KOSEN 한인과학기술자네트워크

신약플랫폼기술연구그룹은 2009년 한국화학연구원 신약연구본부소속의 “신약플랫폼기술팀”으로 처음 출발하였습니다. 현재 배명애 박사님이 그룹책임자이시고 생명공학, 약학, 화학, 미생물 등 다양한 전공 공부를 마친 석, 박사 연구원 및 학위 과정생 등을 포함하여 20 여 명이 활발하게 연구에 참여하고 있습니다.
신약플랫폼기술은 다양한 신약을 만들어 낼 수 있는 기반기술로써 신약개발의 효율성 측면에서 매우 중요한 의미를 갖습니다. 우리 신약플랫폼기술연구그룹은 세심한 관찰과 끊임없는 연구 노력으로 국내 실정에 맞는 약물성 평가 스크리닝 기법을 테스트하고 또한 관련 기관에 지원함으로써 국내 제약산업의 선진화와 신약개발 효율성 향상을 통해 국내 의약산업 발전에 기여하고자 하는 목표를 가지고 있습니다.

신약플랫폼기술은 전임상 이전의 후보물질 발굴단계에서 신약후보물질의 물성분석, 독성, 약동력학, 화학설계를 통해 신약으로서의 가능성이 가장 높은 후보물질을 찾아내는 역할을 수행하고 있습니다. 이러한 기술들은 한국화학연구원 신약플랫폼기술연구그룹 웹사이트를 통해 지원하고 있습니다. (http://ddpt.krict.re.kr)물성 분석은 후보 물질의 용해도, 이온화도, 안정도, 친지질도, 막투과도 등을 평가함으로써 물질의 고유적인 특성을 알아보는 단계이고, 독성 평가는 후보 물질이 가진 독성을 평가하는 것으로 심장, 간 등 사람의 주요 장기에 어떤 부정적인 영향과 유전적 변이를 유발하는지를 분석 평가합니다. 약동력학은 특정 약물이 체내에 투입돼 어떤 과정으로 흡수되고 어느 조직에 어떤 영향을 미친 뒤 제외로 배출되는가의 전 과정을 분석하는 것입니다.

2.1 물성 분석

스크리닝을 통하여 흡수, 분포, 대사, 배설, 독성 등에 영향을 미치는 주요 성질들을 파악함으로써 신약개발 초기단계에서 고품질의 선도물질을 선별하기 위한 필수요소입니다. 용해도 평가에는 크게 정적용해도와 동적용해도 방법이 있습니다. (그림 1) 정적 용해도는 가장 안정한 결정상태의 화합물과 평형을 이루는 상태의 농도를 말하며, 주로 개발단계 화합물의 용해도 평가에 이용됩니다. 동적용해도는 DMSO가 포함된 용액에서 화합물의 침전이 생기기 시작하는 순간의 농도를 말하며 주로 탐색단계의 다수 화합물에 대한 용해도 평가에 이용됩니다. 이온화도(pKa)는 pH에 따른 화합물의 이온화 정도를 나타내며 용해도와 막투과도 등 인체 내의 다양한 pH 환경에서 화합물의 흡수와 활성에 크게 영향을 끼칩니다.

친치질도는 주로 물과 옥탄올 계에서 화합물의 분배계수로 나타내는데 화합물이 완전히 중성상태인 pH에서 측정되었을 때를 logP로, 화합물이 부분적으로 이온화되었을 때의 분배계수를 log D로 정의하여 pH와 함께 나타냅니다. 친지질도는 화합물의 용해도, 막 투과도 및 단백질 흡착성과 관련되어 약효, 대사, 분포 (흡수, 혈액-뇌 관문, 혈장 단백질 흡착, 분포용적) 및 독성을 결정짓는 중요 특성인자입니다. (그림 2)
인공막 투과도 (PAMPA)는 화합물의 흡수를 결정하는 주요 요소입니다. 경구로 투여된 약물이 전신 순환계로 흡수되기 위해서는 소장 상피 세포를 통과해야 합니다. 특히, in vitro 활성 시험에서 화합물이 세포 내 표적에 도달하기 위해서는 세포의 지질 이중층막을 투과해야 하므로 막 투과도의 측정은 초기 또는 중기 신약 개발 단계에서 필수적인 요소입니다. (그림 3)

화합물의 안정도는 약물의 흡수 전후의 깨짐이나 변질을 예측하는데 매우 중요한 인자입니다. 이를 통하여 가장 안정한 pH 조건을 찾아내어 용액상태의 formulation 개발에 활용할 수 있습니다.

2.2 약동력학 및 독성 평가

우리 연구실에서 구축되어 있는 시험법으로는 in vitro 시험계로는 약물의 간대사를 예측할 수 있는 간마이크로좀 안정성 시험, 약물의 흡수 및 분포를 예측할 수 있는 세포막투과 시험, 약물의 상호작용을 예측할 수 있는 CYP450 대사효소저해 시험(그림 4), 약물의 혈장단백결합율 평가 등을 수행하고 있습니다.

그리고 이러한 in vitro 실험을 통해 랫트를 이용하여 in vivo 생체이용률 및 약동력학 파라미터들을 측정하는 등 다양한 in vivo 약동력학 시험을 통한 약물의 체내동태를 평가하는 실험을 수행하고 있습니다. (그림 5) 또한 신약개발 초기 단계 이후의 개발 가능성이 있는 신약 후보물질의 체내동태 정보를 더 많이 얻을 수 있도록 해석하는데 도움이 되는 심도 깊은 약동력학 연구 시스템을 확보하고자 하고 있습니다.

독성 시험법으로는 크게 일반독성, 유전독성, 간독성, 심장독성으로 나눌 수 있습니다. 일반독성시험은 마우스에 고용량의 약물을 단회투여하여 LD50를 확인하는 단회투여독성시험과 5종(NIH3T3, VERO, L929, HFL-1, CHO-K1)의 세포주를 대상으로 하는 세포독성시험으로 분류할 수 있으며, 간독성은 국내 처음 도입한 방법으로 Zebrafish 발생 시스템을 이용하여 간의 변형 여부를 확인하며 (그림 6), 이외에도 발생독성, 신경독성. 심장독성연구에도 제브라 피쉬 시스템을 활용하여 독성 평가를 수행 하고 있습니다. 한편 유전독성은 초기 단계에서 가장 널리 사용되는 평가방법인 bacterial reverse mutation assay (Ames test)가 확립되어 있고, 유전독성의 3-battery system의 하나인 소핵형성 여부, 염색체 이상등을 평가 할 수 있는 평가방법도 확립하였습니다.

또한 국내 최초로 16 channel auto-patch clamp를 이용한 cell-based hERG channel inhibition assay를 수행하고 있으며 (그림 7), 더불어 hERG ligand를 이용한 binding assay도 동시에 확립하여 (그림 8) 신약후보물질의 심장독성 평가시험을 진행하고 있습니다.

2.3. 분자설계기술 연구

분자설계기술은 신약으로서의 가능성을 가지는 화합물들을 눈으로 보고 만지면서 설계 가능하게 함으로써 신약개발의 비용과 시간을 줄이는데 기여하고 있습니다. 컴퓨터 기반의 분자설계기술은 신약개발을 위한 표적 물질들 (단백질, DNA, RNA 등) 과 표적물질에 작용하는 약물 후보 화합물들을 눈으로 볼 수 있도록 구현하고, 약물이 작용하는 중요한 자리 (활성자리)를 밝히며, 어떤 작용에 의해 약물이 효과를 나타낼 수 있는지를 계산하여 예측함으로 실험자들에게 화합물 합성을 위한 아이디어를 제공하거나 독창적으로 설계된 화합물 구조를 제공하게 됩니다. 이때 주로 사용되는 방법은 크게 표적물질의 구조를 아는 경우와 그렇지 못한 경우로 나누어, 전자를 표적단백질기반 분자설계라 부르고, 후자를 리간드 (단백질에 작용하는 저분자화합물)기반 분자설계라 부릅니다. 연구단계의 초기에는 리간드?표적단백질 정보를 바탕으로 한 가상탐색방법을 통해서 효율적이고 신속한 초기유효물질을 도출할 수가 있습니다.
분자설계기술에서는 분자수준의 상호작용을 가상공간에서 살펴봄으로 표적단백질의 특성을 고려한 합리적인 화합물 설계를 통해 화합물을 소비하지 않고 화합물의 약효를 예측할 수 있으므로 의약화학의 효율성을 증가시킬 수 있습니다. 따라서, 본 연구실에서는 초기 유효물질들의 물성 향상 및 약동력학적 성질 개선을 위해 화합물의 물리화학적 성질 계산과 CYP450 (CYP3A4, 2D6, 2C9, 1A, 2C19) 저해 및 hERG/BBB 투과도/독성 예측을 위한 프로토콜을 개발?활용하고 있습니다.

2012년 초 우리 연구실에서는 배명애 박사님이 세계 최초로 골다공증 치료제 후보물질을 발견하여 제약 회사에 기술 이전하는 쾌거를 이루었습니다. 이러한 큰 성과는 다름 아닌 우리 연구실만이 가지고 있는 다양한 분야의 연구를 적극적으로 배우며 동시에 도울 수 있는 연구 환경이었기에 가능한 일이었습니다. 신약가능성이 있는 몇 몇 후보물질들이 먼저 선별되어 우리 연구실에서 수행하고 있는 다양한 시험법을 통해 여러 사람의 능력이 동시에 보태어지면서 짧은 시간 안에 얻은 값진 결과였습니다.
우리 연구실에 잘 갖추어진 실험 인프라를 바탕으로 현재 진행하고 있는 신약플랫폼기술 이외에 새로운 개념의 기술들을 도입하여 활발하게 연구 중에 있습니다. 연구원들간의 토론 시간에 다른 전공별 연구들을 서로 접목하여 부족한 부분을 채워나가려는 노력을 하면서 시너지 효과를 발휘하여 또 다른 빛나는 성과를 기대하고 있습니다. 또한 우리 연구실의 많은 사람들의 힘으로 이루어내고 현재도 개발하고 있는 신약플랫폼기술들을 통해 국내 신약개발 초기 단계의 후보물질 선별 과정을 좀 더 빠르고 정확하게 이끌어가는 데에 일조하기 위해 지속적으로 노력할 것입니다.

대전시 유성구 장동 한국화학연구원 7동 114호에 위치하고 있습니다. 더 궁금하신 부분 있으시면 저희 웹싸이트(http://ddpt.krict.re.kr) 방문을 권해드립니다.
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