콧속에 뿌리기만 해도 독감 바이러스 85% 제거…AI로 치료제 찾아

독감이나 코로나 19와 같이 변이가 빠른 호흡기 바이러스 감염증을 스프레이형 항바이러스 투여제로 치료할 수 있는 기술이 개발됐다. 독감 치료에 주로 써온 '인터페론-람다'는 열에 약하고, 코 점막에서 금방 사라지는 단점이 있었다. KAIST는 생명과학과 김호민 교수, 정현정 교수, 의과학대학원 오지은 교수 공동 연구팀이 인공지능(AI)을 이용해 인터페론-람다 단백질을 안정적으로 재설계, 이를 비강 점막에 잘 확산하고 오래 머물게 하는 항바이러스 범용 플랫폼을 개발했다고 15일 밝혔다. 현재 해외 출장중인 김호민 교수는 상용화 관련 e-메일 답변에서 "현재 전임상(preclinical) 연구 단계에 있다. 동물 모델에서 강력한 항바이러스 효과 등을 확인했지만, 상용화를 위해서는 몇 가지 중요한 단계가 추가로 필요하다"고 말했다. 김 교수는 또 "상용화를 위한 과학적 근거와 차별성을 충분히 확보한 상태이나, 추가적인 전임상 검증과 제형·공정 개발, 산업 파트너십 구축을 거쳐 단계적으로 임상 및 사업화로 이어가는 개발 전략을 계획하고 있다"고 덧붙였다. 인터페론-람다(IFN-λ)는 우리 몸이 바이러스 감염을 막기 위해 스스로 만드는 선천면역 단백질이다. 그러나 이를 치료제로 만들어 비강에 투여할 경우 열·분해효소·점액·섬모운동에 취약해 실제 효능을 발휘하지 못한다. 연구팀은 이를 극복하기 위해 단백질을 AI를 이용해 설계했다. 먼저 열에 약한 단백질 구조의 안정성 확보를 위해 헐거운 루프(loop) 구조를 단단한 스프링처럼 고정되는 나선형(helix) 구조로 바꿨다. 또 단백질끼리 서로 달라붙어 덩어리(뭉침)가 생기는 문제를 막기 위해 표면을 물과 잘 섞이도록 설계하는'표면 엔지니어링' 기술을 적용했다. 단백질 표면의 당사슬(glycan) 구조를 추가하는'글라이코엔지니어링(glycoengineering)'을 도입해 단백질을 한층 튼튼하고 안정하게 재설계했다. 그 결과 새롭게 제작된 인터페론-람다는 50℃에서 2주 이상 버틸 만큼 안정성이 대폭 향상됐다는 것이 연구팀 설명이다. 끈적한 비강 점막에서도 빠르게 확산되는 특성도 확인했다. 연구팀은 또 단백질을 '나노리포좀(nanoliposome)'이라는 미세 캡슐에 담아 보호하고, 그 표면을 '저분자 키토산(chitosan)'으로 코팅해 코 점막에 오래 붙어 있도록 점막 부착력(mucoadhesion)도 크게 강화했다. 김호민 교수는 "이 전달 플랫폼을 인플루엔자 감염 동물 모델에 적용한 결과, 콧속 바이러스가 85% 이상 감소하는 강력한 억제 효과가 확인됐다"며 "간단히 코에 뿌리는 것만으로 바이러스 감염을 초기에 차단할 수 있는 점막 면역 플랫폼"이라고 설명했다. 김 교수는 "계절성 독감은 물론 예기치 못한 신·변종 바이러스에도 신속히 대응할 새로운 치료 전략이 될 것"으로 기대하며 "AI 단백질 설계부터 약물 전달 최적화, 감염 모델을 통한 면역 평가까지 다학제 융합 연구가 만들어낸 의미 있는 성과”라고 덧붙였다. 현재 연구팀은 인플루엔자를 포함한 다양한 호흡기 바이러스에 대해 범용적인 감염 억제 효과를 보다 폭넓게 입증하는 연구를 진행 중이다. 실제 예방·치료 환경을 고려해 투여 시점과 용량에 대한 최적화 연구도 병행하고 있다. 이와함께 비강 반복 투여를 전제로 하는 기술인 만큼, 반복 투여 시 안전성(safety) 및 잠재적 부작용 여부에 대한 정밀한 분석도 추가로 수행 중이다. 김호민 교수는 이메일 질문에 "연구실 수준에서 검증된 단백질 및 나노리포좀 기반 기술을 실제 제품으로 개발하기 위해서는 비강 분무형(spray) 제형 개발, 대량 생산이 가능한 제조 공정 확립, 품질관리 및 규제 대응을 고려한 개발 파이프라인 구축이 상용화 이전에 필수적"이라며 "이를 위해 현재는 관련 공정 및 제형 개발 역량을 갖춘 산업체와의 협업을 모색하고 있는 단계"라고 언급했다. 연구는 KAIST 이노코어(InnoCORE) AI-혁신신약연구단 윤정원 박사, 생명과학과 양승주 박사, 의과학대학원 권재혁 박사과정 학생이 공동 제 1저자로 참여했다. 연구 결과는 국제 학술지(Advanced Science 및 Biomaterials Research) 2곳에 지난 달 게재됐다.