mRNA 를 활용한 치료제의 핵심, LNP에 대해서 알아보자

안녕하세요. 바이오길라잡이입니다.

오늘 글에서는 저번시간에 이어서 mRNA 기술에 관련된 글을 이어서 적어보려고 합니다. 아무래도 앞으로의 바이오의약품에 있어서 새로운 트렌드로 자리 잡을 수 있는 분야이기 때문에 좀 더 많은 소개를 해드리고자 계속 관련된 글을 적고 있습니다. 앞선 글에서도 잠깐 언급하였지만, 아직 우리나라에서는 관심을 보이는 정도고 투자는 아직 많이 이뤄지고 있지는 않은 상황이지만, 전 세계적으로 봤을 때 mRNA는 시간이 지나면 또 한 번 바이오의약품 시장에 혁신을 가져올 수 있는 가능성이 높은 기술임은 분명하다고 생각합니다. 오늘은 mRNA를 인체로 전달하기 위해서 필요한 LNP에 대해서 한 번 다뤄보도록 하겠습니다.

 

 

 

1. LNP (Lipid NanoParticle)이란?

LNP는 목표 세포에 치료제, 특히 mRNA를 안전하고 효과적으로 전달하기 위해 설계된 지질 입자입니다. mRNA의 민감한 특성과 체내에서의 빠른 분해를 감안할 때, LNP는 mRNA가 목표로 하는 곳까지 온전히 도달할 수 있도록 보호하는 운반체 역할을 합니다. 또한, 세포막을 효과적으로 통과할 수 있게 도와주는 역할도 하고 있습니다. 즉 정리하자면, mRNA를 감싸는 LNP는 세포와 잘 결합하도록 도와주고 또 한, mRNA가 세포 안으로 잘 들어갈 수 있도록 하는 역할을 수행한다고 보시면 됩니다.

 

2. LNP의 구성

LNP는 주로 다음과 같은 성분으로 구성됩니다

 

2.1 Cationic or lonizable lipid (양이온성 혹은 이온화 지질)

이 지질은 낮은 pH에서는 양전하를 가지고 생리적으로는 중성의 pH성질을 지니고 있습니다. 음전하의 기질을 가지고 있는 mRNA 분자와 복합체를 형성하여 LNP내 mRNA의 포장을 보장하는 핵심적인 역할을 합니다. 또한, 이온화 가능한 특성은 세포 내에서 mRNA의 endosomal release를 도와주기도 합니다. 

 

2.2 Helper lipid (ex. Phospholipid)

이 지질은 LNP의 구조적인 안정성에 기여합니다. 또한, 자연 세포막과 유사한 지질 이중층 구조를 구성하는데 도움을 주는 역할을 합니다. 

 

2.3 Cholesterol (콜레스테롤)

콜레스테롤은 나노입자의 강성과 유동성을 조절하여 mRNA를 최적으로 포장하고 세포 내로 방출할 수 있도록 도와줍니다. 콜레스테롤 역시 LNP의 구조적인 부분에 있어서 안정화에 기인하기도 합니다.

 

2.4 PEGylated lipid

이 지질의 형태는 폴리에틸렌 글라이콜 (PEG) 사슬이 부착되어 있는 형태입니다. LNP의 혈류 내 순환 시간을 연장하도록 도와줌으로써 LNP의 뭉치는 현상 및 면역 시스템이 외부물질로 인지하여 공격하는 것을 감소시키는 역할을 하게 됩니다.

 

3. LNP 내 mRNA의 캡슐화되는 과정

일반적으로 mRNA와 이온화 가능한 지질을 혼합하는 것에서 시작하게 됩니다. 위에서 잠시 언급한 대로 양극의 전하가 서로 붙는 성질을 이용하여 복합체를 먼저 형성하게 됩니다. 복합체는 믹서와 같은 기기를 활용하여 진행하게 되고 이러한 mixing을 통해서 지질과 mRNA 용액이 통제된 조건 하에서 결합되어 mRNA와 LNP의 복합체 조립이 시작됩니다. 이러한 과정을 통해서 만들어진 LNP 복합체는 지질 이중층 구조를 형성하게 되고 PEGylation을 통해 LNP복합체가 인체 내에서 면역 시스템에 인지되지 않는 작용을 거치게 됩니다. 즉 혈류 내에서 순환되는 시간이 연장되게 됩니다. 마지막으로 목표하는 세포에 도달하게 되면 LNP는 세포와 결합하여 흡수되고 mRNA는 endosomal release 과정을 통해 세포질로 이동하여 단백질로 번역될 수 있게 됩니다. 

 

종합적으로 정리하자면, LNP는 mRNA 기반 치료제에 대한 견고한 전달 메커니즘으로 작용하여 인체 내에서 분해가 되지 않도록 하고, 세포까지 효과적으로 전달하고 마지막에는 세포질로 mRNA가 잘 방출될 수 있도록 하는 주요한 역할을 한다고 생각하면 됩니다. 

이러한 LNP의 조성은 위에 기본적인 골격과 더불어 많은 연구를 통해 다양한 조합들이 만들어지고 있으며, 그러한 조합들은 각 기업에서 특허를 통해 매우 단단하게 방어 중입니다. 우리나라도 빠르게 mRNA 산업이 활성화되어 제1호 mRNA 의약품이 나오길 개인적으로 기대하고 있습니다.