전령 리보핵산(messenger RNA, mRNA) 백신은 코로나 바이러스 백신으로 시작해 신종 감염병 및 암을 치료할 수 있는 새로운 길을 제시해주었다. 이에 따라 시험관 내 전사 반응(in vitro transcription, IVT)으로 비면역성 mRNA를 정제하는 기술에 대한 수요가 증가하였다. mRNA는 시험관 내 전사 반응을 통해 합성된다. 시험관 내 전사 과정에 사용되는 T7 RNA 중합효소의 부정확한 효소 활성으로 이중가닥 RNA가 생성된다. 이중가닥 RNA에 의해 초래되는 면역 체계의 비 이상적인 활동 및 번역 효율 감소는 mRNA 백신 부작용의 원인으로 주목받고 있다. 따라서, mRNA 정제 공정에서는 이중가닥 RNA를 분리해내는 정제 단계가 필수적으로 포함된다.
본 연구에서 나는 다공성 실리카(mesoporous silica)와 스퍼미딘(spermidine)을 이용해 시험관 내 전사한 RNA로부터 단일가닥 RNA를 선별적으로 정제하는 방법을 개발하였다. 시험관 내 전사 반응의 완충용액에 포함된 폴리아민(polyamine)인 스퍼미딘이 이동상에 존재하면 시험관 내 전사반응으로 생성된 RNA는 다공성 실리카에 결합한다. 다공성 실리카에 RNA를 효과적으로 결합시킬 수 있는 선형 폴리아민은 2차 아민(secondary amine)이 포함된 폴리아민이었으며, 이 중 스퍼미딘이 다공성 실리카로부터 RNA를 결합 및 탈착시키는 데에 가장 효과적이다. 다공성 실리카에 결합한 RNA는 염화 나트륨, 요소, EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid)를 포함하는 완충용액에서 탈착된다. 이는 스퍼미딘이 이동상에 존재할 시, RNA가 다공성 실리카에 흡착되어 있는 힘이 정전기적 인력과 수소결합임을 시사한다. RNA를 용출할 수 있는 용액 중, EDTA를 용출 용액으로 사용할 시, 염화 나트륨을 이용해 용출했을 때보다 RNA 용출 효율이 4배 높았다. 더불어, EDTA를 이용한 용출법은 도입한 RNA에 존재하는 전체 이중가닥 RNA의 약 90% 이상을 제거할 수 있음을 확인하였다. 그러므로, 다공성 실리카, 스퍼미딘, 그리고 EDTA를 이용한 크로마토그래피 정제법은 시험관 내 전사 반응물로부터 이중가닥 RNA를 제거함으로써 비면역성 RNA를 정제할 수 있는 정제법으로써, 향후 mRNA 치료제 및 mRNA 백신 제조 공정에 활용될 수 있을 것이다.