부 백신은 종양에 대한 신체의 면역 반응을 향상시키는 약물과 함께 평가되고 있다.

그러나 어떤 mRNA 암 백신도 미국 식품의약국으로부터 단독으로 또는 다른 암 치료제와 함께 사용하도록 승인되지 않았다.

NCI 암 치료 및 진단 부서의 엘라드 샤론 박사는 "mRNA 백신 기술은 전염병에 매우 유망하며 새로운 종류의 백신으로 이어질 수 있다"고 말했다. 암 치료와 같은 다른 응용의 경우 mRNA 백신에 대한 연구도 유망해 보이지만 이러한 접근법이 아직 입증되지는 않았다.

진행 중인 mRNA 암 백신의 임상 시험에서 몇몇 발견이 나오기 시작하면서, 연구원들은 곧 이러한 치료법의 안전성과 효과에 대해 더 많이 알게 될 것이라고 샤론 박사는 덧붙였다.

mRNA 백신은 어떻게 작동하나

지난 30년 동안, 연구원들은 안정적인 형태의 mRNA를 제조하고 백신을 통해 이 분자(mRNA)들을 체내에 전달하는 방법을 배웠다. 일단 몸에 들어오면, mRNA는 세포들에게 백신을 받아들여 단백질을 생성하도록 지시하고, 그것들이 온전한 바이러스나 종양 세포 안에 있을 때, 같은 단백질에 대한 면역 반응을 자극할 수 있게 한다.

백신에서 mRNA를 받아들일 가능성이 있는 세포 중에는 수지상 세포가 있는데, 이는 면역계의 보초병이다. 수지상세포는 mRNA를 받아 번역한 뒤 T세포와 같은 면역세포에 항원을 제시해 면역반응을 시작한다.

mRNA 백신을 연구하는 벨기에 있는 벨기에 브르셀 대학의 카린 브렉포트 박사는 항원에 따라 "수지상 세포는 T세포를 교육하는 교사 역할을 한다"고 말했다.

화이자-바이오NTech와 모데나의 코로나 바이러스 백신에 포함된 mRNA는 세포들에게 SARS-CoV-2의 표면에 징을 박는 스파이크 단백질을 생성하도록 지시한다.

면역체계는 수지상 세포에 의해 나타난 스파이크 단백질을 이질적인 것으로 보고 일부 면역세포를 동원하여 항체를 만들고 다른 면역세포를 만들어내어 증상감염(증상으로 나타나는 감염)을 물리친다. 바이러스가 없는 스파이크 단백질에 노출되었기 때문에, 면역체계는 실제 SARS-CoV-2 바이러스의 후속 감염에 강하게 반응할 준비가 되어 있거나 혹은 미리 지시가 되어 있다.

암 연구는 mRNA 백신의 빠른 발전을 이끌었다

펜실베니아 페렐만 의과대학의 노버트 파르디 박사는 mRNA 백신 기술은 전염병이 발생했을 때 그 가능성을 입증할 수 있는 뜻밖의 기회를 가졌다고 말했다.

파르디 박사는 "오늘날의 mRNA 백신 생산은 쉽고 빠르며 필요에 따라 확장할 수 있다"고 계속했다. 그는 "모든 mRNA 염기서열에도 동일한 제조절차를 적용할 수 있다고 덧붙였다.

역사적으로 백신 개발 과정은 10~15년이 걸렸다. 하지만 화이자-바이오NTech와 모더나 COVID-19 백신은 NIH와 협력하여 개발되었으며 1년 이내에 사람들에게 안전하고 효과적인 것으로 나타났다.

바이오NTech의 암 백신 공동 책임자인 레나 크랜즈 박사는 "유행 기간 동안 전염병 백신을 개발하려면 신속해야 한다."고 말했다. "mRNA 기술이 전 세계적으로 빠른 백신 개발과 신속한 제조에 적합하다는 우리의 가설을 이번 대유행으로 확인했다"고 말했다.

mRNA COVID-19 백신의 신속한 설계와 제조 및 테스트를 위한 토대는 암 백신에 대한 수십 년 간의 연구를 통해 확립되었다. 이 기간 동안 면역체크포인트 억제제와 같은 약물을 포함한 면역치료제가 암 치료에 대한 새로운 접근법으로 등장하여 일부 사람들에게는 극적이고 지속적인 반응을 이끌어냈다.

모더나 사의 임상개발 선임 책임자인 로버트 미한 박사는 "면역요법과 mRNA 암 백신 사이에 많은 시너지가 있다"고 말했다. "백신은 면역 체크포인트 억제제의 성공을 기반으로 하고 있으며 기초 생물학에 대한 우리의 지식을 확장하고 있다."

mRNA 백신 화물의 수정 및 보호

mRNA를 체내에 전달할 수 있는 기술은 이 백신들의 성공을 위해 필수적이다. mRNA 염기서열을 어떤 형태로든 보호하지 않고 체내에 주입하면 면역체계에 의해 서열이 이물질로 인식되어 파괴된다.

일부 시험용 암 백신에 의해 사용되는 해결책은 mRNA 분자를 보호하는 작은 구체인 지질 나노입자에 mRNA를 감싸는 것이다. 다른 배달 수단에는 소낭의 한 종류인 리포솜이나 버블이 포함된다.

파르디 박사는 "가장 진보된 mRNA 기반 백신 플랫폼은 지질 나노입자에 캡슐화된 mRNA를 사용한다"고 말했다. 이제 화이자-바이오NTech와 모데나 코로나바이러스 백신 실험은 지질 나노입자의 효과를 입증했으며 이 기술은 향후 암 백신 실험에 확실히 사용될 수 있을 것이라고 덧붙였다.

화이자-바이오NTech와 모더나 코로나 바이러스 백신의 또 다른 주요 기능은 mRNA 변형을 연구하는 NCI 암 연구센터의 조던 마이어 박사에 따르면 변형된 형태의 mRNA를 사용한다.

이러한 백신에서 mRNA는 슈도유리딘을 포함하는데, 슈도유리딘은 자연적으로 발생하는 뉴클레오시드의 변형이다. 뉴클레오시드 (핵산 또는 뉴클레오티드의 가수 분해에 의해 얻어지는 화합물의 총칭)는 mRNA의 구성 요소이며, 특정 뉴클레오시드의 순서는 mRNA가 세포의 단백질 생성 장치에 제공하는 지시를 결정한다.

"[유사 유리딘] 변형이 mRNA 자체를 면역 체계에 거의 보이지 않게 만드는 것 같다. 이번 수정은 mRNA의 기능을 바꾸지는 않지만 백신의 효과를 높일 수 있을 것"이라고 마이어 박사가 덧붙였다.

암 연구자들은 그들의 시험용 치료 백신에서 변형된 형태와 변형되지 않은 형태의 mRNA를 모두 시험해오고 있다. 마이어 박사는 "암 백신 개발을 위한 각 접근 방식의 상대적 이점을 더 잘 이해하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다"고 말했다.

개인 맞춤형 mRNA 암 백신 개발 및 시험

10년 이상 암 연구자들은 mRNA와 단백질 조각, 또는 펩타이드를 포함한 다양한 기술을 사용하여 개인 맞춤형 암 백신으로 알려진 치료법을 개발해 왔다.

시험용 mRNA 백신은 종양의 특정 분자 특징에 기초하여 개인용으로 제조된다. 환자로부터 조직 검체를 채취한 뒤 개인 맞춤형 mRNA 암 백신을 생산하는 데 1~2개월이 걸린다.

바이오NTech사의 암 백신 부사장인 마티아스 보르메이어 박사는 "개인 맞춤형 암 예방접종을 위해서는 속도가 특히 중요하다"고 말했다. "매우 개인 맞춤형 백신 조합은 종양 생검을 한 후 몇 주 이내에 설계되고 생산되어야 한다."

이 접근법으로, 연구원들은 암세포에 의해 생성된 비정상적인 단백질, 즉 신 항체(neoantigen)에 대한 면역 반응을 이끌어내기 위해 힘쓰고 있다. 이 단백질들은 정상 세포에서 발견되지 않기 때문에 백신에 의한 면역 반응의 유망한 표적이다.

줄리 바우만 애리조나 대학 암센터 부소장은 "개인화된 암 백신은 암세포가 신체의 나머지 부분과 어떻게 다른지를 면역체계에 가르쳐줄 수 있을 것"이라고 말했다.

바우만 박사는 두경부 암이 진행된 환자를 대상으로 면역체크포인트 억제제와 결합해 개인 맞춤형 mRNA 백신을 시험하는 임상시험을 공동으로 이끌고 있다. 그 연구는 처음에는 대장암 환자를 포함했지만, 이 그룹은 치료의 혜택을 받지 못한 것으로 보인다.

그러나 두경부 암 환자들에게는 초기 결과가 긍정적이었다. 처음 10명의 참가자 중 2명의 환자는 완전반응으로 알려진 치료 후 종양이 모두 사라진 징후를 보였고, 다른 5명의 환자는 종양이 줄어들었다.

바우만 박사는 이번 연구가 40명의 두경부 암 환자까지 확대된 것에 주목하며 "첫 번째 두경부 암 환자 군에서 2명의 완전하고 지속적인 반응이 나온 것에 놀랐다"고 말했다.

그는 "치료받는 환자의 수는 적지만 조심스럽게 낙관하고 있다"고 덧붙였다. 그 연구는 각각의 개인화된 백신을 약 6주 안에 만드는 모더나 사의 후원을 받는다.

제조 과정은 환자의 종양 세포에서 신 항체를 생성시킬 수 있는 유전적 돌연변이를 확인하는 것으로 시작한다. 컴퓨터 알고리즘은 어떤 신 항체가 T세포의 수용체에 결합하고 면역 반응을 자극하는지 예측한다. 이 백신은 최대 34개의 다른 신 항체의 유전자 서열을 포함할 수 있다.

mRNA 백신으로 개인화된 면역치료의 유망한 가능성은 "이상 분자 특성을 바탕으로 개별 암세포를 구체적으로 인식하는 T세포를 활성화할 수 있다는 것"이라고 바우만 박사는 말했다.

mRNA 암 백신 과학의 발전

오트 박사는 "많은 면역요법이 비 특이적인 방식으로, 즉 암에 직접적으로 대항하는 것이 아니라 면역반응을 자극한다."며 "개인화된 암 백신은 면역반응을 정확히 필요한 곳으로 유도할 수 있다"고 말했다.

일부 회사들은 또한 전립선암과 위장관 암, 흑색종을 포함한 특정 종류의 암과 연관된 수십 개의 신 항체(neoantigen) 기반으로 한 mRNA 암 백신을 조사하고 있다.

임상시험 외에도 mRNA 암 백신에 대한 기초연구가 계속되고 있다. 일부 연구자들은 mRNA 백신에서 신 항체에 대한 면역세포의 반응을 증진시키기 위해 노력하고 있다. 예를 들어, 한 연구는 종양을 공격하는 동안 소진되는 T 세포의 반응을 개선하는 것을 목표로 한다.

이 분야의 과제는 개인화된 mRNA 암 백신에 대한 신 항체를 가장 잘 식별하는 방법을 배우는 것이라고 몇몇 연구자들은 말했다.

오트 박사는 "아직도 배워야 할 것이 많고 답해야 할 질문도 많다"고 말했다. 그는 "예를 들어 개인화된 암 백신이 면역체크포인트 억제제와 같은 다른 치료법과 어떻게 결합하는 것이 최선인지는 아직 명확하지 않다"고 덧붙였다.

암 연구자들이 이러한 질문들을 추구하면서, 다른 연구원들은 전 세계적으로 mRNA 코로나바이러스 백신을 접종하는 사람들의 수적 증가로부터 지식을 발전시킬 것이다.

브레크팟 박사는 mRNA의 구성이나 바이러스에 대한 연구에서 나온 mRNA의 포장 방식에 대한 통찰력이 암 백신에 대한 연구에 잠재적으로 도움이 될 수 있다고 말했다.

"불행히도, 과학계에서 mRNA 백신이 널리 받아들여지게 된 것은 COVID-19의 대유행이었다"고 그녀는 덧붙였다. "그러나 COVID-19 mRNA 백신의 세계적인 사용은 이 접근법의 안전성을 입증했고 암 백신에 대한 문을 열 것이다."