mRNA 치료의 미래

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4 Aug, 2025

Aurelie Demont

Messenger ribonucleic acid (mRNA) 기술은 지난 몇 년 동안 발전해 왔으며 광범위한 생물의학 Application에 변화를 가져올 것입니다.

이 기술은 수십 년 동안 개발되어 왔지만 코로나19 팬데믹 기간 동안에 긴급히 필요한 백신의 기초로 사용되면서 전 세계적으로 주목을 받았습니다. mRNA 치료법의 개발은 여전히 광범위한 채택을 향한 진전을 방해하는 다양한 기술 및 생산 문제에 직면해 있습니다. 그러나 최근의 발전으로 이 기술은 종양학, 면역학, 유전 질환, 그리고 감염성 및 만성 질환을 포함한 생물의학 분야의 중요한 치료 분야에 큰 영향을 미칠 수 있는 위치에 올랐습니다. mRNA 치료법의 출현은 정밀 기기 및 측정 기술의 동시적인 발전에 기인해 촉진되었습니다. 백신이 mRNA 기술의 중심 Application으로 남을 가능성이 높지만, 유전자 편집이나 단백질 대체와 같은 다른 Application도 똑같이 혁신적인 효과를 가져올 수 있습니다. 이 글에서는 mRNA 치료법 개발의 효율성 향상과 이를 통해 다양한 질환의 판도를 바꿀 수 있는 치료제로서 mRNA 기술의 잠재력을 어떻게 실현할 수 있는지에 대해 집중적으로 다룹니다.

"METTLER TOLEDO의 분석 장비는 순도 및 농도와 같은 주요 파라미터를 정확하게 측정할 수 있어 수율을 최적화하고 mRNA 치료제의 제품 무결성을 보장하는 데 매우 중요합니다."
Dr. Hans-Joachim Muhr, Segment Business Development Manager

최근 몇 년 동안 mRNA 기술은 급속도로 발전했습니다. 이는 주로 실제 보관, 유통 및 구현과 관련된 주요 생산 장벽과 물류 문제를 성공적으로 극복했기 때문입니다.

안정성

mRNA는 본질적으로 불안정한 분자로서 온도에 매우 민감하고 자발적인 자가 가수분해가 일어나기 쉽습니다. 이는 운송, 보관 및 치료 Application에서의 내구성과 관련이 있습니다. mRNA는 안정적으로 유지하려면 매우 낮은 온도에서 보관해야 하지만 최적의 조건에서도 시간이 지남에 따라 분해될 수 있습니다.

면역원성

외인성 RNA는 면역원성이므로 mRNA 치료법은 표적 항원에 대해 필요한 반응을 초과하는 심각한 면역 반응을 일으킬 수 있으며 인간에서 구현하는 데 상당한 장애물이 될 수 있습니다. uridine 염기를 수정하고 염기 서열을 설계하여 이중가닥 RNA(double-stranded RNA)의 양을 줄이면 원치 않는 면역원성을 줄이는 데 도움이 되지만, 향후 제형에서 해결해야 할 중요한 문제로 남아 있습니다. mRNA 치료제의 생산에 사용되는 잔존 DNA는 제형에서 적절히 제거되지 않으면 수용자에게 원치 않는 면역 반응을 일으킬 수 있습니다.

번역 효율성

mRNA 치료법은 내인성 번역 메커니즘을 사용하여 번역해야 치료 효과를 얻을 수 있습니다. 그러나 초기 mRNA 치료의 반복은 비효율적인 번역 속도로 인해 효과적인 치료 용량을 감소시켰습니다.

생산 병목 현상

시약 비용과 복잡한 기술 공정으로 인해 mRNA의 대규모 생산이 제약을 받고 있습니다. 특히 비용이 많이 드는 단계는 고가의 시약을 대량으로 사용해야 하는 RNA capping입니다. capping에 사용되는 조기 시약은 capping 효율이 낮고 번역할 수 없는 mRNA 분자를 생성할 가능성이 있었습니다.

코로나 백신 이후의 발전

mRNA 형식

mRNA 분자는 이제 원형 RNA와 자가증폭 RNA를 포함한 다양한 형식으로 생산됩니다. 이러한 형식은 안정성, 면역원성 및 투여량 문제를 극복하는 데 도움이 됩니다. 코돈 최적화의 개선은 번역 효율성과 구조적 안정성 문제를 해결하는 데 도움이 되었습니다.

생산 혁신

새로운 capping 시약의 등장으로 대규모 mRNA 생산의 중요한 병목 현상이 제거되었습니다. 또한 실험실 자동화, 보관, 칭량 및 분석 기기의 전반적인 개선은 개발 주기를 단축하는 데 크게 기여합니다. 또한 혁신을 통해 이전에는 별도의 반응이 필요했던 특정 공정을 단일 생산 단계로 완료할 수 있게 되었습니다. 예를 들어, 이제 시험관 내 전사 및 capping를 동일한 혼합물에서 수행할 수 있으므로 생산 워크플로가 간소화됩니다.

전달 시스템

특히 지질나노입자(LNP)를 중심으로 mRNA 전달 시스템이 빠르게 발전하고 있습니다. LNP 전달 시스템은 전달 중 mRNA 안정성을 유지하고 면역원성을 줄이는 데 도움이 됩니다.

METTLER TOLEDO는 비용을 절감하고 일반적인 오염 물질을 제거하는 데 도움이 되는 시험관 내 mRNA 전사를 위한 자동화된 플랫폼을 제공합니다. 또한 LNP에 사용되는 PEG-지질 생산을 위한 신뢰할 수 있는 솔루션을 제공하며, mRNA 치료법 개발 전반에 걸쳐 품질 관리를 위한 UV/Vis 분광광도계 도구를 제공합니다.

가속화된 설계

인공 지능(AI)은 효과적이고 안정적인 mRNA 서열의 선택을 최적화하여 개발 공정을 가속화함으로써 mRNA 백신 설계를 자동화하는 데 점점 더 중요해지고 있습니다. 예를 들어, 한 AI 도구는 이전 설계 방식에 비해 더 큰 면역 반응을 이끌어내는 더 긴 유통 기한을 가진 코로나 백신을 개발할 수 있게 했습니다. AI는 mRNA 백신 이외의 다른 Application을 위한 염기서열 최적화에도 사용될 수 있습니다.

첨단 정밀 기술 및 자동화

mRNA 치료법 개발은 경쟁이 치열하고 시간에 민감한 환경에서 이루어지기 때문에 분석 실험실 도구의 발전이 성공에 매우 중요합니다. 최신 정밀 기술은 이러한 첨단 기술을 개발할 때 정확성과 속도를 보장하고 출시 시간을 단축하며 기업이 산업 및 규제 표준에 부합하도록 도와줍니다. METTLER TOLEDO는 시험관 내 mRNA 전사용 시스템을 포함한 자동화된 반응기 제어 시스템을 제공하여 mRNA 치료제 개발의 효율성을 크게 향상시킵니다. 이러한 시스템은 변동성을 줄여 개발 공정의 재현성과 확장성을 보장합니다.

가속화된 전임상 시험

자동화는 생명과학 분야 전반에 걸쳐 워크플로 효율성과 정확성을 혁신적으로 개선하고 있습니다. 특히 세포 기반 접근법을 포함한 높은 처리량의 분석을 자동화하는 데 큰 영향을 미칩니다. 세포 기반 분석은 개발 과정에서 mRNA 백신의 다양한 파라미터를 테스트하는 기반이 됩니다. 여기에는 항원 생산, 항원의 면역원성 및 세포 독성에 대한 mRNA 구조 테스트가 포함됩니다. 독성 테스트는 모든 새로운 치료법을 개발하는 데 중요하지만, 특히 새로운 제형과 전달 전략의 영향을 이해하는 데 있어서는 mRNA 치료법에 대한 독성 테스트가 매우 중요합니다.

가속화된 임상 시험

코로나 팬데믹 기간 동안 설계된 많은 mRNA 백신이 신속 승인을 받을 예정이었지만, 기술적 개선으로 인해 이러한 모델의 임상 테스트도 가속화할 수 있게 되었습니다. AI는 보다 적절한 코호트를 선택하고, 환자 모집을 최적화하고, 데이터 분석을 강화하여 패턴과 결과를 보다 정확하게 파악함으로써 임상시험 설계 및 실행을 간소화하는 데 도움을 줍니다. 분석 기기의 발전으로 시약의 정밀한 칭량과 질량 분석법을 포함한 분석 테스트 등 생산 워크플로가 지속적으로 개선되고 있으며, mRNA 기술의 품질을 검증하는 데 사용되는 질량 분석법도 개선되고 있습니다. 이러한 개선 사항은 연구자가 규제 요건을 준수하고 임상시험 지연 및 실패의 일반적인 원인을 제거하는 데 도움이 됩니다.

코로나19 팬데믹 기간 동안 mRNA 백신이 개발되면서 다른 많은 분야에서도 mRNA 기술 Application의 길이 열렸습니다.

종양학

유전적 불안정성으로 인해 암은 종종 건강한 조직과 구별되는 신항원을 나타냅니다. 즉, 면역 체계가 침입한 병원체를 파괴하는 것과 유사하게 암세포를 파괴하도록 훈련시킬 수 있습니다. mRNA 암 백신은 특정 암 항원을 암호화하는 mRNA를 전달하여 면역 체계가 암세포를 인식하고 공격하도록 훈련시키는 방식으로 작동합니다. mRNA 백신은 암 치료에 대한 개인 맞춤형 의학 접근 방식의 선도적 기술이며 다양한 암 유형의 치료를 위한 mRNA 치료법을 평가하기 위해 100개 이상의 임상 시험이 진행 중입니다.

감염성 질병

mRNA 기술은 신속한 설계 및 개발 가능성이 있어 감염성 질병에 대한 치료법으로 매우 유용합니다. mRNA는 이론적으로 거의 무제한의 고유 단백질을 코딩할 수 있습니다. 즉, 코로나19 팬데믹과 같은 신종 병원체 대응에 쉽게 적용할 수 있을 뿐만 아니라 HIV 및 인플루엔자 바이러스처럼 빠르게 진화하는 질병에도 사용할 수 있습니다. mRNA 백신은 독감 백신의 연간 개발 속도를 높여 자원을 확보하고 효율적인 백신 출시를 보장할 수 있습니다. 엡스타인-바 바이러스(Epstein-Barr Virus)에 대한 mRNA 기반 백신이 임상 1상 시험 중입니다.

자가 면역 질환

이러한 질병은 면역 체계가 건강한 숙주 조직을 공격할 때 발생합니다. 면역 내성을 유도하고 자가 항원 또는 특정 조직 유형에 대한 염증 반응을 예방하기 위해 mRNA 기술을 구현할 수 있습니다. 면역 반응을 조절하는 단백질 또는 펩타이드를 암호화함으로써 mRNA 치료법은 조절 면역 세포 또는 관용원성 단백질의 생성을 촉진할 수 있습니다. 인터루킨 2를 암호화하여 T 조절 세포 집단을 확장하는 Moderna의 mRNA 기반 치료법이 현재 임상 개발 중입니다.

유전 질환

지금까지 mRNA 기술은 주로 백신과 면역 체계를 강화하여 전염병으로부터 보호하는 데 사용되었습니다. 그러나 mRNA 기술은 매우 범용적이며 다른 Application에도 사용할 수 있습니다. 많은 질병은 근본적인 유전적 돌연변이로 인해 오작동하는 단백질이 생성되면서 발생합니다. mRNA 치료는 환자에게 건강한 mRNA 사본을 전달하여 기능성 단백질로 번역할 수 있게 해줍니다. 이는 단일 유전자의 돌연변이로 인해 발생하고 돌연변이 환경이 잘 정의되어 있는 낭포성 섬유증(CF)과 같은 질병에 특히 중요할 수 있습니다. 이는 질환의 일시적인 치료는 가능하지만 통합 유전자 치료와 비교했을 때 지속적인 이점을 제공하지는 못할 가능성이 높습니다. CF의 원인 단백질의 건강한 사본을 코딩하는 mRNA가 폐 기능 개선에 미치는 영향을 평가하기 위한 조기 단계의 임상시험이 진행 중입니다.

또한, mRNA 기술은 다양한 유전 질환을 치료하기 위해 CRISPR-Cas9 시스템과 같은 유전자 편집 도구를 제공하는 데 활용될 수 있습니다. 이 접근 방식은 환자에게 직접 치료제를 전달하거나 체외에서 세포를 수정한 후 다시 주입하는 방식으로 사용할 수 있습니다.

재생 의학

재생 의학에서는 조직 회복을 돕거나 신체의 회복 메커니즘을 특정 부위로 유도하는 단백질을 암호화하는 데 mRNA 치료법을 사용할 수 있습니다. 손상된 심장 조직은 신체의 다른 조직만큼 효과적으로 치유되지 않기 때문에 이 접근 방식은 심장학에서 혁신적일 수 있습니다. 이 접근법은 개별 환자의 요구사항에 따라 용량을 조절할 수 있고 손상된 조직이 치유되면 중단할 수 있기 때문에 유전자 치료보다 유리할 수 있습니다.

당뇨병

mRNA는 여러 가지 방법으로 당뇨병 치료에 사용될 수 있습니다. 한 가지 옵션은 베타 세포에 재생 지침을 제공하고 베타 세포 전구체의 증식 및 분화를 증가시키기 위해 mRNA를 사용하는 것입니다. mRNA를 주입한 쥐에서 당뇨병성 상처 치유가 촉진되는 유망한 결과가 관찰되었습니다. mRNA는 유전적 기원을 가진 당뇨병을 해결하는 데 도움이 되는 유전자 편집에도 사용될 수 있습니다.

극복해야 할 과제

mRNA 기술의 발전과 생산 효율성의 향상에도 불구하고, 이 기술은 아직 최적화되지 않았으며 많은 필수 영역에서 해결해야 할 과제가 남아 있습니다.

느린 생산

현재의 공정은 자동화 및 연속 처리가 완전히 구현되지 않았기 때문에 mRNA 치료제 개발을 더디게 합니다. 생산 비효율성은 또한 개발 과정에서 mRNA가 동결융해 주기에 노출되는 횟수를 증가시켜 생산 수율을 낮추고 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.

보관

대규모 mRNA 생산은 장기 보관에 문제가 있습니다. 동결 건조는 캡슐화된 mRNA 치료제를 더 높은 온도에서 보관할 수 있는 방법으로 부상하여 유통망의 물류 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 하지만 이 보관 방식은 캡슐화 효율성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다.

비용

자동화는 대규모 생산 비용을 절감하는 데 도움이 되겠지만, 환자 맞춤형 mRNA의 소규모 생산은 여전히 매우 비싸고 소규모 생산으로 인한 비효율성이 발생할 가능성이 높습니다. 이로 인해 개인 맞춤형 의약품에 대한 mRNA 사용이 제한될 수 있지만 대규모 백신 프로그램과 같은 Application은 영향을 덜 받을 수 있습니다.

면역원성 및 독성

크로마토그래피와 같은 품질 관리 공정을 확장하는 것은 mRNA 치료 제형에서 부적절한 면역 자극 분자를 제거하기 위해 극복해야 하는 또 다른 과제입니다. 일부 mRNA 전달 시스템은 간에 축적되어 간 독성을 유발하는 경향이 있습니다. 따라서 특정 장기를 표적으로 하는 LNP를 개발하는 기술을 개발하는 것이 중요합니다.

METTLER TOLEDO는 mRNA 치료제 개발 워크플로의 정확성을 보장하는 고급 칭량 및 분석 기기를 제공합니다. 또한 자동화된 솔루션은 변동성을 줄이고 효율적인 공정 확장을 촉진하여 비용과 사용자 오류의 가능성을 낮춥니다. 이러한 플랫폼을 종합하면, METTER TOLEDO는 글로벌 바이오 공정 리더인 Agilent와 로봇 공학 리더인 ABB와의 파트너십을 통해 간소화되고 자원 효율적인 mRNA 생산을 제공할 수 있습니다.

최신 실험실 기기는 첨단 치료법을 개발하는 데 필요한 정밀도를 제공함으로써 규제 준수를 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 또한, 최첨단 분석 플랫폼은 개발 공정 전반에 걸쳐 규제 표준을 유지하는 데 필수적인 데이터 추적성, 일관성 및 품질 보증을 지원합니다.

mRNA 기술이 발전하고 실용적인 치료 Application이 늘어나면서 규제 표준화의 필요성이 점점 더 시급해지고 있습니다. 제조 공정의 변화로 인해 mRNA 생산에 사용되는 DNA 주형과 같은 면역 자극 오염 물질이 허용되지 않는 수준으로 발생할 수 있습니다. 또한 규제 요건의 불확실성으로 인해 기업은 임상 및 전임상 시험을 효율적으로 관리하기가 어렵습니다. 예를 들어, mRNA를 캡슐화하는 미세유체 시스템에는 혁신이 있었지만 표준화된 공정은 존재하지 않으며, 절차는 특정 장치에 맞게 맞춤화되어 있습니다. 표준화된 분석 기술을 구현하여 mRNA 기술을 테스트하고 생산하면 여러 제조업체에서 이러한 치료법의 안전성, 효과 및 일관성을 보장하는 데 도움이 될 것입니다. Gold-Standard 보호 방법에 대한 명확한 설명은 의사 결정을 단순화하고 생산 병목 현상을 완화하고 새로운 치료 방법을 모색하는 데 더욱 집중할 수 있게 해줍니다.

mRNA 기술은 이미 백신 개발에 혁명을 일으켰으며, 그 잠재력은 전염병을 넘어 훨씬 더 넓습니다. mRNA 안정성, 전달 시스템 및 생산 효율성의 발전으로 mRNA 치료법은 종양학, 자가 면역 질환, 희귀 유전 질환, 당뇨병 및 심혈관 질환과 같은 만성 질환을 혁신할 준비가 되어 있습니다. 이러한 흥미로운 가능성에도 불구하고 면역원성, 대규모 생산의 비효율성, 품질 관리와 같은 주요 과제를 해결해야 mRNA의 치료 잠재력을 완전히 실현할 수 있습니다. 연구가 계속되고 규제 표준이 발전함에 따라 mRNA 기술은 현대 의학에서 개인 맞춤형 치료와 보다 효율적인 의료 솔루션에 대한 희망을 제공하는 다재다능하고 강력한 도구로 자리 잡을 수 있는 단계에 와 있습니다.

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