사진 설명 : 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters, IF 10.8)’의 9월호 표지

  가톨릭대(총장 원종철) 바이오메디컬화학공학과 최성욱 교수 연구팀(최인성 박사과정 외)이 백신 및 유전자 치료제 등 신약 개발 분야의 핵심소재인 mRNA의 생산 효율성을 대폭 증대시킬 수 있는 미세유체장치를 개발했다. 

  코로나19 팬데믹으로 대중화된 mRNA는 단백질을 합성할 수 있는 유전정보를 담아 체내 세포로 전달하는 매개체로, 우리 몸이 스스로 항체를 형성하고 면역체계를 구축하도록 돕는다. 이처럼 mRNA는 세포 내에서 단백질 생산에 중요한 역할을 담당해 신약 개발 및 유전자 치료 분야에서 차세대 첨단 소재로 각광받고 있다. 

  하지만 그동안의 mRNA 합성은 불연속적인 제조 공정과 값비싼 원재료 때문에 생산 경제성에 한계가 있었다. mRNA를 합성하기 위해서는 원료를 주입 후 반응을 완료하고 다시 원료를 주입하는 과정을 반복하는 불연속적 회분식 공정을 반복 진행해야해, 합성 공정에 많은 시간이 소요됐던 것이다.

  이에 가톨릭대 바이오메디컬화학공학과 최성욱 교수 연구팀은 연속적으로 mRNA를 합성할 수 있는 미세유체장치를 개발했다. 연구팀은 mRNA 생산을 위해 mRNA 합성 원료들을 수십 마이크로미터 크기의 미세 섬유형 채널을 갖는 미세유체장치에 주입하고, 이를 완전 혼합 후 일정시간 동안의 반응을 통해 안정적으로 mRNA를 합성하는데 성공했다. 연구팀이 개발한 미세유체장치는 매우 작은 규모의 유체 흐름을 이용해 정밀한 제어는 물론 효율적으로 시료를 사용할 수 있다는 점이 특징이다.

  연구 결과, 이번에 개발한 미세유체장치를 이용하여 연속적으로 합성한 mRNA는 기존의 불연속적인 회분식 공정으로 합성한 mRNA와 생체 내외 성능 평가에서 동일한 성능을 보였다. 회분식 공정으로 인한 합성 공정 가동 중지시간을 대폭 감소하여, 미세유체장치가 효과적인 mRNA 합성 공정으로 활용될 수 있음을 증명했다. 

  이번 연구는 한국연구재단에서 시행하는 중견연구자지원사업의 일환으로 진행됐으며, 연구 결과는 국제 저명 학술지인 ‘나노 레터스(Nano Letters, IF 10.8)의 9월호 표지 논문으로 선정되며 우수성을 인정받았다.

  가톨릭대 바이오메디컬화학공학과 최성욱 교수는 “이번에 개발한 미세유체장치는 기존의 회분식 합성공정과 다르게 반복적인 시작, 종료 절차가 없는 덕분에 가동 중지 시간이 크게 줄어들어 mRNA 생산 경제성을 대폭 향상시킬 수 있다.”며 “mRNA 백신의 생산비용 감소로 더 많은 사람이 쉽게 mRNA 백신 및 응용기술을 개발할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.  

*그림 설명: 미세유체장치를 이용한 mRNA 합성의 개념도. 

 미세유체장치의 내부로 mRNA 합성에 필요한 물질이 연속적으로 주입돼 미세유체장치의 혼합부에서 완전 혼합된 후 반응부의 미세유체채널을 지나면서 mRNA가 연속적으로 합성됨