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[이데일리 송영두 기자] 최대 효율의 약물 전달 효과를 얻기 위해 나노기술이 주목받고 있다. 한국뿐 아니라 미국, 중국, 유럽 등 전 세계가 나노기술을 활용한 치료제 및 백신 개발에 나서고 있다. 특히 코로나19를 종식시키기 위한 치료제와 백신 개발에도 적극 활용되고 있다.

생물학연구정보센터(BRIC)에 따르면 신약개발 및 치료제에 사용되는 나노입자는 다양하다. 고분자 기반 나노입자는 합성이 비교적 간단하고, 다양한 질병에 치료 및 진단 목적으로 사용될 수 있다. 또한 인지질 기반 나노입자(리포좀 기반)는 자가 조립이 쉽고 다양한 분자체와 표면 화학으로 특정 표적에 대한 표지 능력이 장점이다. 단백질 나노입자는 약물 접합체와 내생 및 재조합 단백질 전달체로 구성, 단백질이 치료효능을 가져 전달하거나, 특이적 대상 조직을 표지하기 위한 리간드로 사용된다.

(자료=생물학연구정보센터)

BRIC ‘나노메디슨의 임상 적용 및 연구 동향’ 리포트에 따르면 질병 진단 및 치료를 위해 특정한 의료 처치에 나노기술을 적용하는 것을 의미하는 나노메디슨은 그 시장 규모가 2023년까지 연평균 약 17% 성장해 3900억 달러에 이를 것으로 관측된다. 특히 나노기술은 코로나19 팬더믹으로 인해 더욱 관심을 끌고 있다. 새로운 구조의 나노 입자 기반 백신 상용화의 필요성을 대두시켰다. 글로벌 나노메디슨 전체 시장 규모를 기존 예측 대비 약 50% 이상 키울 것이라는 전망이 나온다.

지난해 11월 사이언스타임즈는 미국 워싱턴 대학 연구진이 코로나19 바이러스의 구조를 모방하는 미세한 공 모양의 나노입자를 설계해 강력한 중화항체 반응을 유도했다고 밝혔다. 연구진은 코로나19 바이러스 스파이크 단백질 수용체 결합도메인 60개를 표면에 노출시키는 나노입자 백신을 제작했다. 나노입자 백신은 쥐 모델 실험을 통해 코로나19에서 회복된 사람들이 생산한 것과 비슷하거나 더 높은 수준의 중화항체를 생산한다는 사실을 발견했다.

또한 생명공학정책연구센터에 따르면 미국 피츠버그대 및 UCSF 연구진은 코로나19 바이러스의 스파이크 단백질(인체세포 표면 단백질인 hACE2에 결합하여 바이러스 침투의 핵심 역할)에 결합하는 나노바디 시리즈를 제작해, 바이러스의 감염능력을 차단 및 중화한다는 내용의 논문을 각각 발표한 바 있다.

(사진=연합)

이러한 연구는 실제 코로나19 백신 개발로 이어졌다. 현재 모더나와 화이자가 개발한 코로나19 백신은 mRNA 백신으로 인지질 기반 나노 입자로 개발됐다. 인지질, 이온성 인지질, PEG 치환된 인지질, 콜레스테롤 등을 mRNA와 조합해, 약 100nm 직경으로 만들어 체내 세포에 mRNA를 전달하는 방식이다. 체내로 전달된 인지질 기반 나노 입자는 내부 mRNA를 담지하고 세포 내로 전달하게 된다.

이를 통해 코로나19의 스파이크 단백질을 체내 세포가 발현하거나 세포가 사멸된 후 스파이크 단백질을 분비하도록 유도해 사람의 면역체계가 이를 감지, 해당 바이러스에 대한 항체를 생성하도록 한다. 인지질 기반 나노 입자 조성에 따라 나노메디슨의 크기, 백신의 보관 가능 온도, mRNA 백신의 전달 효율 등이 영향을 받게 된다.

미국의 경우 나노메디슨 관련 논문을 세계에서 가장 많이 발표하고 있다. 2013년 오바마 정부 주도로 나노기술 연구를 10대 연구로 설정했고, 국가나노기술조정국(NNI)을 발족해 나노 과학 관련 연구를 장려하고 있다. 화이자, 모더나 등 기업들이 코로나19 백신을 대량 생산할 수 있는 기술 및 인프라를 구축하고 있고, 다수의 바이오 기업들이 나노기술 기반 신약을 개발 중이다.

유럽은 프랑스, 영국, 독일 등을 중심으로 약 1700개의 연구소와 학교가 15가지 나노메디슨 플랫폼을 대상으로 연구 및 상업화를 진행하고 있다. 중국은 국가 주도형 과학기술 발전 방향에 국민 건강 관련 분야를 포함, 나노메디슨 관련 연구를 국가 차원에서 적극 지원 육성하고 있다. 나노 과학 관련 논문 및 인용 상위 1% 논문 수가 비약적으로 증가, 미국을 앞질렀고, 지속해서 증가하는 추세다.

한국은 지난 2001년부터 2020년까지 3단계에 걸친 나노기술 종합발전계획에 따라 나노-바이오 기술연구에 매진했다. 전체 투자 금액은 약 1조1200억원으로 국내 나노메디슨 연구는 다른 국가들에 비해 기술력이 다소 부족하고, 추격 형태의 연구가 주로 이뤄진다는 평가다. 전문가들은 나노메디슨 연구의 산업화 및 비약적 발전을 위해서는 연구 내용의 지식 재산권화 및 벤처기업 설립 장려, 나노메디슨 관련 법령 개정 등 다양한 방면에서 활발한 투자가 이뤄져야 한다고 조언한다.