mRNA 또는 메신저 RNA는 DNA에서 세포의 단백질을 만드는 기계로 유전 정보를 전달하는 분자 유형입니다.- mRNA를 세포에 전달함으로써 항체, 효소, 호르몬, 백신 등 우리가 원하는 단백질을 생산하도록 지시할 수 있습니다. 이는 전염병부터 암까지 다양한 질병을 치료할 수 있는 새로운 가능성의 세계를 열어줍니다.
이번 글에서는 mRNA 치료의 원리, 제조 방법, 전달 방법, 적용 방법 등 mRNA 치료의 기본 사항을 소개하겠습니다. 우리는 또한 이 흥미로운 생명공학 분야의 최신 발전과 과제 중 일부를 공유할 것입니다.
mRNA 치료는 어떻게 작동하나요?
mRNA 치료는 합성 mRNA 분자를 세포에 도입하여 기능성 단백질로 번역함으로써 작동합니다. mRNA 치료는 단백질의 종류와 목적에 따라 다른 효과를 나타낼 수 있습니다. 예를 들어:
mRNA 백신은 코로나19를 유발하는 새로운 코로나바이러스와 같은 특정 병원체에 대한 면역 반응을 유발할 수 있습니다. 스파이크 단백질과 같은 바이러스 단백질을 암호화하는 mRNA를 전달함으로써 바이러스를 인식하고 제거할 수 있는 항체와 T 세포의 생성을 자극할 수 있습니다.
mRNA 항체는 광견병이나 HIV와 같은 질병에 대해 수동 면역을 제공할 수 있습니다. 단일클론 항체를 암호화하는 mRNA를 전달함으로써 우리는 신체 자체의 면역 체계에 의존하지 않고 특정 항원에 대해 즉각적인 보호를 제공할 수 있습니다.
mRNA 단백질 대체는 혈우병의 제8인자나 근이영양증의 디스트로핀과 같은 누락되거나 결함이 있는 단백질의 기능을 회복할 수 있습니다. 정상적인 버전의 단백질을 코딩하는 mRNA를 전달함으로써 질병의 근본 원인을 교정하고 증상을 개선할 수 있습니다.
mRNA 유전자 편집은 돌연변이를 수정하거나 새로운 유전자를 삽입하는 등 세포의 게놈을 수정할 수 있습니다. CRISPR/Cas9와 같은 프로그래밍 가능한 뉴클레아제를 인코딩하는 mRNA를 전달함으로써 높은 정밀도와 효율성으로 특정 DNA 서열을 타겟팅하고 편집할 수 있습니다.
mRNA는 어떻게 만들어지나요?
mRNA는 DNA 주형과 RNA 폴리머라제 효소를 사용하여 RNA 분자를 합성하는 시험관내 전사(IVT)라는 과정에 의해 만들어집니다. DNA 주형에는 원하는 단백질의 프로모터 서열과 코딩 서열이 포함되어 있습니다. RNA 중합효소는 프로모터에 결합하여 DNA를 RNA로 전사합니다.
합성 mRNA가 세포에서 기능적이고 안정적인지 확인하기 위해 IVT 도중 또는 이후에 몇 가지 수정이 이루어집니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
캡핑: mRNA의 5' 말단에 변형된 뉴클레오티드를 추가하여 분해를 방지하고 번역 효율성을 향상시킵니다. 메틸화 수준이 다른 Cap 0, Cap 1 및 Cap 2와 같은 다양한 유형의 캡이 있습니다.
폴리아데닐화: mRNA의 3' 말단에 일련의 아데닌 뉴클레오티드를 추가하여 안정성과 반감기를 늘립니다-. 폴리(A) 꼬리의 길이는 10~250개 뉴클레오티드로 다양할 수 있습니다.
최적화: 5' 번역되지 않은 영역(UTR), 3' UTR 및 개방형 판독 프레임(ORF)과 같은 mRNA의 구조적 구성 요소를 조정하여 발현 수준과 활성을 향상시킵니다. 여기에는 코돈 사용 최적화, 기능성 펩타이드 또는 신호 서열 도입 또는 자가{3}}증폭 요소 추가가 포함될 수 있습니다.
수정: 면역원성을 줄이고 안정성을 높이기 위해 mRNA의 일부 뉴클레오티드의 화학 구조를 변경합니다. 이는 우리딘을 슈도우리딘 또는 N1-메틸슈도우리딘으로 대체하거나 다른 위치에 메틸기를 추가하는 것을 포함할 수 있습니다.
mRNA는 어떻게 전달되나요?
mRNA 전달은 mRNA 치료에서 가장 큰 과제 중 하나입니다. 왜냐하면 mRNA 분자는 크고 음전하를 띠며 생물학적 체액의 효소에 의해 분해되기 쉽기 때문입니다. 따라서 mRNA를 보호하고 세포 내로 운반하기 위해 다양한 유형의 운반체가 개발됩니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
지질 나노입자(LNP): mRNA 분자 주위에 이중층을 형성하는 지질로 구성된 구형 입자입니다. LNP는 세포막과 융합하여 mRNA를 세포질로 방출할 수 있습니다. LNP는 높은 효율성과 생체적합성으로 인해 mRNA 전달에 널리 사용됩니다. LNP의 일부 예로는 양이온성 고체 지질 나노입자(SLN), 이온화 가능한 지질 나노입자(ILN) 및 면역자극 지질 나노입자(ISLN)가 있습니다.
고분자 나노입자(PNP): mRNA 분자 주위에 코어{0}}쉘 구조를 형성하는 고분자로 구성된 구형 입자입니다. PNP는 세포내이입을 통해 세포에 들어갈 수 있고 양성자 스폰지 효과 또는 효소 분해를 통해 리소좀에서 벗어날 수 있습니다. PNP는 다목적이며 다양한 애플리케이션에 맞게 사용자 정의할 수 있습니다. PNP의 몇 가지 예로는 폴리에틸렌이민(PEI), 폴리(락틱-co-글리콜산)(PLGA) 및 키토산이 있습니다.
양이온성 나노에멀젼(CNE): 양이온성 지질과 계면활성제를 함유한 물 속의 오일-방울-유제입니다. CNE는 세포막과 상호 작용하고 mRNA를 세포질로 전달할 수 있습니다. CNE는 준비 및 확장이 쉽고 mRNA 백신의 면역원성을 향상시킬 수 있습니다. CNE의 몇 가지 예로는 DOTAP/DOPE, DOTAP/콜레스테롤 및 DOTAP/MCT가 있습니다.
기타 mRNA 전달 시스템: mRNA 전달을 위해 연구된 다른 유형의 운반체로는 프로타민-축합 mRNA, 엑소솜, 세포외 소포(EV), 메조다공성 실리카 및 인산칼슘(CaP)이 있습니다.
mRNA 치료의 적용은 무엇입니까?
mRNA 요법은 감염성 질환에서 대사 장애, 암에서 심혈관 질환, 유전 질환에서 재생 의학에 이르기까지 광범위한 질병을 치료할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. mRNA 치료의 현재 및 새로운 응용 분야는 다음과 같습니다.
mRNA 백신: mRNA 백신은 SARS-CoV-2, 인플루엔자 바이러스, HIV, 호흡기 세포융합 바이러스(RSV), 단순 포진 바이러스(HSV), 수두 대상포진 바이러스(VZV), 인간 거대세포 바이러스(HCMV), 광견병 바이러스, 뎅기열 바이러스 등 다양한 병원체에 대해 강력하고 구체적인 면역 반응을 유도할 수 있습니다. mRNA 백신은 빠른 개발, 저렴한 비용, 높은 안전성, 쉬운 확장성 등 기존 백신에 비해 여러 가지 장점을 가지고 있습니다.
mRNA 항체: mRNA 항체는 광견병, HIV, 에볼라, 지카, 탄저병 및 코로나19와 같은 다양한 질병에 대해 수동 면역을 제공할 수 있습니다. mRNA 항체는 기존 항체에 비해 장기 발현, 낮은 면역원성, 높은 안정성, 투여 용이성 등 여러 가지 장점을 가지고 있습니다.
mRNA 단백질 대체: mRNA 단백질 대체는 혈우병, 근이영양증, 낭포성 섬유증, 페닐케톤뇨증, 파브리병, 고셔병, 파킨슨병 등 다양한 질병에서 누락되거나 결함이 있는 단백질의 기능을 회복할 수 있습니다. mRNA 단백질 대체는 단백질 치료에 비해 면역원성 방지, 생체 이용률 향상, 복용량 및 빈도 감소 등 여러 가지 장점이 있습니다.
mRNA 유전자 편집: mRNA 유전자 편집은 겸상적혈구빈혈, 베타{0}}지중해빈혈, 헌팅턴병, 뒤시엔 근이영양증, 낭포성 섬유증과 같은 다양한 질병의 세포 게놈을 수정할 수 있습니다. mRNA 유전자 편집은 숙주 게놈으로의 통합 방지, 표적 이탈 효과 감소, 특이성 및 효율성 증가 등 DNA{2}}기반 유전자 치료에 비해 여러 가지 장점이 있습니다.
mRNA 세포 치료: mRNA 세포 치료는 암, 자가면역 질환, 당뇨병, 심혈관 질환 등 다양한 질병에서 세포의 기능을 조작할 수 있습니다. mRNA 세포 치료법은 바이러스 벡터를 피하고, 안전성과 다양성을 강화하고, 제조 및 품질 관리를 용이하게 하는 등 기존 세포 치료법에 비해 여러 가지 장점을 가지고 있습니다.
mRNA 치료의 과제와 기회는 무엇입니까?
mRNA 요법은 다양한 질병을 치료하는 데 큰 잠재력을 보여준 유망하고 신흥 생명공학 분야입니다. 그러나 임상에 널리 적용되기 위해서는 여전히 극복해야 할 몇 가지 과제와 한계가 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
-생체 내에서 mRNA 분자의 안정성 및 전달 효율성 향상
-mRNA 분자 및 운반체의 면역원성 및 독성 감소
-mRNA로 인코딩된 단백질의 발현 수준 및 기간 최적화-
-mRNA 생산을 위한 표준화된 프로토콜 및 품질 관리 방법 개발
-인간을 대상으로 한 mRNA 치료의 장기적 안전성과 효능 평가-
-이러한 과제에도 불구하고 mRNA 요법을 미래 의학의 매력적인 옵션으로 만드는 많은 기회와 이점도 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
-mRNA 설계 및 합성의 유연성과 다양성 활용
-mRNA 분자의 고유한 면역원성과 면역성을 활용합니다.
-mRNA{1}}로 인코딩된 단백질의 일시적 발현 및 가역성 활용
-mRNA 치료와 다른 양식을 결합할 때의 시너지 효과 탐색
-mRNA 제품의 개발 및 승인 프로세스 가속화
전문기업 프리시스바이오테크놀로지인간이 아닌 영장류(NHP) 연구-전임상 약물 개발을 위한 서비스를 제공합니다. mRNA 요법은 항체, 효소, 호르몬 또는 백신과 같이 우리가 원하는 단백질을 생산하도록 세포에 지시할 수 있는 분자 유형입니다. 해부학, 생리학, 면역학 및 유전학 측면에서 인간과 많은 유사점을 공유하는 NHP 종인 시노몰구스 원숭이(Cynomolgus macaques). mRNA 약물 연구 및 개발과 NHP 모델 분야의 Prisys Biotechnology는 다음과 같습니다.
프리시스 바이오테크놀로지는 면역학, 염증, 심혈관 질환, 혈액학, 간, 신장, 폐, 종양학 등 다양한 질병 분야에 대한 솔루션을 제공하기 위해 NHP 자원, 질병 모델, 임상 병원의 통합 플랫폼을 보유하고 있습니다.
Prisys Biotechnology는 NHP의 딥 러닝-기반 3D 행동 정량화 시스템과 같은 혁신적인 기술과 R&D 협업을 위한 공동 개발 옵션을 제공합니다.
Prisys Biotechnology는 mRNA 치료를 위한 동물 모델로 시노몰구스 원숭이를 사용하는데, 이는 생쥐나 쥐와 같은 다른 동물 모델보다 더 신뢰성 있고 관련성이 높습니다.
Prisys Biotechnology는 NHP의 전기 저항성, 자기 특성, 약동학, 독성, 면역원성, mRNA 분자 및 운반체의 효능을 측정하여 다양한 질병에 대한 mRNA 치료의 잠재력과 타당성을 테스트할 수 있습니다.
