【브레이크뉴스 포항】박영재 기자=mRNA 치료제는 ‘제조’보다 ‘유지’가 더 까다로운 기술로 꼽힌다. 제조 직후 구조적 불안정성이 커 후처리 과정에서 전달체가 손상될 경우 치료 효율이 급격히 저하되기 때문이다. 이러한 한계를 극복할 수 있는 핵심 공정 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
 ▲ 이온 농도 분극 기반 mRNA–LNP 안정성·기능 보존형 농축 및 확장형 플랫폼 개념도 ©포스텍 |
POSTECH(포항공과대학교) 기계공학과 임근배 교수와 박사과정 윤승빈 씨 연구팀은 ㈜인벤티지랩과의 공동연구를 통해 mRNA 전달체 손상을 최소화하면서 생산 효율을 높일 수 있는 새로운 농축 기술을 제시했다고 밝혔다.
mRNA는 DNA의 유전 정보를 세포로 전달해 단백질 생성을 유도하는 물질로, 항암·감염병·희귀질환 치료제 등 차세대 의약품의 핵심 소재로 주목받고 있다. 그러나 체내 효소에 매우 취약해 단독으로는 사용이 어렵고, 이를 보호하고 세포 내로 전달하는 ‘지질 나노입자(LNP·Lipid Nanoparticles)’가 필수적이다. 결국 mRNA 치료제의 성능은 LNP 구조를 얼마나 안정적으로 유지하느냐에 달려 있다.
문제는 제조 이후의 후처리 공정이다. mRNA와 지질 용액이 혼합되며 형성되는 mRNA-LNP는 생성 직후 구조가 불안정해 기존 후처리 방식에서는 입자 농도 감소와 용액 부피 증가가 발생한다. 이로 인해 공정 시간이 늘어나고 입자 손상과 수율 저하 등 생산 효율 저하가 불가피했다.
연구팀은 이러한 병목 현상의 해법을 ‘비접촉 방식 농축 기술’에서 찾았다. 전기장과 미세 유체 채널을 활용해 LNP를 직접 건드리지 않고 이동·집중시키는 방식으로, 나피온(Nafion) 막을 통해 형성된 이온 결핍 영역에서 이온 농도 분극(Ion Concentration Polarization, ICP) 현상을 유도했다. 이를 통해 전달체 구조 손상 없이 안정적인 농축이 가능해졌다.
실험 결과, 평균 크기 80nm 이하, 분산도 0.2 미만의 균일한 LNP 구조를 유지한 채 mRNA 포획 효율 94% 이상을 확보했다. 특히 농축 이후 세포 실험에서도 정상적인 단백질 발현이 확인돼 기능적 안정성까지 입증됐다. 아울러 여러 층을 적층한 스택형 미세유체 칩을 적용해 단일 채널 시스템의 처리량 한계를 극복했으며, 공정 시간 단축과 손실 최소화 가능성도 확인했다. 이는 향후 대량 생산을 고려한 확장형 플랫폼으로의 발전 가능성을 보여준다.
이번 기술은 mRNA-LNP 손실과 후처리 공정 병목을 동시에 줄일 수 있어 항암제, 희귀질환 치료제, 감염병 백신 등 mRNA 치료제 상용화를 앞당길 핵심 기술로 평가된다. 임근배 교수는 “mRNA 전달체를 손상 없이 다룰 수 있는 새로운 공정 기술을 제시했다”며 “대량 생산 공정과 연계해 차세대 mRNA 치료제의 산업적 활용 가능성을 높이겠다”고 말했다.
한편 이번 연구는 ㈜인벤티지랩과의 공동연구로 수행됐으며, 바이오·센서 분야 국제 학술지인 ‘바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors and Bioelectronics)’에 최근 게재됐다.
<구글 번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>
POSTECH Solves mRNA Therapeutics Production Bottleneck…Develops Concentration Technology Without Damage to the Carrier
Maintenance of mRNA therapeutics is considered more challenging than manufacturing. This is because the structural instability immediately after manufacturing leads to a sharp decline in therapeutic efficacy if the carrier is damaged during post-processing. A core process technology that can overcome this limitation has been developed by a team of Korean researchers.
Professor Lim Geun-bae and doctoral student Yoon Seung-bin of the Department of Mechanical Engineering at POSTECH announced that, in collaboration with Inventage Lab, Inc., they have developed a new concentration technology that minimizes damage to the mRNA carrier while increasing production efficiency.
MRNA is a substance that transfers genetic information from DNA to cells, inducing protein production. It is attracting attention as a key material for next-generation pharmaceuticals, including those for cancer, infectious disease, and rare disease treatments. However, it is highly vulnerable to enzymes in the body, making it difficult to use alone. Lipid nanoparticles (LNPs) are essential for protecting and delivering mRNA therapeutics into cells. Ultimately, the performance of mRNA therapeutics hinges on the stability of the LNP structure.
The challenge lies in the post-manufacturing post-processing process. mRNA-LNPs, formed by mixing mRNA and lipid solutions, exhibit an unstable structure immediately after production. Existing post-processing methods result in decreased particle concentration and increased solution volume. This increases process time, inevitably leading to particle damage, decreased yield, and other production inefficiencies.
The research team found a solution to this bottleneck in "non-contact concentration technology." Using an electric field and microfluidic channels, the team moved and concentrated the LNPs without directly touching them. This technique induced ion concentration polarization (ICP) in the ion-depleted region formed by the Nafion membrane. This enabled stable concentration without damaging the carrier structure.
Experimental results demonstrated an mRNA capture efficiency of over 94% while maintaining a uniform LNP structure with an average size of less than 80 nm and a polydispersity of less than 0.2. Notably, normal protein expression was confirmed in cell experiments after concentration, demonstrating functional stability. Furthermore, by applying a stacked microfluidic chip with multiple layers, the team overcame the throughput limitations of single-channel systems and demonstrated the potential for shortened process times and minimized losses. This demonstrates the potential for future development into a scalable platform for mass production.
This technology is considered a key technology that will accelerate the commercialization of mRNA therapeutics, including anticancer drugs, rare disease treatments, and infectious disease vaccines, by simultaneously reducing mRNA-LNP loss and post-processing bottlenecks. Professor Lim Geun-bae stated, "We have presented a novel processing technology that can handle mRNA vectors without damage. By linking this with mass production processes, we will increase the industrial applicability of next-generation mRNA therapeutics."
Meanwhile, this research was conducted in collaboration with Inventage Lab, Inc., and was recently published in Biosensors and Bioelectronics, an international academic journal in the biotechnology and sensor field.
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