“약물 스크리닝 시료량 4500배↓” 신약개발 비용·시간 확 낮춘다

- 생명硏, 고효율 신약발굴 나노포어 센서 개발

지승욱(앞줄 왼쪽) 박사 연구팀.[한국생명공학연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 천문학적 비용과 시간이 소요되는 신약개발 프로세스를 획기적으로 줄일 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국생명공학연구원 바이오의약연구부 지승욱 박사 연구팀은 단일 분자 수준에서 극미량, 초고감도로 측정 가능한 고효율 신약발굴용 나노포어(nanopore) 센서를 세계 최초로 개발했다고 12일 밝혔다.

이를 통해 신약개발의 효율성을 높이고, 그동안 후보물질 탐색이 어려웠던 질환 표적들에 대한 새로운 신약개발 접근법을 제시할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

신약개발의 첫 단추인 후보물질 발굴은 표적 질환 단백질과 약물 간 결합을 분석하는 것이 관건이나 기존 분석기술의 낮은 효율성으로 인해 후보물질 발굴에 요구되는 많은 비용과 시간으로 어려움을 겪고 있다.

현재까지 개발된 분석기술은 고가의 장비가 필요하거나 여러 분자를 조합 단위로 측정한 신호를 평균 내는 방식으로 민감도가 낮고 많은 양의 시료가 필요하며, 일부 표적 단백질과 약물은 시료의 용해도가 낮아 신약개발에 접근하기가 매우 어렵다.

나노포어 센서란 수 나노미터(㎚, 10억분의 1m) 크기의 구멍을 통한 이온의 흐름을 전기적으로 측정하는 센서 시스템으로, 생체분자가 나노포어 내부를 통과할 때 발생하는 전기신호를 측정하여 단일 분자의 특성을 분석할 수 있다.

하지만 기존 나노포어 센서는 크기나 전하가 다양한 단백질을 측정하기 어려우며, 단백질의 약물 결합 여부를 구분하기에는 민감도의 한계가 있었다.

단일 분자 수준으로 표적 단백질-약물 결합 측정 가능한 새로운 나노포어 센서 개발 모식도.[한국생명공학연구원 제공]

연구팀은 단일 분자 수준에서도 표적 단백질-약물 결합을 분석할 수 있는 고효율 신약발굴용 나노포어 센서를 개발했다.

먼저 연구팀은 단백질 엔지니어링 기술을 이용해 나노미터 크기인 구멍으로 1개의 표적 단백질만 포집할 수 있도록 깔때기 구조로 디자인했다.

전기삼투(electro-osmosis) 현상을 활용해 다양한 표적 단백질을 한 번에 한 개씩 개별적으로 측정할 수 있어 피코몰(picomole, 1조분의 1 mole) 수준의 극미량의 시료만으로도 초고감도로 약물 스크리닝이 가능하다.

이를 통해 기존 약물 스크리닝 기술인 핵자기공명분광법(NMR)과 비교해 시료량을 약 4500배 절감할 수 있어 매우 경제적이며, 표적 단백질과 약물 시료 준비에 드는 시간과 비용을 현저히 절감해줄 수 있다.

뿐만 아니라 동일한 표적 단백질에 결합된 서로 다른 저분자 약물들을 민감하게 구분할 수 있는 약물 지문(drug fingerprinting) 기술을 개발하여 효율적인 약효 분석과 약물의 작용 메커니즘을 정확하게 규명할 수 있도록 했다.

지승욱 박사는 “단일 분자로도 표적 단백질-약물 결합을 측정할 수 있는 초고감도의 새로운 나노포어 센서 개발에 성공하여 극미량 시료만으로도 고효율 신약발굴이 가능해질 것”이라며 “향후 신약발굴에 소요되는 시간과 비용을 감소시켜 신약개발의 효율성을 높이고, 그동안 신약개발이 어려웠던 표적들에 대해서도 신약개발 가능성이 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구성과는 과학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 4월 4일자에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com