금속‑유기 나노입자를 통한 백신 효능 강화

금속‑유기 나노입자를 이용한 백신 강화

백신은 몸을 병원체에 안전하게 노출시켜 면역 체계가 실제 질병을 일으키는 바이러스나 박테리아를 만나게 되는 날 어떻게 반응해야 하는지를 “학습”하도록 작동합니다. 문제는 면역 체계가 이를 수행하려면 최소량의 병원체 또는 그 조각에 노출되어야 하는데, 이는 때때로 어려울 수 있다는 점입니다.

이러한 이유로 기존 백신은 알루미늄염 등의 보조제를 사용해 면역 반응을 강화합니다. 보조제는 비특이적 면역 반응을 자극할 수 있지만, 모든 면역 반응을 무차별적으로 활성화한다는 의미는 아닙니다.

MIT 연구팀은 금속‑유기 프레임워크(MOF) 나노입자가 항원을 전달하면서 보조제로도 작용할 수 있음을 생쥐 실험에서 확인했습니다. 이 입자는 톨유사수용체를 통해 선천성 면역 반응을 활성화했습니다. 사람에게 사용할 백신으로 개발하려면 추가 연구가 필요합니다.

이 연구에는 MIT 연구소 교수인 Robert Langer와 하버드 의대 교수인  Dan Barouch가 참여했습니다.

금속‑유기 나노입자는 어떻게 작동하는가

발표된 연구 논문은 연구진이 ZIF-8이라는 MOF를 사용했다고 설명합니다. 이는 아연 이온이 유기 화합물인 이미다졸 네 분자와 결합한 구조입니다. 이 연구에서 ZIF-8의 작용 메커니즘이 처음으로 규명되었습니다.

연구원들은 100‑200 nm 크기의 ZIF‑8 입자 구조 안에 SARS‑CoV‑2 스파이크 단백질을 삽입했으며, 이 크기로 인해 대식세포에 의해 흡수되거나 림프절로 들어갈 수 있습니다. MOF 입자는 분해되어 바이러스 단백질을 직접 면역 체계에 전달합니다.

출처: Science Advances

MOF는 세포 안에서 분해되면서 바이러스 단백질을 방출하고, 구성 성분인 이미다졸은 톨유사수용체를 활성화합니다. 생쥐 실험에서는 MOF 없이 단백질만 투여했을 때보다 해당 단백질에 대한 면역 반응이 강했습니다.

특히 유용한 점은 이 방법이 몸이 바이러스에 대한 면역을 구축하는 방식을 모방한다는 것입니다. 소화된 바이러스는 조각으로 분해되어 장기 기억을 형성함으로써 장기 면역을 생성합니다. 따라서 면역 체계 입장에서는 ZIF‑8 입자와 실제 바이러스 입자 사이에 큰 차이가 없습니다.

출처: Science Advances

금속‑유기 나노입자와 MOF 백신의 향후 전망

MOF 자체가 항원 전달체이자 보조제로 작용할 수 있다는 발견은 새로운 백신 설계의 가능성을 제시합니다. 더 안전하고 효과적인 백신으로 이어질지는 추가 연구로 확인해야 합니다.

또 다른 장점은 단백질 서브유닛을 이용한 이러한 백신이 RNA 백신보다 비용이 저렴하고 제조가 용이하다는 점입니다. 따라서 전통적인 백신 설계가 개발 중인 새로운 mRNA 백신 흐름에도 경쟁력을 유지할 수 있습니다.

다음 단계는 ZIF‑8이 백신 효과를 증강시킬 수 있음이 입증된 만큼, 그 안전성을 확인하기 위한 추가 테스트를 진행하는 것입니다. 또한 비용 효율적인 대량 생산 절차도 개발되어야 합니다.

ZIF‑8 이외의 물질도 MOF 기반 백신에 활용될 가능성이 있습니다. 유사한 나노입자는 더욱 강력한 면역 효과, 더 나은 안전성을 보이거나, 더 쉽고 저렴하게 대량 생산될 수 있습니다.

백신 기업 주식

1. Merck

최근 몇 년간 COVID‑19 백신 기업들에게 총 매출에서 뒤처졌음에도 불구하고, Merck는 비‑COVID‑19 백신 판매 부문에서 여전히 1위 자리를 차지하고 있습니다. 주요 판매 제품 중 하나는 HPV(인유두종바이러스) 백신인 Gardasil이며, 2023년에 88억 달러를 기록했고 지난 3년간 폭발적인 매출 성장을 보였습니다.

출처: Merck

회사 역시 2024년 6월에 V116 백신에 대한 PDUFA 일정을 잡은 새로운 폐렴구균 백신과 연구개발 파이프라인에 있는 5개의 다른 백신을 출시하려 하고 있습니다.

출처: Merck

백신 효율성을 향상시키고 부작용을 일으킬 수 있는 보조제의 필요성을 줄이는 것은 Merck와 같이 백신에 대한 논란을 정기적으로 겪어온 기업에게 큰 관심사입니다. 특히 Gardasil과 같은 백신이 드물게 질병을 유발할 수 있다는 논란이 있습니다.

따라서 팬데믹으로 mRNA 백신이 큰 인기를 끌었지만, 전통적인 단백질 기반 설계는 아직 끝나지 않았으며 여전히 막대한 수익을 창출할 수 있습니다.

2. GSK

GSK는 백신 생산 분야의 또 다른 거대 기업으로, 특히 2022년에 11억 달러의 매출을 올린 고도화된 5‑in‑1 수막염 백신(뇌수막염용)으로, 아직 미국 시장 승인을 받지는 않았지만이 주목받고 있습니다.

또한 회사는 백신 라인업 확대에 힘쓰고 있습니다. 고위험 50‑59세 성인으로 RSV 백신의 사용 범위를 확대하려는 신청이 2024년 1월 EMA 심사 대상으로 접수되었으며, 승인될 경우 이 대상군에 제공되는 최초의 RSV 백신이 될 수 있었습니다.

• 대상포진.
• 인플루엔자.
• 수막구균 질환.
• 폐렴구균 질환.
• B형 간염
• 단순 포진 바이러스

GSK는 백신 부문이 연간 한 자릿수 후반대의 연평균 성장률(CAGR)로 계속 성장할 것으로 예상합니다.

GSK는 백신과 신형 항생제를 통한 감염병에 집중함으로써 항생제 내성 증가와 새로운 전염병 상황에서 긴급한 수요에 대응하고 있습니다. 또한 다른 기업의 백신에 보조제나 제조 서비스를 제공하고 있어, 기존 백신의 개선으로부터 이익을 얻고 대규모 생산을 할 수 있는 유리한 위치에 있습니다.

3. Sanofi

Sanofi (SNW.DE ) (SNY )는 백신 시장의 또 다른 주요 기업으로, 매년 접종하는 독감 백신 분야에서 강력한 입지를 갖고 있습니다. 또한 항알레르기 치료제인 Dupixent 등에 힘입어 면역학 분야 전반에서도 선도적인 위치를 차지하고 있습니다.

출처: Sanofi Vaccines Investor Event

Sanofi의 연구개발은 전통적인 백신 기술과 mRNA 백신을 모두 활용하고 있습니다. 2025년까지 최소 5개의 ‘최고 수준’ 신규 백신 후보를 임상 3상에 진입시킬 것으로 기대하고 있습니다.

그 결과, 회사는 2030년까지 백신 매출이 100억 달러 이상으로 성장할 것으로 예상하며, 이는 주로 인플루엔자에서 지속적인 선두를 유지하고 RSV, 폐렴구균, 그리고 새로운 mRNA 시장에서의 성장에 기인합니다.

또한 항체‑약물 접합체, SYNTHORIN, 그리고 인체의 자연 살해(NK) 세포를 활용하는 혁신적인 면역 기술 플랫폼을 개발 중이며, 이를 AI와 유전체 연구와 결합하고 있습니다.

출처: Sanofi

Sanofi는 면역 체계가 미성숙한 영유아와 같이 백신 효능이 낮은 분야로 사업을 확대하고 있습니다. 또한 여드름을 표적화하는 등 백신의 잠재력을 확장하려는 노력도 진행 중입니다.

MOF를 활용해 강력한 면역 반응을 유도하는 등 효율성 향상은, 특히 과거에 백신이 충분히 효과를 발휘하지 못했던 질병이나 상황에서, 회사가 더욱 뛰어난 의료 성과를 제공할 수 있는 새로운 길이 될 수 있습니다.