전기장 기반 미세유체 플랫폼으로 안정성·효율 동시에 잡아
포스텍 연구팀이 mRNA 치료제 제조 과정의 핵심 난제였던 전달체 손상 문제를 해결했다.
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| ▲ 포스텍 기계공학과 임근배 교수. [포스텍 제공] |
포스텍은 기계공학과 임근배 교수, 박사과정 윤승빈 씨 연구팀이 ㈜인벤티지랩과 함께 제조 직후 구조가 불안정해지는 탓에 후처리 과정에서 전달체가 손상되면 치료제 효율이 급격히 떨어지는 난제를 해결했다고 26일 밝혔다.
이 연구성과는 바이오·센서 분야 국제 학술지인 '바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스'에 게재됐다.
mRNA는 DNA의 유전 정보를 세포로 전달해 단백질 생성을 지시하는 물질이다. 그러나 체내 효소에 매우 취약해 그대로는 치료제로 쓰기 어렵다.
이 mRNA를 감싸 보호하고 세포 안까지 운반하는 역할을 하는 것이 '지질 나노입자(LNP)'다. 결국 치료제 성능은 LNP를 얼마나 온전히 유지하느냐에 달려 있다.
문제는 제조 이후 후처리 공정이다. mRNA와 지질 용액이 혼합되며 형성되는 mRNA-LNP는 제조 직후 구조가 불안정하며 기존 후처리 방식으로는 입자 농도가 크게 낮아지고 용액 부피가 증가하여 처리 시간 증가와 입자 손상, 수율 감소 등의 생산 효율이 떨어지는 문제가 발생했다.
연구팀은 해법을 '비접촉 방식의 농축'에서 찾았다. 전기장과 미세 채널을 이용해 LNP를 건드리지 않고 이동·집중시키는 방식이다. 나피온(Nafion)을 통해 형성된 이온 결핍 영역에서 '이온 농도 분극(ICP)' 현상을 유도함으로써 구조 손상 없이 농축이 가능해졌다.
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| ▲ 이온 농도 분극 기반 mRNA-LNP 안정성·기능 보존형 농축 및 확장형 플랫폼 개념도. [포스텍 제공] |
그 결과 평균 크기 80nm 이하, 분산도 0.2 미만의 균일한 LNP를 유지한 채 mRNA 포획 효율 94% 이상을 확보했다. 무엇보다 농축 이후에도 세포 실험에서 정상적인 단백질 발현이 확인돼, 기능적 안정성까지 검증됐다.
여기에 여러 층을 적층한 스택형 미세유체 칩을 적용함으로써 단일 채널 기반 시스템의 처리량 한계를 구조적으로 보완하였다. 이를 통해 공정 시간은 줄이고 손실은 최소화할 수 있는 가능성을 확인했으며 향후 대량 처리를 고려한 확장형 플랫폼으로의 발전 가능성을 제시했다.
이 기술은 mRNA–LNP 손실과 공정 병목을 동시에 줄여, 항암·희귀질환·감염병 치료제 등 mRNA 치료제의 상용화를 앞당길 핵심 기술로 주목된다.
임근배 교수는 "이번 연구는 mRNA 전달체를 손상 없이 다룰 수 있는 공정 기술을 제시했다"며 "향후 대량 생산 공정과 연계해 차세대 mRNA 치료제의 산업적 활용 가능성을 높이겠다"고 밝혔다.
KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr
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