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[바이오토픽] 코로나바이러스 백신의 1차 결과물 총평(總評): 장래성은 아직 불투명
의학약학 양병찬 (2020-05-20)

3건의 소규모 (인간 및 동물) 연구들이 보이는 성공적 징후에 대해, 과학자들은 주의를 촉구하고 있다.

코로나바이러스 백신의 1차 결과물 총평(總評): 장래성은 아직 불투명

© Moderna Blog

코로나바이러스 백신의 개발이 진행됨에 따라, 과학자들은 '상이한 백신들이 얼마나 잘 작동할 것인지'(참고 1)를 시사하는 데이터들을 처음 들여다보고 있다. 단도직입적으로 말해서, 전망은 아직 불투명하다.

5월 18일, 미국의 바이오텍 기업 모더나(Moderna: 매사추세츠주 케임브리지 소재)는 임상시험의 1차 데이터를 처음 발표했는데, 그 내용은 "COVID-19 백신이 인간의 면역반응을 촉발했으며, 생쥐를  SARS-CoV-2로 인한 폐감염으로부터 보호했다"는 것이다. 보도자료(참고 2)를 통해 발표된 그 결과는 긍정적인 것으로 널리 해석되었으며, 주식시장을 들끓게 했다. 그러나 일부 과학자들은 "데이터가 아직 출판되지 않았으므로, 그들의 주장을 적절히 평가하는 데 필요한 디테일이 부족하다"고 말하고 있다.

원숭이를 대상으로 한 다른 패스트트랙 백신의 테스트에서는, SARS-CoV-2에 노출된 동물의 폐감염을 예방하지만 다른 신체부위에서는 그러지 못하는 것으로 나타났다. 예컨대, 지난주 《bioRxiv》에 업로드 된 논문에 따르면(참고 3), 한 백신—영국 옥스퍼드 대학교에서 개발하고 있는 백신으로, 역시 임상시험에 계류되어 있음—은 여섯 마리의 원숭이들을 폐렴으로부터 보호했지만, 원숭이의 코에서는 '미접종 원숭이'와 마찬가지로 많은 바이러스가 우글거리는 것으로 나타났다. 그리고 한 중국 팀은 이번달 초 발표한 초기 동물시험에서, 비슷한 결과를 보고했다(참고 4).

이상과 같은 불확실성에도 불구하고, 세 팀(모더나, 옥스퍼드, 중국)은 임상시험을 밀어붙이고 있다. 그 연구들은 주로 안전성 테스트를 위해 설계된 것이었지만, '인간을 실제로 COVID-19에서 보호할 것인지'(참고 5)를 결정하기 위해 설계된 대규모 임상시험 결과는 빠르면 올여름에 나올 것으로 보인다.

그럼에도 불구하고, 초기 데이터들은 '코로나바이러스 백신이 강력한 면역반응을 촉발하는 메커니즘'에 대한 단서를 제공하고 있다. 과학자들에 따르면, 동물시험 데이터는 코로나백신의 작동 메커니즘을 이해하는 데 필수적이므로, 가장 유망한 후보백신을 신속히 확인하여 성능을 향상시킬 수 있다고 한다. "의사들은 12~18개월 내에 인간에게 유용한 백신을 보유할 수 있을 것으로 기대된다"라고 위스콘신-매디슨 대학교의 데이브 오코너(바이러스학)는 말했다. "그러나 2세대, 3세대 백신을 개발하기 위해, 우리는 백신의 성능을 계속 향상시킬 필요가 있다."

면역반응

미국 국립보건원(NIH) 및 알레르기감염병연구소(NIAID)와 공동으로 개발되고 있는 모더나 백신의 경우. 지난 3월 인간을 대상으로 한 안전성 시험이 시작되었다. 그 백신은 코로나바이러스의 스파이크 단백질(spike protein)에 대한 지시서(mRNA)로 구성되어 있는데, 인간의 세포는 그것을 이용해 외래단백질(foreign protein)을 대량으로 만들어 냄으로써 면역계에 경고신호를 보내게 된다. 언뜻 보면 개발하기에 용이하고 안전한 것 같지만, 그런 RNA기반 백신(참고 6; 한글번역)은 지금껏 세계 어디서도 승인된 바 없다.

【참고】핵산 백신(nucleic-acid vaccine)

최소한 20개 연구팀이 (면역반응을 촉진하는) 코로나바이러스 단백질에 대한 유전적 지시서(DNA 또는 RNA와 같은 핵산)를 사용하는 것을 목표로 하고 있다. 그 핵산을 인간의 세포에 삽입하면, 바이러스 단백질의 사본(copies)이 쏟아져 나온다. 대부분의 핵산 백신은 코로나바이러스의 스파이크 단백질을 코딩한다.

(1) DNA 백신: 전기천공법(electroporation)을 통해 세포막에 구멍을 뚫어 DNA 흡수를 촉진한다.

(2) RNA 백신: RNA가 세포 속으로 들어가도록 하기 위해, 종종 지질코팅(lipid coating) 속에 봉입한다.

※ RNA와 DNA를 기반으로 한 백신은 '바이러스'가 아니라 '유전물질'만 사용하므로, 안전하고 용이하게 개발할 수 있다. 그러나 효능이 입증되지 않았으며, 현재 승인받은 백신중에 이런 기술을 사용한 것이 없다.


이미지를 누르시면 원본 이미지를 보실 수 있습니다.

보도자료에 따르면, 백신을 2회 접종받은 45명의 참가자들은 바이러스에 대항하는 강력한 면역반응을 일으켰다. 연구팀은 25명의 참가자에게서 바이러스를 인식하는 항체(virus-recognizing antibody)를 측정했는데, 그 수준은 'COVID-19에서 회복된 환자'의 혈액에서 발견된 것과 비슷하거나 그보다 높았다.

모더나의 최고의학책임자(CMO) 탈 잭스는 투자자를 대상으로 한 프레젠테이션에서, 그 항체(바이러스를 인식하는 항체)의 수준은 백신이 감염을 예방할 수 있음을 시사하는 청신호라고 말했다. "당신이 환자와 비슷한 수준에 도달한다면, 충분하다고 볼 수 있다"고 그는 말했다.

"그러나 '그 반응이 사람을 감염으로부터 보호하기에 충분한지' 여부는 불투명하다. 왜냐하면, 데이터가 출판되지 않았기 때문이다"라고 베일러 의대의 피터 호테즈(백신과학)는 말했다. "나는 그게 정말로 긍정적인 결과라고 확신할 수 없다." 그는 5월 15일 《bioRxiv》에 업로드된 논문(참고 7)을 지적하며 이렇게 말했다. "바이러스가 세포를 감염시키지 못하도록 차단하는 역할을 수행하는 항체는 중화항체(neutralizing antibody)다. 그 논문에 따르면, 병원에 입원하지 않고 COVID-19에서 회복된 사람들 중 대부분은 고수준의 중화항체를 생성하지 않았다고 한다. 모더나는 8명의 참가자에게서 중화항체를 측정했는데, 그 수준은 회복된 사람의 것과 비슷했다."

또한 호테즈는 옥스퍼드팀의 첫 번째 결과(백신을 1회—임상시험과 동일한 용법임—접종받은 원숭이가 웬만큼의 중화항체를 생성했다)를 의심하고 있다. "원숭이를 감염에서 보호하려면, 중화항체의 수준이 상당히 높아야 한다"라고 그는 말했다. 참고로, 옥스퍼드팀이 사용한 백신은 (코로나바이러스 단백질을 만들도록 유전적으로 변형된) 침팬지 바이러스로 만들어졌다.

"지난 5월 5일 《Science》에 실린 논문에 따르면(참고 4, 한글자료), 베이징 소재 시노백 바이오텍(Sinovac Biotech)이 개발하고 있는 백신은 3번 접종받은 마카크 원숭이에서 더욱 유망한 항체반응을 촉발한 것으로 보인다"라고 호테즈는 말했다. 참고로, 시노백의 백신은 화학적으로 불활성화된 SARS-CoV-2의 입자로 만들어졌다.

호테즈의 비판에 대해, 모더나의 과학자문위원회 위원인 워싱턴 대학교 세인트루이스 캠퍼스의 마이클 다이아몬드(바이러스면역학)는 다음과 같이 반박했다. "「사람을 COVID-19으로부터 보호할 수 있는 면역반응」의 정확한 성질과, 「원숭이가 만든 중화항체의 수준이 인간을 감염으로부터 보호하기에 충분한지」 여부를 아는 사람은 아직 아무도 없다." 만약 중화항체의 수준이 불충분하다면, 추가접종으로 중화항체의 수준을 훨씬 더 높은 수준으로 끌어올릴 수 있을 것이다. "우리가 궁금해 하는 것은 '백신의 효과가 얼마나 오래 지속될 것인가'다."

동물연구

'백신이 동물을 감염으로부터 보호했다'는 실험결과에 대해서는 더 많은 의문이 제기되고 있다. 잭스의 프레젠테이션에 따르면, 모더나 백신은 생쥐의 폐에서 바이러스의 복제를 중단시켰다고 한다. (실험에 사용된 생쥐들은 '생쥐 세포를 감염시키도록 유전적으로 변형된 바이러스'로 감염되었는데, 그 이유는 생쥐는 SARS-CoV-2에 감수성이 없기 때문이다.) 그러나 바이러스들은 (대부분의 백신들—모더나 백신도 예외는 아니다—이 면역계를 자극하기 위해 사용하는) 단백질 속에서 변이하는데, 이것이 생쥐의 '감염에 대한 반응'에 영향을 미쳤을 수 있다.

옥스퍼드의 원숭이들은 바이러스에 감염된 후 폐렴의 징후를 전혀 보이지 않았다. 그러나 그들의 코에서는 미접종 원숭이와 똑같은 분량의 SARS-CoV-2 유전물질이 검출되었다.

"원숭이의 코에서 다량의 바이러스가 검출된 것은, 원숭이가 백신을 접종받은 후 고용량의 바이러스를 투여 받았기 때문이다"라고 NIAID의 빈센트 문스터(바이러스학)와 함께 연구를 수행한 옥스퍼드 대학교의 세라 길버트(백신학)는 말했다. 그런 고용량은 동물의 감염을 확실히 하기 위한 것이므로, 천연감염을 재현하지 못할 수 있다. "우리는 그 연구에서, 바이러스의 감염력이 여전히 유지되고 있는지를 측정하지 않았다. 그 바이러스들은 원숭이의 면역계에 의해 불활성화된 바이러스 입자일 수도 있고, 우리가 투여했는데 감염을 진행하고 있지 않은 바이러스일 수도 있다."

"그럼에도 불구하고, 그런 결과는 '백신을 접종받은 사람들이 여전히 바이러스를 전파할 수 있다'는 우려를 제기한다"라고 피츠버그 대학교 펜실베이니아 캠퍼스의 더글러스 리드(공중생물학)는 말했다. "이상적으로, 우리는 질병과 전염을 모두 예방하는 백신을 원한다. 그래야만 감염의 사슬을 끊을 수 있기 때문이다."

"'백신이 전염을 예방할 수 있는지'를 알아내는 방법 중 하나는, 바이러스에 감수성이 있고 전파능력이 있는 듯한 동물들(예: 페럿, 햄스터)을 대상으로 연구하는 것이다"라고 리드는 말했다. 또한 리드와 다른 연구자들은 (증상이 경미한) 마카크보다 더 심각한 질병을 앓는 동물을 대상으로 백신을 테스트하는 방안을 모색하고 있다.

안전성의 징후

백신의 잠재적 효능을 평가하기는 어렵지만, 최신 데이터들은 안전성 측면에서 덜 모호하다. 모더나 백신은 참가자들에게 심각하거나 장기적인 건강상 문제를 거의 야기하지 않았다. 그리고 옥스퍼드와 시노백의 원숭이들은 백신을 접종받은 후 '더욱 심각한 감염'을 경험하지 않았는데, 이것은 핵심적인 사항이다. 왜냐하면 SARS의 불활성화 백신이 원숭이에게 그런 증상을 초래한 적이 있었기 때문이다.

아이오와시 소재 아이오와 대학교의 스탠리 펄먼(코로나바이러스학)에 따르면, 지금까지 수행된 동물연구들이 백신 개발자들에게 많은 것을 이야기해 준다고 한다. "사람들은 최선을 다하고 있다"라고 그는 말했다. "내가 본 데이터 중에서, 개발자들로 하여금 '효능을 결정하기 위해 임상시험을 수행해야겠다'는 마음을 단념시킨 것은 하나도 없다."

모더나는 조만간 600명의 참가자들을 대상으로 임상 2상을 시작할 예정이며, 오는 7월에는 고위험군(예: 보건의료종사자, 기저질환 보유자)을 대상으로 'COVID-19를 예방할 수 있는지' 여부를 테스트하는 임상 3상이 시작되기를 바라고 있다. 잭스에 따르면, 원숭이 등을 대상으로 한 추가적인 동물연구가 진행되고 있지만, '어떤 동물이 백신의 효능을 가장 잘 예측할 수 있는지'는 아직 불투명하다고 한다.

옥스퍼드팀은, 영국의 임상시험에서 이미 1,000여 명의 참가자들을 등록했다. 그들은 일부 참가자들에게 위약을 투여했는데, 이를 바탕으로 향후 몇 개월 동안 백신의 효능을 결정할 수 있을 것으로 보인다. "우리는 원숭이 연구 결과에 고무되어 있는데, 그 이유는 아무런 안전성 문제도 발견되지 않았기 때문이다"라고 길버트는 말했다.

"우리는 더 이상의 동물연구 데이터를 필요로 하지 않는다"라고 그녀는 말했다. "우리의 관심사는 인간에 대한 효능이다."

※ 참고문헌
1. https://www.nature.com/articles/d41586-020-01221-y
2. https://investors.modernatx.com/news-releases/news-release-details/moderna-announces-positive-interim-phase-1-data-its-mrna-vaccine
3. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.05.13.093195v1
4. https://doi.org/10.1126/science.abc1932 (한글자료 https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=316518&SOURCE=6)
5. https://www.nature.com/articles/d41586-020-01247-2
6. https://www.nature.com/articles/d41586-020-01221-y (한글번역 https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=317312&SOURCE=6)
7. https://doi.org/10.1101/2020.05.13.092619

※ 출처: Naure https://www.nature.com/articles/d41586-020-01092-3

 

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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...
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