출처: http://nextbigfuture.com/2016/07/programmable-rna-vaccines-are-100.html

MIT engineers have developed a new type of easily customizable vaccine that can be manufactured in one week, allowing it to be rapidly deployed in response to disease outbreaks. So far, they have designed vaccines against Ebola, H1N1 influenza, and Toxoplasma gondii (a relative of the parasite that causes malaria), which were 100 percent effective in tests in mice.

MIT 연구진은 쉽게 주문제작할 수 있고 만드는데 일주일 밖에 안 걸리는 새로운 종류의 백신을 개발하는데 성공했다. 해당 기술은 급격한 전염병 확산에 빠르게 대처하는데 도움을 줄 것으로 생각된다. 현재까지 연구진은 에볼라 백신, H1N1 독감 백신, 톡소플라즈마 곤디(말라리아를 일으키는 기생충의 친척) 백신을 개발하였으며, 쥐를 대상으로 실험한 결과 100% 효과를 보였다. 

The vaccine consists of strands of genetic material known as messenger RNA, which can be designed to code for any viral, bacterial, or parasitic protein. These molecules are then packaged into a molecule that delivers the RNA into cells, where it is translated into proteins that provoke an immune response from the host.

해당 백신은 메신저 RNA라고 불리는 유전물질로 구성되어 있다. 메신저 RNA는 모든 바이러스, 박테리아, 기생충의 단백질에 맞춰 개조가 가능하다. 메신저 RNA를 만든 다음에는 특정한 분자에 집어넣어서 세포 안으로 들여보낸다. 세포 안으로 들어간 메신저 RNA는 단백질로 변환되어 세포 내 면역반응을 불러일으킨다.

In addition to targeting infectious diseases, the researchers are using this approach to create cancer vaccines that would teach the immune system to recognize and destroy tumors.

전염병 치료 외에도 연구진은 인간의 면역체계가 종양을 인식하고 없애도록 하는 암 백신을 만들기 위해 해당 기술을 사용하고 있다.

“This nanoformulation approach allows us to make vaccines against new diseases in only seven days, allowing the potential to deal with sudden outbreaks or make rapid modifications and improvements,” says Daniel Anderson, an associate professor in MIT’s Department of Chemical Engineering and a member of MIT’s Koch Institute for Integrative Cancer Research and Institute for Medical Engineering and Science (IMES). Image: MIT News

"이러한 나노제제적 접근방식 덕분에 저희들은 겨우 7일 내에 새로운 전염병에 대한 백신을 제조할 수 있었습니다. 이는 급격한 전염병의 확산에 대처하거나 백신의 빠른 개조 또는 개선의 가능성을 제공하고 있습니다."라고 MIT의 화공학과 부교수이자 MIT의 코흐종합암연구소 / 의료공학의과학연구소 회원인 대니얼 앤더슨이 말했다. 이미지 출처: MIT News

Customizable vaccines

주문제작이 가능한 백신

Most traditional vaccines consist of an inactivated form of a virus or other pathogen. These vaccines usually take a long time to manufacture, and for some diseases they are too risky. Other vaccines consist of proteins normally produced by the microbe, but these don’t always induce a strong immune response, requiring researchers to seek an adjuvant (a chemical that enhances the response).

대부분의 전통적인 백신들은 비활성화된 바이러스나 병원균으로 구성되어 있다. 이 백신들은 대부분의 경우 만드는데 시간이 오래 걸리며, 몇몇 질병에 대해서는 큰 위험을 가지고 있다. 단백질로 이루어진 백신들의 경우 일반적으로 미생물로부터 얻는데, 이런 백신들은 강한 면역반응을 불러일으키지 않는 경우가 있으며, 면역반응을 높이는 화학물질(아쥬반트, 보조제)를 필요로 한다.

RNA vaccines are appealing because they induce host cells to produce many copies of the proteins they encode, which provokes a stronger immune reaction than if the proteins were given on their own. The idea of using messenger RNA molecules as vaccines has been around for about 30 years, but one of the major obstacles has been finding a safe and effective way to deliver them.

RNA 백신이 매력적인 이유는 세포로 하여금 RNA에 코딩되어 있는 단백질을 많이 만들도록 하여 그냥 단백질을 바로 주입했을 때보다 더욱 강한 면역반응을 불러일으킨다는 데 있다. 메신저 RNA를 백신처럼 사용하자는 아이디어는 약 30년 전에 고안되었으나, 가장 큰 문제는 메신저 RNA를 안전하고 효율적으로 전달하는 방법이 없었다는 것이다. 

Kahn decided to package RNA vaccines into a nanoparticle made from a branched molecule known as a dendrimer. One key advantage of this material is that the researchers can give it a temporary positive charge, which allows it to form close associations with RNA, which is negatively charged. Khan can also control the size and pattern of the final structure. By inducing the dendrimer-RNA structure to fold over itself many times, Kahn generated spherical vaccine particles with a diameter of about 150 nanometers. That makes them of similar size as many viruses, enabling the particles to enter cells by exploiting the same surface proteins that viruses use for this purpose. 

코흐연구소의 포스트닥인 오마르 칸은 덴드리머라는 나뭇가지 모양의 분자로 반든 나노입자를 가지고 RNA 백신을 포장했다. 덴드리머가 가진 장점 중 하나는 연구진이 덴드리머를 순간적으로 양전하를 띠도록 해서 음전하를 띠는 RNA와 밀접한 연결을 가지도록 만들 수가 있다는 점이었다. 덴드리머-RNA 구조를 여러 번 접히도록 하여 오마르 칸은 지름이 약 150 나노미터인 공 모양의 입자를 만들었다. 이는 대다수의 바이러스와 같은 크기로, 바이러스가 세포에 침투하기 위해 사용하는 표면 단백질을 이용한다면 이 입자를 세포 안으로 침투시킬 수 있을 터였다.

By customizing the RNA sequences, the researchers can design vaccines that produce nearly any protein they want. The RNA molecules also include instructions for amplification of the RNA, so that the cell will produce even more of the protein.

MIT연구진은 RNA 배열을 개조하여 거의 모든 종류의 단백질을 생성해내는 백신을 설계하는데 성공했다. 또한 이 RNA에는 RNA 자체의 증폭을 위한 정보가 기재되어 있기 때문에, RNA가 들어간 세포는 평상시보다 더 많은 단백질을 생산해낼 것이다.

The vaccine is designed to be delivered by intramuscular injection, making it easy to administer. Once the particles get into cells, the RNA is translated into proteins that are released and stimulate the immune system. Significantly, the vaccines were able to stimulate both arms of the immune system — a T cell response and an antibody response.

이 백신은 근육내주사로 전달할 수 있도록 설계되어 관리하기가 편하다. 덴드리머-RNA 입자가 세포로 들어가면 RNA는 단백질로 변환되며, 이 단백질은 외부로 퍼져나가 면역체계를 자극한다. 여기서 중요한 점은 해당 백신이 면역체계의 양팔이라고 할 수 있는 T세포 반응과 항체반응을 동시에 촉진한다는 점이다.

In tests in mice, animals that received a single dose of one of the vaccines showed no symptoms following exposure to the real pathogen — Ebola, H1N1 influenza, or Toxoplasma gondii.

쥐를 대상으로 한 실험에서 백신 1회량을 주입한 결과 실제 병원체(에볼라, H1N1 독감, 톡소플라즈마 곤디)에 노출시킨 후에도 아무런 증상이 나타나지 않았다.

“No matter what antigen we picked, we were able to drive the full antibody and T cell responses,” Khan says.
The researchers also believe that their vaccines would be safer than DNA vaccines, another alternative that scientists are pursuing, because unlike DNA, RNA cannot be integrated into the host genome and cause mutations.

항원의 종류에 상관없이 저희는 완전한 항체 반응과 T세포 반응을 유도해내는데 성공했습니다"라고 오마르 칸은 말했다. 또한 연구진은 자신들이 개발한 백신이 DNA 백신보다 안전할 것으로 추정하고 있다. 왜냐하면 DNA와 다르게 RNA는 숙주의 유전체에 통합되어 변이를 불러일으킬 수가 없기 때문이다.

“The option of rapidly creating a completely synthetic formulation that can be effective as a vaccine is an important addition to currently available vaccine strategies,” says Hidde Ploegh, an MIT professor of biology, a member of the Whitehead Institute, and an author of the paper, who added that it will be important to assess safety and cost.

"빠른 속도로 완전한 합성 백신을 제작할 수 있다는 것은 현재의 백신 전략에 있어서 중요한 발전입니다"라고 MIT 생물학 교수이나 화이트헤드연구소의 회원인 히드 플뢰그가 말했다. 그는 이것이 백신의 안전성과 비용을 평가하는데 중요한 점이라고 말했다.

Rapid deployment

빠른 개발속도

The ability to rapidly design and manufacture these vaccines could be especially beneficial for fighting influenza, because the most common flu vaccine manufacturing method, which requires the viruses to be grown inside chicken eggs, takes months. This means that when an unexpected flu strain appears, such as the 2009 pandemic-causing H1N1 virus, there is no way to rapidly produce a vaccine against it.

백신을 빠르게 설계하고 만들 수 있는 능력은 특히 독감 치료에 있어서 중요하다. 왜냐하면 현재 가장 일반적으로 사용되고 있는 백신 생산기술의 경우, 바이러스를 달걀 안에서 배양해야 하는데 자그마치 몇 달이 걸리기 때문이다. 이는 곧 2009년의 H1N1 바이러스처럼 예상치 못한 새 버전의 독감이 출현한다면, 이에 대응할 새 백신을 빠르게 만들기란 아예 불가능하다는 뜻이다.

“Typically a vaccine becomes available long after the outbreak is over,” Chahal says. “We think we can become interventional over the course of a real outbreak."

"일반적으로 전염병 확산이 끝나고 오랜 후에 백신을 사용할 수 있게 됩니다"라고 MIT 화이트헤드생물의학연구소의 포스트닥인 자스다브 카할이 말했다. "하지만 저희는 전염병 확산이 진행되는 도중에 백신을 투입할 수 있어야 한다고 생각합니다". 

Joseph Rosen, a professor of surgery at Dartmouth College’s Geisel School of Medicine and adjunct professor of engineering at Dartmouth’s Thayer School of Engineering, describes the new approach to vaccine development as “revolutionary,” because it could dramatically reduce the amount of time needed to respond to disease outbreak.

다트머스칼리지 게이젤의학대학의 수술전문교수이자 다트머스의 세이어공학대학 겸임교수인 조세프 로젠은 백신 개발에 대한 이 새로운 접근방식을 "혁명적"라고 평했는데, 왜냐하면 이를 통해 전염병에 대응할 수 있는 시간을 획기적으로 줄일 수 있기 때문이다.

“This could not only be applicable to the bugs they talked about, but could also be applicable for something even more important, which is an unknown virus,” says Rosen, who was not involved in the research. “In response to a pandemic, whether natural, accidental, or intentional, they could produce a vaccine in a week."

이 기술은 연구진이 언급한 질병 뿐만 아니라 아직 알려지지 않은 바이러스에 대해서도 적용이 가능합니다"라고 조세프 로젠이 말했다. "전염병이 자연적으로 발생했든, 사고로 발생했든, 고의로 발생했든지 간에, 그들은 일주일 내로 백신을 만들 수 있습니다"라고 그는 덧붙였다.

Khan and Chahal plan to start a company to license and commercialize the technology. In addition to the vaccines they have already designed, they hope to create vaccines for Zika virus and Lyme disease.

오마르 칸과 자스다브 카할은 해당 기술을 특허등록하고 상용화하기 위해 회사를 차릴 계획이다. 이들은 자신들이 이미 개발한 백신에 더하여 지카 바이러스와 라임병에 대한 백신을 개발할 수 있기를 기대하고 있다.

They are also working on cancer vaccines. At a recent “Mission: Possible” competition hosted by the Koch Institute, Khan and Chahal were part of a team that ended up withdrawing from the competition because an outside funder, the Advanced Medical Research Foundation, offered to support them.

또한 이들은 암 백신을 연구 중에 있다. 그들은 최근에 코흐연구소가 주최한 "미션:파서블" 경연대회에 팀으로 참여했으나, 고등의학연구재단이 자금을 제공하겠다고 제안하면서 경연대회를 중도에 포기했다.  

For that project, the researchers designed vaccines that target genes that are normally turned on only during embryonic development. These genes, dormant in adults, often become reactivated in a type of cancer known as non-small cell lung tumors.

상기 프로젝트를 위해 연구진은 정상상태에서는 배아 발달과정에서만 발현되는 유전자를 타겟으로 삼는 백신을 만들었다. 성인이 되면 해당 유전자들은 휴면상태가 되지만 종종 비소형 폐종양으로 발현되곤 한다.

“We are all excited about the potential of this new approach to provide a new way of vaccine delivery,” says Robert Langer, the David H. Koch Institute Professor at MIT and an author of the paper.

"우리 모두 이 새로운 백신전달 기술의 가능성에 대해서 흥분되어 있는 상태입니다"라고 MIT 코흐연구소의 교수이자 논문 저자인 로버트 랑거가 말했다.