보고서 정보
주관연구기관 |
고려대학교 Korea University |
연구책임자 |
김경현
|
참여연구자 |
김종성
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2023-05 |
과제시작연도 |
2022 |
주관부처 |
보건복지부 [Ministry of Health & Welfare(MW)(MW) |
등록번호 |
TRKO202400001407 |
과제고유번호 |
1465035713 |
사업명 |
감염병 예방‧치료 기술개발(사업단) |
DB 구축일자 |
2024-07-17
|
초록
▼
1. 연구개발 목표 및 내용
1) 최종목표 및 내용
※ 다중항원 스캐폴드 기반 범용 인플루엔자 백신 후보물질 개발
□ 최종 목표
기존 백신과 차별화된 다중항원 (multivalent antigens) 활용을 위하여, 다수의 인플루엔자 바이러스 유래 hemagglutinin 단백질 monomer 항원 및 자가조립 PCNA 스캐폴드 기반 융합단백질 제조기술, assembly를 통한 다중항원 제조기술을 단계별 최적화함. 융합단백질 및 다중항원 안정성 및 특성 연구와 동물실험 (마우스 및 페렛 혹은 기니픽)을 통한 i
1. 연구개발 목표 및 내용
1) 최종목표 및 내용
※ 다중항원 스캐폴드 기반 범용 인플루엔자 백신 후보물질 개발
□ 최종 목표
기존 백신과 차별화된 다중항원 (multivalent antigens) 활용을 위하여, 다수의 인플루엔자 바이러스 유래 hemagglutinin 단백질 monomer 항원 및 자가조립 PCNA 스캐폴드 기반 융합단백질 제조기술, assembly를 통한 다중항원 제조기술을 단계별 최적화함. 융합단백질 및 다중항원 안정성 및 특성 연구와 동물실험 (마우스 및 페렛 혹은 기니픽)을 통한 immunogenicity를 검증함. Self-assembled scaffold인 PCNA 단백질을 골격으로 하는 multivalent antigen 제조 platform의 구축과 이를 기반으로 하는 글로벌 경쟁력을 갖는 유니버설 인플루엔자 백신을 개발하고자 함. 궁극적으로는 호흡기 바이러스 질병을 예방할 수 있는 독창적인 다중항원 유니버설 백신 개발을 목표로 함.
- 1 세부: 계절 인플루엔자 H1, H3 아형과 B형 바이러스 유래의 HA 단백질 monomer 및 PCNA-항원 융합단백질 형태의 항원 안정성 (시간별, 온도별) 및 제조별 특성 optimization 연구를 수행함. HA 항원 단백질 monomer를 융합시켜 PCNA 기반 다중항원으로 최적화된 제조 기술을 기반으로 동물실험 (마우스 및 페렛 혹은 기니픽)을 통해서 상용 백신과 면역 효능을 검증, 비교할 것임.
- 2 세부: 단백질 다중결합 탐지 하이드로젤 기반 혁신 기술을 활용하여 자가조립 PCNA 스캐폴드 기반 다중항원의 결합특성 및 활성도를 평가하여 최적화 과정에 활용하고자 함. 혈청내 항체를 신속정밀하게 분석 가능한 하이드로젤 기반 바이오칩을 활용하여 PCNA-다중항원 기반 동물실험에서 항체의 형성 및 활성에 의한 면역 효능을 검증함.
□ 전체 내용
가. 1차 연도
① 개발 목표
1세부: 계절 인플루엔자 H1, H3 아형과 B형 바이러스 유래의 HA 단백질 monomer 및 PCNA-항원 융합단백질 형태의 항원 제조 단계별 및 안정성 (시간별, 온도별)을 비롯한 특성 최적화 연구를 수행함.
2세부: PCNA-항원 융합단백질의 특성 최적화 평가를 위한 제조 단계별 단백질 다중결합 반응성 하이드로젤 제작 기술을 확립하고 검증함.
② 연구개발 내용 및 범위
- 바이러스 단백질 (H1, H3, B HA) protein engineering: monomer 제조 단계별 최적화 및 안정성 개선, mammalian cell 기반 발현 및 정제
- PCNA 제조 단계별 최적화 및 항원과의 linker 의존 특성 탐색
- 각 HA monomer-PCNA subunit 융합단백질 안정성 및 특성 검증: binding affinity (SPR), Western blot, DSF, SEC-MALS, TEM
- 단백질 다중결합 탐지를 위한 생반응성 하이드로젤 입자 제작
- PCNA 기반 assembly 특성 평가를 위한 하이드로젤 기반 바이오칩 제작
- PCNA 융합단백질의 안정성 및 특성 평가방법 제시
나. 2차 연도
① 개발 목표
1세부: HA 단백질 monomer와 PCNA의 융합단백질 형태의 항원 제조 단계별 최적화 및 안정성 연구를 지속하며 세포성 면역증강 항원을 테스트함. 각 HA 항원 단백질 monomer-PCNA 융합단백질 발현, 정제 및 assembly 후 다중항원으로 제조하여 동물실험을 통해서 상용 백신과 면역효능을 검증, 비교할 것임.
2세부: PCNA-융합단백질의 최적화 및 안정성, 특성 평가 및 동물실험을 통해 생산되는 항체의 생성 및 활성을 평가함.
② 연구개발 내용 및 범위
- 바이러스 H1, H3, B HA monomer-PCNA 융합단백질 및 다중항원 안정성 및 제조 단계별 최적화 연구 지속 및 세포성 면역증강 항원 테스트
- 다중항원 기반 면역효능 동물실험: 6주령 마우스, PR8 challenge, 체중 및 생존율 변화, lung titer, neutralization 분석
- 혈청내 항체가 분석 및 stem 혹은 interface 항체 분석:그룹별 비교
- PCNA 기반 융합단백질 및 다중항원의 안정성을 단백질 다중결합 감지 하이드로젤 바이오칩을 활용하여 검증
- 다중항원 기반 면역효능 동물실험시 형성되는 항체를 하이드로젤 기반 항체 스크리닝용 바이오칩을 활용하여 신속 정밀하게 검증
다. 3차 연도
① 개발 목표
1세부: 다중항원 기반 mode of action 및 항체 분석 연구를 수행하며, 마우스 동물실험 데이터를 기반으로 페렛 혹은 기니픽을 활용한 동물실험을 통해서 상용 백신을 포함하는 그룹별 면역효능을 검증, 비교할 것임.
2세부: 신속정밀 항체 스크리닝이 가능한 하이드로젤 바이오칩을 제작하여 다중항원 기반 연구 항체 분석 및 동물실험을 통해 생산되는 항체 및 활성을 비교 평가 및 분석을 수행함.
② 연구개발 내용 및 범위
- 다중항원 세포성 면역증강 검증: ELISA, Western, ELISpot 기법 활용
- 면역효능 동물실험: 페렛 혹은 기니픽, PR8 challenge, weight change, 온도 변화 측정
- 동물실험 기반 그룹별 비교 분석: nasal wash virus titration 분석
- 다중항원의 특성 및 활성을 다중결합 감지 하이드로젤 바이오칩을 활용하여 검증
- 동물실험시 유도되는 면역반응을 신속정밀 항체 스크리닝용 하이드로젤 바이오칩을 활용하여 검증
※ (연구개발과제1) 다중항원 스캐폴드 기반 인플루엔자 항원개발
□ 최종 목표
다수의 인플루엔자 바이러스 유래 hemagglutinin 단백질 monomer 구조 특성과 자가조립 (self-assembled) scaffold에 융합시킨 mosaic mode 특성을 활용하는 독창적 기술로 글로벌 경쟁력을 갖는 다중항원 (multivalent) 범용 인플루엔자 백신 후보물질을 개발함.
오랫동안 HIV 이후 recombinant 단백질 항원은 trimer가 갖는 stability와 항체 epitope이 monomer-monomer interface에 걸쳐 존재한다는 점에서 trimer가 아니면 안되는 믿음이 지배하고 있음. 최근 연구결과에 따르면 monomer-monomer interface에 숨어있는 epitope이 cross-protective 항체 인식 부위로 발견되고 있으며, 성인 serum에서 특이항체가 발견되고 있다는 점임. 또한 recombinant 단백질 항원 면역 활성을 개선시키기 위해서는 바이러스 크기와 같은 nano size가 필요하며, 다중항원의 mosaic mode 시행이 admixture 보다 범용성을 확보하는데 매우 중요한 기술이기 때문에, scaffold 기반 monomer 다중항원을 백신 후보물질로 개발함.
계절 인플루엔자 H1, H3 아형과 B형 바이러스 유래의 HA 단백질 monomer 및 PCNA-항원 융합단백질 형태의 항원 안정성 (시간별, 온도별) 및 제조별 특성 optimization 연구를 수행함. HA 항원 단백질 monomer를 융합시켜 PCNA 기반 다중항원으로 최적화된 제조 기술을 기반으로 동물실험 (마우스 및 페렛 혹은 기니픽)을 통해서 상용 백신과 면역 효능을 검증, 비교할 것임.
□ 전체 내용
Scaffold 단백질을 기본골격으로 하는 fusion 단백질 형태로 immunogenicity를 향상시킴.
인플루엔자 바이러스 H1, H3 아형과 B형 바이러스 유래의 HA 단백질을 scaffold에 각각 결합함으로써, 자가조립 scaffold를 기반으로 하는 다중항원 제조 및 면역 활성을 동물실험을 통하여 TIV 백신과 비교함.
1차년도 : 계절 인플루엔자 H1, H3 아형과 B형 바이러스 유래의 HA 단백질 monomer 및 PCNA-항원 융합단백질 형태의 대량생산을 위해서 항원 제조 단계별 및 안정성 (시간별, 온도별)을 비롯한 특성 최적화 연구를 수행함.
2차년도 : HA 단백질 monomer와 PCNA의 융합단백질 형태의 항원 제조 단계별 최적화 및 안정성 연구를 지속함. 각 HA 항원 단백질 monomer-PCNA 융합단백질 발현, 정제 및 assembly 후 다중항원으로 제조하여 동물실험을 통해서 상용 백신과 면역효능을 검증, 비교할 것임.정밀하게 검증
3차년도 : 다중항원 기반 mode of action 및 항체 분석 연구를 수행하며, 마우스 동물실험 데이터를 기반으로 페렛 혹은 기니픽을 활용한 동물실험을 통해서 상용 백신을 포함하는 그룹별 면역효능을 검증, 비교할 것임.
※ (연구개발과제2) 다중결합 반응성 하이드로젤 바이오칩 기반 다중항원 및 항체평가
□ 최종 목표
다수의 인플루엔자 바이러스 유래 hemagglutinin 단백질 monomer 구조 특성과 자가조립 (self-assembled) scaffold에 융합시킨 mosaic mode 특성을 활용하는 독창적 기술로 글로벌 경쟁력을 갖는 다중항원 (multivalent) 범용 인플루엔자 백신 후보물질을 개발함.
오랫동안 HIV 이후 recombinant 단백질 항원은 trimer가 갖는 stability와 항체 epitope이 monomer-monomer interface에 걸쳐 존재한다는 점에서 trimer가 아니면 안되는 믿음이 지배하고 있음. 최근 연구결과에 따르면 monomer-monomer interface에 숨어있는 epitope이 cross-protective 항체 인식 부위로 발견되고 있으며, 성인 serum에서 특이항체가 발견되고 있다는 점임. 또한 recombinant 단백질 항원 면역 활성을 개선시키기 위해서는 바이러스 크기와 같은 nano size가 필요하며, 다중항원의 mosaic mode 시행이 admixture 보다 범용성을 확보하는데 매우 중요한 기술이기 때문에, scaffold 기반 monomer 다중항원을 백신 후보물질로 개발함.
단백질 다중결합 탐지 하이드로젤 기반 혁신 기술을 활용하여 자가조립 PCNA 스캐폴드 기반 다중항원의 결합특성 및 활성도를 평가하여 최적화 과정에 활용하고자 함. 혈청내 항체를 신속정밀하게 분석 가능한 하이드로젤 기반 바이오칩을 활용하여 PCNA-다중항원 기반 동물실험에서 항체의 형성 및 활성에 의한 면역 효능을 검증함.
□ 전체 내용
Scaffold 단백질을 기본골격으로 하는 fusion 단백질 형태로 immunogenicity를 향상시킴.
인플루엔자 바이러스 H1, H3 아형과 B형 바이러스 유래의 HA 단백질을 scaffold에 각각 결합함으로써, 자가조립 scaffold를 기반으로 하는 다중항원 제조 및 면역 활성을 동물실험을 통하여 TIV 백신과 비교함.
1차년도 : PCNA-항원 융합단백질의 특성 최적화 평가를 위한 제조 단계별 단백질 다중결합 반응성 하이드로젤 제작 기술을 확립하고 검증함.
2차년도 : PCNA-융합단백질의 최적화 및 안정성, 특성 평가 및 동물실험을 통해 생산되는 항체의 생성 및 활성을 평가함.
3차년도 : 신속정밀 항체 스크리닝이 가능한 하이드로젤 바이오칩을 제작하여 다중항원 기반 연구 항체 분석 및 동물실험을 통해 생산되는 항체 및 활성을 비교 평가 및 분석을 수행함.
3) 연구개발 성과 및 기대효과
※ 다중항원 스캐폴드 기반 범용 인플루엔자 백신 후보물질 개발
□ 연구개발성과 활용계획 및 기대효과
Self-assembled molecular scaffold를 이용한 fusion 시스템을 도입함으로써 다양한 바이러스 항원 단백질 분자 응용을 통해서, molecular scaffold 기반 다중항원 연구를 확장할 계획임. 이는 바이러스 multi 항원 fusion 기술 구축이 가능함. 즉, PCNA1, PCNA2, PCNA3 heterotrimer의 self-assembly를 이용하여, 이들 말단에 H1 HA, H3 HA, B HA 외에도 H5 HA 혹은 5x M2e 등을 추가로 multi 항원에 동시에 결합시킴으로써 다중항원을 mosaic mode로 개발할 수 있다면 명실공히 유니버설 인플루엔자 바이러스 백신으로 개발이 가능할 것임.
바이러스 표면단백질 monomer 특성 및 면역 활성 연구를 통해서 monomer 형태의 항원단백질의 중요성을 검증하고, 더 나아가 scaffold PCNA 기반 퓨전단백질을 제조하고 이를 활용한 동물실험 결과를 통하여 지적재산권을 확보할 것임.다중항원 기반 유니버설 백신 연구는 바이러스 질병 예방을 효과적으로 제어할 수 있는 국제 경쟁력을 갖추어 미래 질병관리에 중요한 유니버설 백신 비축으로 질병 방역에 공헌을 할 것임. 선진국과의 보건 의료기술의 격차를 줄이는데 일조할 수 있고, 시장전망이 좋은 국내산업 분야의 기술 경쟁력 향상 및 국민 보건 향상에 기여할 것임.
기술적 측면
- 현재 설계 확보한 monomeric 항원을 scaffold에 융합시킨 다중항원 개발은 독창적이며 신규성을 검증함으로써 범용 백신용 스캐폴드로 개발이 가능할 것임.
- 다중항원 개발에 따른 바이러스 감염예방 백신개발로 scaffold-based fusion technology 플랫폼의 구축으로 세계적으로 추진되는 prototype vaccinology platform으로 자리매김할 것임.
- 범용 백신용 스캐폴드 기술이 개발된다면, 예상 매출액 900억원, 수입대체효과 500억원, 수출증대 효과 500억원 및 고급인력양성 또는 고용 창출 효과에 영향을 미칠 것임.
- 스캐폴드 기반 다중 항원의 결합 특성 및 활성도를 생반응성 하이드로젤을 활용하여 평가함으로써 최적화된 백신용 스캐폴드로 개발이 가능할 것임.
- 생반응성 하이드로젤 바이오칩 기술을 활용하여 다중항원을 활용한 백신 개발 시 유도되는 면역항체의 혈액 내 발현농도를 단시간 내에 정확하고 효율적으로 측정 가능하여 검증된 백신 개발이 가능할 것임.
경제적, 산업적 측면
- 바이러스 질병의 출현에 따른 재난 질환이 국가 사회적으로 큰 문제점을 안고 있는 시대에 바이러스 단백질 기반 범용 백신용 스캐폴드 다중항원 연구는 바이러스 질병 예방을 효과적으로 제어할 수 있는 국제 경쟁력을 갖출 독창적인 기술로서 백신 주권을 지킬 수 있을 것임.
- 인류의 미래 질병 관리에 중요한 유니버설 항원 백신의 비축으로 국가적 비상사태를 조기에 파악하여 경보체제를 가동함으로써 의료비용 감소와 더 나아가 농업 손실을 예방할 수 있음.
- 바이러스 질병 분야의 보건의료기술 발전을 이끌어 이 분야에서 선진국과 보건 의료기술의 격차를 줄이는데 일조할 수 있고, 시장전망이 좋은 국내산업 분야의 기술 경쟁력 향상 및 국민 보건 향상에 기여할 것임.
- 하이드로젤 기반의 바이오센서 개발로 바이러스 치료제 효능 검증 및 독성 평가 모니터링용 고가 장비를 대체할 수 있으며 시간 단축을 통해 신약개발에 투입되는 조기 비용을 절감할 수 있을 것임. 이로 인한 고효율 저비용 치료법 개발로 인한 사회 구성원의 건강 증대 삶의 질 향상될 수 있음.
※ (연구개발과제1) 다중항원 스캐폴드 기반 인플루엔자 항원개발
□ 연구개발성과 활용계획 및 기대효과
Self-assembled molecular scaffold를 이용한 fusion 시스템을 도입함으로써 다양한 바이러스 항원 단백질 분자 응용을 통해서, molecular scaffold 기반 다중항원 연구를 확장할 계획임. 이는 바이러스 multi 항원 fusion 기술 구축이 가능함. 즉, PCNA1, PCNA2, PCNA3 heterotrimer의 self-assembly를 이용하여, 이들 말단에 H1 HA, H3 HA, B HA 외에도 H5 HA 혹은 5x M2e 등을 추가로 multi 항원에 동시에 결합시킴으로써 다중항원을 mosaic mode로 개발할 수 있다면 명실공히 유니버설 인플루엔자 바이러스 백신으로 개발이 가능할 것임.
바이러스 표면단백질 monomer 특성 및 면역 활성 연구를 통해서 monomer 형태의 항원단백질의 중요성을 검증하고, 더 나아가 scaffold PCNA 기반 퓨전단백질을 제조하고 이를 활용한 동물실험 결과를 통하여 지적재산권을 확보할 것임.다중항원 기반 유니버설 백신 연구는 바이러스 질병 예방을 효과적으로 제어할 수 있는 국제 경쟁력을 갖추어 미래 질병관리에 중요한 유니버설 백신 비축으로 질병 방역에 공헌을 할 것임. 선진국과의 보건 의료기술의 격차를 줄이는데 일조할 수 있고, 시장전망이 좋은 국내산업 분야의 기술 경쟁력 향상 및 국민 보건 향상에 기여할 것임.
※ (연구개발과제2) 다중결합 반응성 하이드로젤 바이오칩 기반 다중항원 및 항체평가
□ 연구개발성과 활용계획 및 기대효과
Self-assembled molecular scaffold를 이용한 fusion 시스템을 도입함으로써 다양한 바이러스 항원 단백질 분자 응용을 통해서, molecular scaffold 기반 다중항원 연구를 확장할 계획임. 이는 바이러스 multi 항원 fusion 기술 구축이 가능함. 즉, PCNA1, PCNA2, PCNA3 heterotrimer의 self-assembly를 이용하여, 이들 말단에 H1 HA, H3 HA, B HA 외에도 H5 HA 혹은 5x M2e 등을 추가로 multi 항원에 동시에 결합시킴으로써 다중항원을 mosaic mode로 개발할 수 있다면 명실공히 유니버설 인플루엔자 바이러스 백신으로 개발이 가능할 것임.
바이러스 표면단백질 monomer 특성 및 면역 활성 연구를 통해서 monomer 형태의 항원단백질의 중요성을 검증하고, 더 나아가 scaffold PCNA 기반 퓨전단백질을 제조하고 이를 활용한 동물실험 결과를 통하여 지적재산권을 확보할 것임.다중항원 기반 유니버설 백신 연구는 바이러스 질병 예방을 효과적으로 제어할 수 있는 국제 경쟁력을 갖추어 미래 질병관리에 중요한 유니버설 백신 비축으로 질병 방역에 공헌을 할 것임. 선진국과의 보건 의료기술의 격차를 줄이는데 일조할 수 있고, 시장전망이 좋은 국내산업 분야의 기술 경쟁력 향상 및 국민보건 향상에 기여할 것임.
(출처 : 요약문 2p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 요 약 문 ... 2
- 목차 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
- 1-1. 연구목표 ... 7
- 1-2. 연구내용 및 범위 ... 7
- 1-3. 연구개발의 필요성 ... 9
- 1-4. 연구개발의 중요성 ... 15
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 19
- 2-1. 국내외 관련분야의 환경변화 ... 19
- 3. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 26
- 3-1. 연구개발과제의 최종 목표 ... 26
- 3-2. 연구개발과제의 추진전략⋅방법 ... 26
- 3-3. 연구개발과제의 추진체계 ... 30
- 3-4. 연구개발 성과 및 평가방법 ... 35
- 3-5. 연구개발 기간 내 주요 변경사항 ... 36
- 3-6. 연구개발과제의 수행 내용 ... 36
- 4. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 64
- 4-1. 정성적 연구개발성과 ... 64
- 4-2. 정량적 연구개발성과 ... 65
- 4-3. 세부 정량적 연구개발성과 ... 66
- 4-4. 계획하지 않은 성과 및 관련 분야 기여사항 ... 71
- 5. 목표 미달 시 원인분석 ... 72
- 6. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 73
- 7. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 74
- 8. 참고문헌 ... 75
- 끝페이지 ... 76
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