mRNA 의약품을 위한 새로운 전달 수단

폴리머 나노입자 약물 전달 분야를 전문으로 하는 스타트업 BreezeBio가 당뇨병 치료를 위한 mRNA 치료제 개발에 6,000만 달러의 벤처 투자를 유치했다. 이 회사의 접근 방식은 COVID-19 백신을 통해 그 효능이 입증된 mRNA 플랫폼을, 현재 업계 표준인 지질 나노입자(LNP)로는 달성할 수 없는 수준의 정밀도로 췌장을 표적으로 하도록 설계된 독자적인 나노입자 전달 시스템과 결합한 것이다.

이번 투자금은 회사의 핵심 프로그램에 대한 전임상 개발 및 초기 임상 연구를 지원하는 데 사용될 예정이다. 해당 프로그램은 mRNA를 활용해 췌장 세포가 기능적인 인슐린을 생산하거나 인슐린 감수성을 회복하도록 유도하는 것을 목표로 한다. 치료가 성공할 경우, 이는 당뇨병 치료에 있어 패러다임의 전환을 의미한다. 즉, 매일 증상을 관리하는 방식에서 벗어나 질병의 근본적인 생물학적 기전을 다루는 잠재적 재생 치료 접근법으로의 전환이다.

당뇨병은 전 세계 약 5억 3,700만 명의 성인에게 영향을 미치며, 이 수치는 2045년까지 7억 8,300만 명으로 증가할 것으로 예측된다. 이 질환은 치료, 합병증, 생산성 손실 등으로 매년 수천억 달러에 달하는 막대한 의료 비용을 유발하며 의료 시스템에 엄청난 부담을 주고 있다. 현재 치료법인 1형 당뇨병의 경우 주로 인슐린 주사, 2형 당뇨병의 경우 경구용 약물과 인슐린의 병용 치료는 혈당 수치를 관리할 뿐, 질병을 완치하거나 근본적으로 경과를 바꾸지는 못한다.

폴리머 나노입자를 선택한 이유

mRNA 치료제에 있어 핵심적인 도전 과제는 전달 방식이다. mRNA 분자는 불안정하여 체내 효소에 의해 빠르게 분해되며, 크기가 너무 크고 음전하를 띠고 있어 스스로 세포막을 통과할 수 없다. 따라서 mRNA를 올바른 세포로 운반하고, mRNA를 단백질로 번역하는 데 필요한 분자 기계가 있는 세포질 내부에서 온전하게 방출할 수 있는 보호 운반체에 포장되어야 한다.

COVID-19 백신에 사용된 지질 나노입자(LNP)는 근육세포와 면역세포를 표적으로 하는 백신에 있어서 이 문제를 훌륭하게 해결했는데, 해당 세포들은 비교적 도달하기 쉬운 편이다. 그러나 LNP는 정맥 주사 후 간에 축적되는 강한 자연적 경향이 있어, 췌장, 폐, 뇌 등 다른 장기에 mRNA를 전달하는 데는 효율성이 떨어진다.

BreezeBio의 폴리머 나노입자는 이러한 한계를 극복하도록 설계되었다. 폴리머 운반체의 화학적 조성, 크기, 표면 특성을 조정함으로써 체내 생체 분포, 즉 입자가 체내 어디에 도달하는지를 조절하여 특정 장기를 우선적으로 표적으로 삼을 수 있다. 당뇨병 프로그램의 경우, 입자는 인슐린과 기타 대사 호르몬을 생산하는 세포 집합체인 췌장 섬(islet)에 도달하도록 설계되었다.

췌장 표적화의 과학

췌장 표적화는 약물 전달 분야에서 가장 어려운 과제 중 하나였다. 췌장은 복부 깊숙이 위치하며, 심박출량의 극히 일부만을 공급받기 때문에 전신으로 투여된 약물은 도달하기 전에 희석된다. 장기 질량의 약 1~2%에 불과한 췌장 섬에 선택적으로 도달하는 것은 더욱 어렵다.

BreezeBio의 접근법은 섬 세포에 특이적으로 발현된 수용체에 결합하는 분자 고리인 표면 리간드를 나노입자에 설계하는 것이다. 이러한 능동적 표적화 전략은 췌장 혈관을 통과하기에 최적화된 입자 크기와 결합되어, 간 및 다른 장기로의 비표적 전달을 최소화하면서 mRNA 탑재물을 필요한 곳에 집중시키도록 설계되었다.

회사는 동물 모델에서 폴리머 나노입자가 기존 LNP보다 수 배 높은 효율로 췌장 섬 세포에 mRNA를 전달할 수 있음을 보여주는 전임상 데이터를 발표했다. 번역된 단백질은 측정 가능한 생리적 효과를 나타내기에 충분한 수준으로 섬 세포에서 검출되었으며, 이는 전달 시스템이 살아있는 생물체에서 작동한다는 중요한 개념 증명이다.

백신을 넘어선 mRNA

BreezeBio의 연구는 mRNA 플랫폼을 감염병 백신을 넘어 치료 분야로 확장하려는 더 넓은 노력의 일환이다. Pfizer-BioNTech와 Moderna의 COVID-19 백신 성공으로 mRNA를 수십억 명에게 안전하게 투여할 수 있음이 입증된 이후, 연구자들은 암 면역 치료, 희귀 유전 질환, 자가면역 질환, 그리고 이제는 당뇨병과 같은 대사 질환에 이 기술을 적용하기 위해 경쟁하고 있다.

치료 수단으로서 mRNA의 매력은 본질적으로 프로그래밍이 가능하다는 점이다. 전달 시스템이 일단 개발되면, mRNA 탑재물을 교체하여 사실상 어떤 단백질이든 인코딩할 수 있어, 동일한 플랫폼을 다양한 질병에 적용할 수 있다. 이러한 모듈성은 완성된 단백질 형태로 제조해야 하는 전통적인 생물의약품에 비해 개발 일정을 단축하고 비용을 절감한다.

당뇨병의 경우, 여러 mRNA 기반 접근법이 모색되고 있다. 일부는 인슐린을 인코딩하는 mRNA를 직접 전달하여 주사 대신 장시간 작용하는 대안을 제공하려 한다. BreezeBio와 같이 다른 접근법들은 상위 생물학적 기전, 즉 정상적인 인슐린 생산이나 감수성을 회복하도록 세포를 재프로그래밍하는 것을 표적으로 한다. 또 다른 접근법들은 mRNA를 사용하여 1형 당뇨병에서 베타 세포의 자가면역 파괴를 예방할 수 있는 면역 조절 단백질을 발현시키는 것이다.

임상 시험까지의 경로

과학적 가능성에도 불구하고, 만성 질환을 위한 mRNA 치료제는 백신이 직면하지 않는 도전 과제에 직면해 있다. 백신은 면역 체계를 활성화하기 위해 한두 번의 접종만으로 충분하지만, 당뇨병 치료제는 환자의 평생에 걸쳐 반복 투여가 필요할 것이다. 이는 장기적 안전성, 면역원성, 즉 전달 수단 자체에 대해 면역 반응을 일으키려는 신체의 경향, 그리고 투여 요법의 실용성에 대한 의문을 제기한다.

BreezeBio는 생체 적합성 및 생분해성 폴리머를 신중하게 선택함으로써 폴리머 나노입자가 면역원성을 최소화하도록 설계되었다고 밝혔다. 또한 회사는 투여 빈도를 줄일 수 있는 지속 방출 제형을 연구하고 있으며, 잠재적으로 현재 많은 환자들이 받고 있는 매일 또는 매주 인슐린 요법에 비해 크게 개선된 월 1회 또는 분기별 주사로 줄일 수 있을 것으로 보인다.

이번 6,000만 달러의 투자금은 BreezeBio가 임상시험계획(IND) 신청 및 최초 임상 시험 개시에 필요한 나머지 전임상 연구를 통해 핵심 프로그램을 발전시킬 수 있는 자금 여력을 제공한다. 데이터가 뒷받침된다면, 회사는 향후 2~3년 내에 환자를 대상으로 mRNA 당뇨병 치료제를 시험할 수 있을 것이다.

당뇨병 커뮤니티, 즉 환자, 임상의, 보험자 모두에게 혈당 관리를 넘어 질병의 근본 원인을 다루는 치료법에 대한 전망은 매력적이면서도 오랫동안 기다려온 것이다. BreezeBio의 폴리머 나노입자 플랫폼은 그 목표를 향한 여러 유망한 경로 중 하나를 대표하며, 이번 투자는 과학적·사업적 근거가 충분히 설득력 있다는 것을 시사한다.

이 기사는 endpoints.news의 보도를 바탕으로 작성되었습니다. 원문 기사 읽기.