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mRNA 활용 차세대 신약개발 위한 원천기술 확보

mRNA 백신과 치료제 개발 과정의 난제 해결할 차세대 DNA 템플릿 ‘NiloT 개발 dsRNA 생성 억제및 고순도 mRNA 생산 및 면역 반응 감소 효과 확인 건국대학교 김동은 교수(융합생명공학과) 연구팀

mRNA 활용 차세대 신약개발 위한 원천기술 확보

건국대학교 김동은 교수(융합생명공학과) 연구팀이 mRNA 백신과 치료제의 효능을 떨어뜨리고 부작용을 유발하는 고질적인 난제를 해결할, 혁신적 생산공정 원천기술을 확보했다. 최근 바이오 의약품 시장은 mRNA를 활용한 백신과 치료제 개발이 활발하지만, 합성 과정에서 발생하는 불순물인 ‘이중가닥 RNA(double-stranded RNA, 이하 dsRNA)’가 인체 내에서 과도한 면역 반응을 일으켜 단백질 발현을 방해하고 약효를 저해하는 것이 큰 걸림돌이었다. 연구팀은 이러한 문제를 근본적으로 해결하기 위해, 합성 후 별도의 정제 과정을 거치는 기존 방식 대신 DNA 주형 설계 단계에서부터 dsRNA 생성을 차단하는 차세대 DNA 템플릿 공학 전략으로 ‘NiloT(Nicked Low-dsRNA Template)를 개발했다. ▲김동은 교수(왼쪽)과 이고은 석사과정생(오른쪽) 이번 연구 성과는 핵산 분야 최고 권위의 학술지인 ‘Nucleic Acids Research’(IF=13.1, 상위 3.9%)에 지난 1월 15일자로 온라인 게재됐고, 생물학연구정보센터(BRIC)의 ‘한국을 빛내는 사람들(한빛사)’ 논문으로도 선정됐다. 현재 mRNA 생산에 사용되는 ‘IVT(시험관 내 전사) 공정’에서는 의도치 않게 DNA 말단에서 역방향으로 합성되는 ‘역전사’ 현상이 발생하며 dsRNA 불순물이 만들어진다. 기존 업계는 이를 제거하기 위해 막대한 비용과 시간을 들여 복잡한 정제 공정을 거쳐야 했으며, 이 과정에서 mRNA의 수율이 떨어지는 한계가 있었다. 김동은 교수팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 사후 정제 방식이 아닌, ‘DNA 템플릿’ 설계 단계에서 dsRNA 생성 원인을 차단하는 전략에 주목했다. 연구팀은 dsRNA의 주요 발생 원인이 프로모터와 상관없이 DNA 말단에서 거꾸로 일어나는 역전사 현상임을 규명하고, 이를 차단하기 위해 DNA 템플릿의 비주형 가닥에 미세한 틈인 ‘Nick’을 도입하는 ‘NiLoT(Nicked Low-dsRNA Template)’ 기술을 세계 최초로 제시했다. 이 기술을 적용하면 전사 과정에서 RNA:DNA 혼성체(R-loop)가 형성되면서 가닥 치환(Strand displacement)이 유도되어, 역전사 반응이 물리적으로 차단되고 dsRNA 생성이 크게 억제된다. 실험 결과, NiLoT 전략은 mRNA 합성 수율 손실 없이 dsRNA 불순물 생성을 획기적으로 줄였으며, 짧은 길이의 mRNA부터 코로나19 백신과 같은 긴 길이의 mRNA까지 폭넓게 적용 가능함을 확인했으며, 최신 염기 변형 기술과도 완벽하게 호환되는 범용성을 보여주었다. 인간 세포 실험에서도 NiLoT 방식으로 생성된 mRNA는 선천성 면역 반응인 인터페론-β 분비를 최소화하는 동시에 목표 단백질 발현 효율을 크게 향상시켜, 면역 부작용을 일으키지 않을 차세대 mRNA 바이오 신약 개발에 활용할 수 있는 원천기술임을 입증했다. 김동은 교수는 “NiLoT 기술은 추가적인 효소나 복잡한 정제 공정 없이도 고순도의 mRNA를 생산할 수 있는 혁신적인 원천기술”이라며, “급성장하는 mRNA 백신 및 치료제 시장에서 국산 RNA제조 기술의 글로벌 경쟁력을 높이는 데 기여할 것으로 기대한다”고 말했다. 이번 연구에는 건국대 융합생명공학과 이고은 석사과정생이 제1저자로, 김동은 교수가 교신저자로 참여했으며, 본 연구는 한국연구재단 바이오의료기술개발사업과 김동은 교수의 교원창업기업 ㈜유니원팜젠(Uniwon PharmGene Co. Ltd.)의 R&D 프로젝트 지원을 받아 수행됐다. ▲NiLoT 전략에 의한 dsRNA 생성 억제 메커니즘 개념도 ▲NiLoT 전략을 이용한 고순도 mRNA 생산 및 면역 반응 감소 효과 데이터

난치성 질환 원인 밝힐 ‘정밀 검사기’ 개발

치매, 파킨슨병, 당뇨병 등 신경 퇴행성 및 대사 질환 치료제 개발을 위한 새로운 분석 지평 제시 단백질이 중간 단계 구조까지 정확하게 식별해낼 수 있는 ‘최대 엔트로피’ 기법 적용 기초지원硏-DGIST 공동 연구팀

난치성 질환 원인 밝힐 ‘정밀 검사기’ 개발

한국기초과학지원연구원(원장 양성광, 이하 KBSI) 이영호 박사 연구팀은 대구경북과학기술원(총장 이건우, 이하 DGIST) 뇌과학과 유우경 · 뉴바이올로지학과 김진해 교수 연구팀과의 협업을 통해, 형태가 고정되지 않아 분석이 까다로웠던 ‘무정형 단백질(Intrinsically Disordered Proteins, IDP)’의 구조를 원자 수준에서 정밀하게 파악할 수 있는 혁신적인 분석 기술을 개발했다고 25일 밝혔다. 단백질은 정형화된 3차원 입체 구조를 가질 때 정상적인 기능을 수행한다고 알려져 있으나, 인체 단백질의 약 3분의 1은 마치 흐물거리는 실타래처럼 특정한 구조나 형태 없이 끊임없이 변화하는 ‘무정형 단백질’이다. ▲(왼쪽부터) DGIST 유우경·김진해 교수, 전주형 석박통합과정생, KBSI 이영호 박사 이러한 단백질들은 세포 내 신호 전달 등 필수적인 역할을 수행하지만, 비정상적으로 변형되거나 뭉치게 될 경우 치매로 대변되는 알츠하이머‧ 파킨슨병과 같은 신경 퇴행성 질환 및 이형 당뇨병과 같은 대사질환을 유발하는 핵심 원인이 된다. 하지만 워낙 변화무쌍하게 움직이는 탓에 다양한 질환 발생 과정에서 나타나는 구체적인 변형 기전을 밝혀내는 데에는 기술적 한계가 존재해 왔다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션 기술과 실제 실험 데이터를 결합하는 최적화 융합 전략을 수립했다. 연구팀은 먼저 인공지능(AI) 모델과 고도의 시뮬레이션, 단백질 정보 은행(이하 PDB)의 구조에 관련된 정보를 활용해 단백질이 가질 수 있는 수만 가지의 구조적 후보군을 생성했다. 이후, 실제 실험을 통해 얻은 핵자기공명분광학(이하 NMR) 데이터를 이 후보군에 대조하여 실제 단백질 상태에 가장 근접한 구조에 높은 가중치를 부여하는 ‘최대 엔트로피’ 기법을 적용했다. 이 기술은 단백질이 아주 짧은 순간만 형성하는 중간 단계의 구조까지 정확하게 식별해낼 수 있다는 점이 가장 큰 특징이다. 특히 이번 성과는 KBSI 이영호 박사 연구팀의 정밀 NMR 실험 데이터 지원이 결정적인 역할을 했다. 고체나 결정상태가 아닌 용액상태 단백질의 구조를 원자 수준에서 들여다볼 수 있는 KBSI의 정밀한 NMR 데이터는 연구팀이 개발한 알고리즘이 실제 단백질의 물리적 특성을 정확히 반영하고 있는지 검증하고 피드백하는 결정적인 역할을 했다. 나아가 이를 통해 연구팀은 온도나 유전자 변이에 따라 단백질 구조가 어떻게 변화하는지 정밀하게 추적하는 데 성공했다. DGIST 유우경 교수는 “이번 연구는 DGIST의 슈퍼컴퓨팅 AI 교육연구센터의 계산 자원과 고도화된 계산 과학 기술과 KBSI의 세계적인 정밀 분석 인프라와 분석기술이 유기적으로 결합하여 거둔 값진 성과”라며, “그동안 분석이 불가능했던 무정형 단백질의 구조적 비밀을 규명함으로써, 향후 치매 등 난치성 질환의 발병 기전을 이해하고 이를 제어하는 치료제 개발에 중요한 분석 도구가 될 것으로 기대한다”고 밝혔다. KBSI 이영호 박사는 “향후 DGIST와의 지속적 협업을 통해 무정형 단백질과 질환 단백질을 타겟으로 한 구조 연구 툴 개발을 지속할 계획”이라며, “KISTI(한국과학기술정보연구원)와 함께 세계 3대 PDB인 PDBj를 기반으로 한 ‘한국형 PDB(PDBj in Korea)’를 구축해 고정된 3차원 구조가 없는 무정형 단백질의 구조 아카이브를 마련하겠다”고 말했다. 본 연구결과는 한국연구재단(NRF)과 한국기초과학지원연구원(KBSI) 등의 지원을 받아 수행되었다. DGIST 전주형 석‧박사통합과정생이 제1저자로 참여했으며, DGIST 유우경 · 김진해 교수와 KBSI 이영호 박사가 공동 교신저자로 이름을 올렸다. 해당 연구 결과는 과학 분야의 세계적 권위지인 ‘미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS)’에 2월 16일 게재되었다.

PET/CT 영상 지표로 담도암 환자 치료 효과 예측 확인

TLG 낮은 환자군' 무진행 생존기간과 전체 생존기간 유의하게 길게 나타났다 국소 진행성 환자 중 TLG가 낮은 그룹' 우수한 생존 경향 보였고, 담낭암 환자에서도 동일하게 관찰됐다 분당차병원(원장 윤상욱) 암센터 핵의학과 장수진·종양내과 전홍재 교수 연구팀

PET/CT 영상 지표로 담도암 환자 치료 효과 예측 확인

차 의과학대학교 분당차병원(원장 윤상욱) 암센터 핵의학과 장수진·종양내과 전홍재 교수 연구팀이 진행성 담도암(biliary tract cancer, BTC) 환자에서 치료 전 실시한 FDG PET/CT 영상에서 얻은 대사 지표가 치료 성적 예측에 중요한 정보를 제공할 수 있음을 확인했다. 이번 연구 결과는 핵의학분야 국제학술지 Clinical Nuclear Medicine(IF=9.6) 최신호에 발표됐다. 담도암은 진단 시 이미 많이 진행되거나 다른 장기로 전이된 경우가 많아 예후가 불량한 암으로 알려져 있다. 최근에는 '젬시타빈(gemcitabine)+시스플라틴(cisplatin)+아브락산(albumin bound paclitaxel, nab-paclitaxel)'의 3제 병합(이하 '젬시아') 항암요법이 표준 치료로 사용되고 있지만, 치료 효과를 미리 예측할 수 있는 방법은 제한적이다. ▲ 핵의학과 장수진 교수(왼쪽), 종양내과 전홍재 교수 연구팀은 치료 전 FDG PET/CT를 시행한 진행성 담도암 환자 125명을 대상으로, 영상에서 측정한 TLG(Total Lesion Glycolysis)를 분석했다. TLG란 종양 전체의 대사 부담, 즉 종양 전체가 얼마나 활발히 성장·분열하는지를 반영한 지표로 수치가 낮을수록 종양의 전반적인 대사 활동이 크지 않은 상태를 의미한다. 분석 결과, TLG가 낮은 환자군은 무진행 생존기간(PFS)과 전체 생존기간(OS)이 유의하게 길게 나타났다. 또한 연령, 병기 등 임상적 변수들을 보정한 다변량 분석에서도 TLG는 생존을 예측하는 독립적인 예후 인자로 확인됐다. 특히 국소 진행성 환자 중 TLG가 낮은 그룹은 무진행 생존기간의 중앙값이 18.4개월에 달했으며, 전체 생존기간은 추적 관찰 기간 동안 중간값에 도달하지 않아, 전반적으로 우수한 생존 경향을 보였다. 이 같은 경향은 담도암뿐 아니라 담낭암 환자에서도 동일하게 관찰됐다. 핵의학과 장수진 교수는 "TLG는 진행성 담도암 환자의 치료 반응을 예측하는 데 의미 있는 정보를 제공할 수 있는 영상 지표"라며, "앞으로 FDG PET/CT 지표를 활용한 연구를 확대해 젬시아 치료 외 다양한 치료에서 환자 맞춤형 치료 전략 수립에 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

헤모글로빈 전환 조절하는 핵심 단백질 LDB1의 역할 규명

난치성 혈액 질환 극복할 새로운 유전자 치료 전략 제시 "LDB1 단백질 결핍' 베타-지중해빈혈에서의 병태생리학적 현상과 유사한 조혈 장애 유발 고려대학교 전태훈 교수 연구팀

헤모글로빈 전환 조절하는 핵심 단백질 LDB1의 역할 규명

난치성 빈혈 치료의 새로운 전기가 될 연구 성과가 발표됐다. 한국연구재단(이사장 홍원화)은 고려대학교 전태훈 교수 연구팀이 적혈구 분화 과정에서 헤모글로빈 전환(hemoglobin switching)*을 조절하는 핵심 단백질 LDB1의 역할을 규명했다고 밝혔다. * 헤모글로빈 전환(hemoglobin switching) : 태아기에서 성인기로 성장하는 과정에서 체내 헤모글로빈(혈색소)의 종류가 바뀌는 현상. 인간은 발생 단계에 따라 헤모글로빈 구조를 최적화하는데, 정밀한 ’교체작업‘이 핵심이다. ▲고려대학교 전태훈 교수 이번 연구 성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 사업의 지원으로 수행됐으며, 생화학 및 분자생물학 분야 국제학술지 ‘리독스 바이올로지(Redox Biology)’에 2월 4일 온라인 게재됐다. 헤모글로빈 전환은 태아기에서 성체기로 이어지는 적혈구 분화 과정의 핵심 단계다. 이 전환이 제대로 이뤄지지 않으면 성체형 헤모글로빈 생성이 감소해 베타-지중해빈혈(β-thalassemia)*과 같은 유전성 빈혈이 발생한다. * 베타-지중해빈혈(β-thalassemia): 혈액 내 산소를 운반하는 헤모글로빈의 구성 성분인 ‘베타(β)-글로빈’ 유전자의 결함으로 인해 적혈구가 정상적으로 생성되지 못하는 희귀 유전성 혈액 질환. 적혈구 파괴와 심각한 빈혈을 유발하며, 환자는 평생 정기적인 수혈과 철분 제거 치료를 받아야 하는 난치성 질환이다. 그러나 이 전환을 조절하는 상위 조절 인자와 분자 기전이 완전히 밝혀지지 않아 베타-지중해빈혈과 같은 유전성 빈혈 질환의 근본적 치료를 위한 분자적 표적을 제시하는 데 한계가 있었다. 이에 연구팀은 적혈구 전구세포에서 LDB1 단백질이 선택적으로 결핍된 생쥐 모델을 이용, LDB1이 태아형 헤모글로빈 억제 유전자의 발현을 직접 촉진하는 전사 활성화 인자로 작용한다는 사실을 밝혀냈다. 실험 결과, LDB1이 결핍된 적혈구 전구세포에서는 태아형 헤모글로빈 억제 유전자의 발현이 감소하면서 태아형 헤모글로빈이 과도하게 생산됐다. 이 과정에서 활성산소가 증가하게 되는데, 이는 적혈구 전구세포의 세포자살로 이어져 정상적인 적혈구 분화를 어렵게 한다. 실제로 LDB1 단백질이 결핍된 생쥐는 적혈구 전구세포의 세포자살로 인해 심한 빈혈이 일어나고, 그로 인해 출생 후 일주일 이내에 사망하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 LDB1이 산화 스트레스 조절과 적혈구 분화 유지에 필수적인 역할을 하며, 그 결핍이 베타-지중해빈혈에서 관찰되는 병태생리학적 현상과 유사한 조혈 장애를 유발함을 시사한다. 이번 연구는 적혈구 분화와 헤모글로빈 전환 메커니즘에 대한 이해를 한 단계 심화시킨 것으로, 향후 베타-지중해빈혈 및 사립체성 빈혈(sideroblastic anemia) 등 산화 스트레스 관련 혈액 질환의 치료 전략 개발에 중요한 단초를 제공할 것으로 기대된다. 전태훈 교수는 이번 연구에 대해 “LDB1이 태아형에서 성체형으로의 헤모글로빈 전환을 주도하는 핵심 조절 인자임을 입증했다”며, “베타-지중해빈혈의 유전자 치료제인 카스게비(Casgevy)*의 주요 표적 유전자(BCL11A)를 비롯한 헤모글로빈 전환 관련 핵심 유전자들을 함께 조절하는 LDB1의 기능은 베타-지중해빈혈에 대한 차세대 유전자 치료 전략으로 확장될 수 있다”고 밝혔다. * 카스게비 : 유전자 편집 기술을 이용해 개발된 세계 최초의 유전자 편집 치료제 ▲(그림1) 헤모글로빈 전환. 본 그림은 포유류 적혈구 분화 과정에서 일어나는 헤모글로빈 전환(hemoglobin switching)을 단계별로 나타낸 것 ▲(그림2) 정상 적혈구 전구세포와 Ldb1 결핍 적혈구 전구세포 간 적혈구 분화 과정의 비교. 적혈구 전구세포에서 LDB1 결핍은 태아형 헤모글로빈 발현의 지속과 이로인한 세포자살 유도를 통해 적혈구 분화를 억제한다.



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한국제약바이오협회 대규모 약가 인하 시행 유예 촉구
한국제약바이오협회는 10일 제1차 이사회를 열어 정부가 추진 중인 국산 전문의약품(제네릭) 중심의 대규모 약가 인하 정책에 대해 강한 우려를 표명하며, 건정심 의결과 시행 유예를 촉구하는 결의문을 만장일치로 채택했다. 이사회는 이날 결의문을 통해 “국내 제약산업은 국민 건강과 생명을 지키는 보건안보의 핵심이자 국가 경쟁력을 떠받치는 전략 산업”이라며 “코로나19 팬데믹 등 국가적 보건위기 속에서도 국내 제조·공급 인프라를 기반으로 안정적인 의약품 공급을 책임져 왔다”고 강조했다. 이어 “그러나 혁신과 도전의 열기로 타올라야 할 산업 현장은 정부의 일방적이고 급격한 국산 전문의약품 중심 약가 인하 추진으로 충격에 휩싸였다”면서 “정부가 만일 국산 전문의약품을 건보 재정 절감의 대상으로만 여겨 이대로 대규모 약가 인하를 밀어붙인다면 R&D 투자 위축은 물론 설비 투자 감소, 인력 감축, 공급망 약화 등 산업 전반의 기반은 무너질 수밖에 없다”고 우려했다. 이어 “국내 제약산업의 경우 R&D 재원의 대부분을 기업이 자체 조달하고 있다”면서 “이러한 현실을 고려하지 않은 채 대규모 약가 인하가 단행되면 기업들은 꼭 필요한 연구개발 대신 생존을 위한 단

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