생명연, 신약 발굴용 나노포어 센서 세계 최초 개발

지승욱 생명연 바이오의약연구부장 연구팀

(앞줄 왼쪽)지승욱 한국생명공학연구원(생명연) 바이오의약연구부장과 연구진들. /생명연 제공

국내 연구진이 신약 개발에 드는 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 신약 발굴 센서를 개발했다. 그동안 후보물질 탐색이 어려웠던 질환 표적들에 대한 새로운 신약 개발 접근법을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

한국생명공학연구원(생명연)은 지승욱 바이오의약연구부장 연구팀이 단일 분자 수준에서 극미량, 초고감도로 측정 가능한 고효율 신약 발굴용 나노포어(nanopore) 센서를 세계 최초로 개발했다고 12일 밝혔다.

후보물질을 발굴하는 건 신약개발 과정에서 첫 단추에 해당한다. 적합한 후보물질을 발굴하려면 치료하고자 하는 표적 질환 단백질과 약물 간 결합을 분석하는 게 관건이다. 기존 분석기술은 많은 비용과 시간을 투입해야 해 효율이 떨어진다는 평가가 많았다.

이에 나노포어 센서를 이용한 분석기술이 대안으로 각광받고 있다. 나노포어 센서란 1㎚(나노미터, 1㎚는 10억분의 1m) 크기 구멍을 통해 이온 흐름을 전기적으로 측정하는 센서다. 생체분자가 나노포어 내부를 통과할 때 발생하는 전기신호를 측정해 단일 분자의 특성을 분석할 수 있다. 다만 기존 나노포어 센서는 크기나 전하가 다양한 단백질을 측정하기 어렵고 단백질의 약물 결합 여부를 구분하기에는 민감도가 떨어진다는 문제점이 있었다.

연구팀은 단백질 엔지니어링 기술을 이용해 1㎚ 크기 구멍으로 표적 단백질을 하나씩 포집해 분석할 수 있도록 깔때기 구조의 센서를 디자인했다. 이를 통해 표적 단백질을 한 번에 한 개씩 개별 측정이 가능해졌다. 또 약물 분석에 필요한 시료량을 기존 대비 4500배 줄이면서 분석에 드는 시간과 비용을 크게 줄였다.

지 부장은 “(이번 성과로) 향후 신약 발굴에 소요되는 시간과 비용을 감소시켜 신약개발의 효율성을 높이고 그동안 신약 개발이 어려웠던 분야에서도 후보물질 발굴이 활발히 일어날 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구 성과가 담긴 논문은 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션에 지난 4일 온라인 게재됐다.

참고자료

Nature Communications, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-37098-4

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