[바이오토픽] 유망한 mRNA 백신 때문에 부각된 핫이슈: 「냉장냉동품목 공급망(cold supply chain)」
▶ 11월 16일 "모더나의 COVID-19 백신이 화이자/바이오엔텍의 백신만큼 잘 작동한다"(참고 2; 한글번역)는 드라마틱한 뉴스가 발표됨으로써, 전 세계는 COVID-19 팬데믹과 싸우는 두 개의 강력한 무기를 보유할 거라는 희망을 품게 되었다. 그러나 뒤이어 급부상한 핫토픽이 있으니, 바로 열(heat)이다. 두 가지 백신 모두 첨단기술—지질입자 속에 들어 있는 전령 RNA(mRNA: messenger RNA)—을 사용하고 있는데, 이게 실온에서의 붕괴(degradation at room temperature)에 취약하다 보니, '냉동 상태로 운반한 후 사용 직전에 해동(解凍)해야 한다'는 필요성이 대두되고 있다.
모더나 백신의 강점은 바로 여기에 있다. 즉, 그것은 화이자/바이오엔텍의 백신과 달리 영하 70°C에서 보관될 필요가 없고, (대부분의 병원 및 약국 냉동고에 적용되는 표준인) 영하 20°C라는 '훨씬 따뜻한 온도'에서도 견딜 수 있다. 이러한 차이 덕분에, 모더나 백신은 운반 및 보관—특히 초저온 냉동고가 부족한 미국의 시골과 개발도상국에서—에 유리할 것으로 보인다. 모더나의 관계자에 따르면, 그들은 다년간의 개발 과정에서 '더욱 높은 온도에서 보관하는 노하우'를 획득했다고 한다. 그러나 지난주, mRNA 백신을 개발하는 다른 업체는 "모더나 백신보다 훨씬 더 따뜻한 환경(냉장고에서 흔히 발견되는 영상 2°C ~ 8°C)에서 견딜 수 있는 COVID-19 백신을 테스트하고 있다"고 발표했다.
많은 백신들은 「냉장냉동품목 공급망(cold supply chain)」을 통해 냉동 상태에서 보관·운반되어야 한다. 공중보건 당국자들은 심지어 사하라 이남의 아프리카에서 '영하 60°C ~ 80°C'라는 초저온 상태로 백신을 보관하는 방법을 개발했다. 사하라 이남의 아프리카에서는 지난 5년간, 아크테크(Arktek)라는 첨단 보냉(保冷)장치 덕분에 (초저온에서 보관되어야 하는) 에볼라 백신을 보급할 수 있었다. "우리는 십중팔구 광범위한 공급망 도구를 필요로 한다"라고 「빌 & 멜린다 게이츠 재단」과 빌 게이츠의 개인 사무실(그는 아크테크 개발에도 자금을 지원했다)이 공동으로 설립한 글로벌건강연구소(Global Health Labs)라는 비영리단체의 대니얼 리버만(기계공학)은 말했다. 그럼에도 불구하고 초저온공급망은 비용이 많이 들며, 어떤 곳에서는 설사 비효율적이라고 해도 '고온을 견뎌내는 백신'을 보급하는 것이 이치에 맞다.
모더나 백신과 화이자/바이오엔텍 백신은 공히, 인체의 세포에 (SARS-CoV-2의 스파이크 단백질을 만드는 데 필요한) mRNA 주형(template)을 제공한다. "그 mRNA는 (전통적인 백신을 구성하는) 단백질이나 단백질 단편보다 취약하며, 실온에서 쉽게 절단된다"고 감염병연구소(IDRI: Infectious Disease Research Institute)라는 비영리단체에서 백신개발을 연구하는 알라나 게르하르트는 말했다. "게다가 mRNA를 가수분해하는 리보누클레아제(ribonuclease)라는 효소는 도처에 존재하며, 심지어 통제된 실험환경(이를테면 연구자의 숨결과 피부)에도 버젓이 존재한다."
모더나와 화이자/바이오엔텍은 지질 나노입자(lipid nanoparticle)—지방 비슷한 물질—라는 운반체(carrier) 안에 mRNA를 집어넣음으로써, 생산 및 보관 과정에서 mRNA를 어느 정도 보호할 수 있도록 했다. 또한 지질 나노입자는, mRNA가 일단 체내에 주입된 후에도 혈류 속의 효소로부터 mRNA를 보호할 수 있다. "그러나 나노입자는 서서히 붕괴하도록 교묘히 설계되었으므로, 간에 축적됨으로써 인체에 해를 끼치지는 않는다"라고 MIT의 대니얼 앤더슨(유전학, 화학공학)은 말했다.
☞ 열(熱)을 싫어하는 백신들
'보관 및 운반에 필요한 온도'는 백신의 유병별로 다르다. 최근 화이자/바이오엔텍과 모더나의 긍정적 결과 때문에 급부상한 「전령 RNA(mRNA) 백신」의 경우, 단백질을 코딩하는 유전물질 조각이 지질(lipid)로 포장되어 있다. mRNA는 실온(室溫)에서 붕괴하므로, 이를 막으려면 냉동해야 하며 어떤 경우에는 초저온에서 보관해야 한다.
모더나 백신과 화이자/바이오엔텍 백신의 정확한 제형(formulation)은 일급비밀이지만, 그들은 지금까지 '초저온에서 보관되어야 한다'고 말해 왔다. 그러나 (모더나와 화이자/바이오엔텍이 사용하는 mRNA를 모두 설계한) 미국국립알레르기감염병연구소(NIAID)의 백신연구자 바니 그레이엄에 따르면, '실제로 요구되는 온도'는 불분명하다고 한다. "화이자/바이오엔텍은 처음에 영하 70°C를 제시했지만, 결국에는 '그보다 높은 온도에서도 mRNA가 살아남았다'는 내용의 실험 보고서를 제출했다"고 그레이엄은 말했다.
정확한 온도가 밝혀질 때까지, 화이자는 미시간주의 칼라마주(Kalamazoo)와 벨기에의 피어스(Puurs)에서 200 ~ 1,000개의 바이알을 선적할 계획이다. 각각의 바이알은 5회 용량의 백신을 포함한 채 (드라이아이스와 온도센서가 들어 있는) 단열처리된 보냉박스에 담겨 있다(참고 3). 15,000달러짜리 초저온 냉동고를 구비하지 않은 병의원과 약국의 경우, 드라이아이스를 5일마다 리필함으로써 '보냉박스에 담긴 백신'을 약 2주 동안 보관할 수 있으며, 일단 박스에서 꺼낸 백신은 5일 동안 냉장고에 보관할 수 있다. 그에 반해 모더나 백신은 (표준 냉동고의 온도인) 영하 20°C에서 6개월 동안 안정적이며, 11월 16일 모더나가 발표한 바에 의하면 "통상적인 냉장고에서, (당초 예상했던 7일보다 훨씬 긴) 최장 30일간 보관할 수 있다"고 한다(참고 2).
▶ 독일의 큐어백(CureVac)은 mRNA 백신의 후발주자이지만, 지난주 "우리의 후보백신은 5°C에서 3개월 동안 안정적이다"라고 발표했다. 모더나(참고 4)나 화이자/바이오엔텍의 백신과 달리, 큐어백의 mRNA는 RNA의 네 가지 빌딩블록 중 하나인 우리딘(uridine)이 변형되지 않아, 나노입자 속에 더욱 빽빽이 포장될 수 있다고 한다. "우리의 가설에 따르면, 더욱 빽빽이 포장된 mRNA일수록 붕괴에 덜 취약하다"라고 큐어백의 대변인 세라 파키는 말했다. 큐어백은 올해 말 30,000명의 참가자들을 대상으로 임상시험을 실시할 계획이다.
설사 영하 20°C에서 선적되고 보관될 수 있는 백신(예: 모더나 백신)이라고 해도, 냉동고를 위한 전력공급이 불확실하고 드라이아이스가 부족한 저개발국에서는 문제가 될 수 있다. 그러나 에볼라 백신이 증명한 바와 같이, '냉동백신'은 궁극적인 장애요인이 될 수 없다. 에볼라 백신은 아크테크 용기(Arktek container)에 담긴 채 콩고민주공화국(DRC)의 이곳저곳에 배달되어 무려 40만 명의 사람들에게 접종된 기록을 남겼다. "설사 그렇더라도, 아크테크를 배포하기 전에 대도시에서 백신을 보관하고, 아크테크에 공급할 보냉팩(cold pack)을 얼리기 위해 초저온 냉동고는 여전히 필요했다"고 글로벌개발센터(Center for Global Development)의 프라샨트 야다브는 말했다. "가장 중요한 것은, 「냉장냉동품목 공급망」을 뒷받침할 수 있는 1차 보관소(primary storage point)를 마련하는 것이다."
"아크테크는 가격이 비싸지만—단가 2,000달러—, 재사용이 가능한 데다 백신·드라이아이스·보냉팩을 단열처리된 박스보다 훨씬 더 오랫동안 보관할 수 있다"고 리버만은 지적했다. "아크테크는 어디서나 소중하다. 어떤 환경에서든, 냉동고 없이도 백신을 수일 ~ 수 주 동안 보관해 줄 수 있다." 글로벌건강연구소에 따르면, 빌 & 게이츠 재단에서는 중국의 업체와 협의하여 (COVID-19 백신의 보관과 운반에 필요한) 아크테크의 생산을 늘릴 준비를 하고 있다고 한다.
큐어백의 솔루션과 아크테크에 이어 세 번째 옵션은, mRNA를 동결건조(freeze-dry)한 다음 접종 지점에서 물을 이용해 재구성(reconstitute)하는 것이다. (다른 백신들은 이미 이렇게 하고 있다.) 화이자에 따르면, 이미 그런 분말 형태의 백신을 연구하고 있다고 한다. "규제당국에서는, 액상백신은 물론 ‘재구성된 백신’이 제대로 작동하는지에 대한 증거를 요구하게 될 것이다"라고 IDRI의 코리 캐스퍼는 말했다.
현재 효능시험에 계류되어 있는 COVID-19 백신 중 상당수는 냉동고에 보관할 것을 요구하지 않는다. "만약 그런 백신들이 mRNA 백신과 마찬가지로 잘 작동한다면, 가뜩이나 자원이 제한된 상황에서 '영하 20°C나 70°C'라는 까다로운 조건을 충족할 필요가 없다"고 야다브는 말했다. “그러나 그런 백신들이 mRNA만 못하다면—유효성이 90% 이상인 mRNA 백신과 달리, 이를테면 70%라면—, 가격이 아무리 비싸고 운반 및 보관이 아무리 까다롭더라도 저울은 mRNA 백신 쪽으로 기울 것이다.”
※ 참고문헌
1. https://www.bbc.com/news/health-54027269
2. https://www.nature.com/articles/d41586-020-03248-7 (한글번역 https://ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=324241&SOURCE=6)
3. https://www.wsj.com/articles/pfizer-sets-up-its-biggest-ever-vaccination-distribution-campaign-11603272614
4. https://www.sciencemag.org/news/2017/02/mysterious-2-billion-biotech-revealing-secrets-behind-its-new-drugs-and-vaccines
※ 출처: Science https://www.sciencemag.org/news/2020/11/temperature-concerns-could-slow-rollout-new-coronavirus-vaccines
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www.ibric.org
바이오토픽 양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
의학약학 양병찬 (2020-11-18)
https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=324302 )