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해설: COVID-19 백신에 대한 업데이트

해설
2021-01-11 Matthew E Levison, MD, Adjunct Professor of Medicine, Drexel University College of Medicine

2020년 12월 중순 기준, 뉴욕 타임즈(The New York Times) 코로나바이러스 백신 추적기록표에 열거된 백신은 인간 대상 임상시험 중인 59개, 이 중 16개는 시험의 최종 단계(제3상)에 도달했다. 최소 86개의 추가 백신이 동물을 대상으로 임상시험 중이다(https://www.nytimes.com/interactive/2020/science/coronavirus-vaccine-tracker.html). SARS-CoV-2 백신은 여러 다른 기술에 기반하고, 이러한 기술이 접종 횟수, 실온에서의 안정성, 개발 속도, 확장성, 보강제(백신 첨가제) 필요, 비용과 같은 백신의 속성을 결정한다.

 

COVID-19 백신 유형은 무엇인가?

COVID-19를 야기하는 바이러스인 SARS-CoV-2에 대한 백신은 크게 다음과 같은 두 개의 범주로 분류할 수 있다.

  • 유전자 기반
  • 단백질 기반

 

유전자 기반 백신은 RNA, DNA, 바이러스 벡터, 생약독화 SARS-CoV-2 바이러스 백신을 포함한다.

단백질 기반 백신은 불활성화 SARS-CoV-2 바이러스와 바이러스 단백질 또는 단백질 조각 단편(아단위) 백신을 포함한다.

대부분의 이 백신들은 면역체계가 스파이크 단백질을 인식하여 공격하도록 교육시킨다. 이 단백질은 SARS-CoV-2 바이러스 표면에 산재해 있으며 바이러스가 숙주 세포에 결합하게 한다.

mRNA 백신: SARS-CoV-2는 RNA 바이러스로, 유전자 물질로 RNA(리보핵산)를 함유한다. 여러 COVID-19 백신은 스파이크 단백질을 코드화하는 (전령 RNA 또는 mRNA 형태의) 유전자 인공 조각 단편을 사용한다. 이 mRNA 유전자 조각 단편은 유전자가 백신 접종자의 세포에 침투할 수 있게 해주는 얇은 지방질(지질) 층으로 코팅되어 있다. 그 후 접종자의 세포는 이 인공 유전자를 사용하여 스파이크 단백질을 합성하고 난 후, 보호 면역 반응을 자극한다. 3 또는 4주 간격으로 2회 접종이 필요하다. 이제 미국 규제당국으로부터 긴급 사용 승인을 받은 두 mRNA 백신은 현재 여러 국가들에서 국민들의 예방 접종에 사용되고 있다.

DNA 백신: 한 SARS-CoV-2 백신은 유사한 유전자 조각 단편을 사용하나, 이 경우 DNA 조각은 스파이크 단백질을 코드화한다. 이 DNA 조각은 백신 접종자의 세포로 직접 침투하며, 그 후 접종자의 세포가 스파이크 단백질을 생성한다.

바이러스 벡터 백신: 바이러스 벡터 백신에서, SARS-CoV-2 스파이크 단백질 유전자는 백신 접종자의 세포로 유전자를 전달하는 무해한 운반체 바이러스에 삽입되고, 그 후 이는 유전자를 판독하여 마치 자체 단백질 중 하나인 것처럼 스파이크 단백질을 조립한다. 스파이크 단백질은 접종자 세포 표면에 발현되어 면역 반응을 야기한다. 가장 흔한 바이러스 벡터는 비복제 인간 아데노바이러스로, 이후 약화되어 질병을 야기할 수 없도록 만든다.

생약독화 SARS-CoV-2 백신: 다른 유형의 백신은 생약독화 SARS-CoV-2로 구성된다. 바이러스는 여전히 전염성이 있고 면역 반응을 야기할 수 있다. 세이빈(Sabin) 경구용 소아마비 바이러스 백신과 같은 일부 생약독화 백신의 경우, 약독화 바이러스가 전체 독력으로 복귀하여 질병을 야기할 수 있는 희박한 가능성이 있다. 이 복귀가 생약독화 SARS-CoV-2 백신 투여 시 발생할 것인지는 알려져 있지 않다.

불활성화 SARS-CoV-2 백신: 이 백신은 열, 방사선 또는 화학물질로 불활성화하여 바이러스의 복제 능력을 완전히 중단시킨 SARS-CoV-2 바이러스를 사용한다.

단백질 기반 백신: 이 백신에는 보호 면역 반응을 자극하는 SARS-CoV-2 단백질 또는 단백질 조각 단편(아단위)이 들어 있다. 항체 반응의 강도와 지속성을 강화하기 위해 백신 첨가제인 보강제가 필요하다.

비주사형 임상시험용 백신: 이전 논의한 모든 백신 유형은 주사로 투여한다. 비강 스프레이, 흡입형 백신(천식 흡입제와 유사)을 포함한 다른 백신 투여 경로들도 또한 평가 중이다. 정상형 바이러스의 공격 방식을 복제함으로써, 이 백신들은 기도의 점막 표면에서 국소 면역을 보다 효과적으로 자극할 수 있다.

 

COVID-19 백신 1회 접종으로 충분할까?

많은 전형적인 아동기 백신은 몇 주 후 또는 일부 백신의 경우 심지어 몇 년 후에 추가 접종으로 알려진 또 다른 용량 접종이 필요하다. 추가 접종 용량은 면역 반응과 기억을 강화한다.

현행 FDA 승인 백신들은 3주 또는 4주 간격으로 2회 접종한다. 이러한 2회 접종 백신의 1회 주사로 COVID-19를 예방할 수는 있으나 2회 접종만큼 예방력이 있지는 않으며, 얼마 동안 지속되는지는 알려져 있지 않다. 여전히 시험 단계에 있는 여러 다른 백신들은 1회 접종으로 설계되었으나, 이를 입증할 수 있는 유효성 데이터는 아직 이용 가능하지 않다는 점을 주목할 만하다.

의사들은 1차와 2차 접종에 2개의 다른 COVID-19 백신을 사용하는 경우 면역 반응과 안전성이 어떻게 나타날지 모르기에, 현재 2차 접종에 동일한 백신 접종을 권장한다.

 

스파이크 단백질 돌연변이가 백신 유효성을 약화시킬 수 있나?

바이러스는 끊임없이 변이한다. 평균적으로, 2020년 10월 채취한 SARS-CoV-2 바이러스는 2020년 1월 염기서열을 분석한 첫 균주와 비교해 약 20개의 누적 돌연변이를 가지고 있다. 대부분의 돌연변이는 바이러스에 나쁘거나 아무런 효과가 없다. 그러나 최근 여러 스파이크 단백질에 돌연변이가 발생한 새로운 변이는 전염성이 70% 더 높고, 현재 런던에서 보고된 신규 감염의 60% 이상이 이 때문인 것으로 알려졌다(https://www.nytimes.com/2020/12/19/world/europe/coronavirus-uk-new-variant.html#click=https://t.co/kOLMhkBZfx). 스파이크 단백질 돌연변이가 백신 유효성에 영향을 미칠 수 있는 가능성이 있으나, 전염성이 더 높은 이 새로운 변이체가 현행 백신의 효과를 약화시킬지 판단하기에는 시기 상조이다.

새로운 변이체로 인한 예방접종 실패와 돌파 감염 가능성을 확인하기 위해 COVID-19 백신 접종자들을 모니터링해야 할 필요가 있다.

 

백신이 SARS-CoV-2 전파를 차단할 수 있나?

현재 FDA 승인을 받은 COVID-19 백신의 제3상 임상시험들은 주로 증상성 감염을 예방하고 감염 중증도를 완화시킬 수 있는 각 백신의 능력을 평가하도록 설계되었다. 그러나 임상시험들은 백신이 전염성이 있는 것으로 알려진 무증상 감염을 예방하는지 확인하지 못했다. 따라서 의사들은 현재 승인된 백신 중 하나를 접종받은 접종자들이 여전히 무증상 감염에 걸려 바이러스를 전파할 수 있을지는 알지 못한다.

그러나 2개의 FDA 승인을 받은 mRNA 백신 중 하나는 1차 백신 접종과 2차 접종 사이에 무증상 감염을 63% 감소시켰다. 따라서 증상성 감염에 대한 유효성이 매우 높은 이 두 mRNA 백신이 일정 정도 전파를 감소시킬 가능성이 매우 높다. 또한 (현재 미국에서 승인되지 않은 아스트라제네카(AstraZeneca)와 옥스퍼드 대학이 개발한) 또 다른 백신도 위약군과 비교해 무증상 감염 사례 수를 감소시킨 것으로 알려져 있다.

 

백신이 지역 전염병 유행을 어떻게 종식시킬 수 있나?

지역 전염병 유행을 종식시키기 위해 모든 사람들이 면역을 형성해야 하는 것은 아니다. 지역사회의 많은 수의 구성원들이 자연 감염 또는 예방접종을 통해 질병에 대한 면역을 형성하는 경우, 사람들 간 질병 전파가 유행을 중단시키기에 충분한 정도로 제한된다(이를 집단 면역이라고 함). 집단 면역을 달성하는 데 전체 인구 중 몇 퍼센트가 면역을 형성해야 하나? 이는 여러 요인들에 따라 다르고, 특히 전파를 예방하는 백신 유효성, 질병의 전염력에 따라 다르다. 의사들은 전염병 유행을 중단시키기 위해 전체 인구의 약 70 ~ 80%가 SARS-CoV-2에 대한 면역력을 형성해야 한다고 추정했다. 보다 전염력이 강한 바이러스 균주가 나타나거나 백신의 전파 차단력이 약한 경우, 전염병 유행을 중단시키기 위해 보다 높은 비율의 인구들이 면역력을 형성해야 할 것이다.

이를 달성할 때까지, 사람들은 SARS-CoV-2 전파를 줄이는 다른 방법들을 사용해야 할 필요가 있다. 물리적 거리 두기, 공공 장소에서 마스크 착용, 비-필수 근로자들의 자택 대기가 이러한 방법에 포함된다. 이러한 제한 조치들을 고위험군(예, 고령자들)뿐만이 아닌 일반 대중들에게 적용해야 하며, 이는 고위험군이 아닌 경우 중증의 질병을 앓게 될 가능성이 낮을지라도, 감염 위험은 그에 못지 않게 높기에 고위험군에게 감염을 전파할 수 있기 때문이다. 또한 저위험군이라고 해서 위험이 전혀 없는 것은 아니므로, 이들 중 소수일지라도 중증 질병 및/또는 장기적인 장애를 겪게 될 수도 있다.