약물구조 정밀 규명 ‘핵자기공명 분석법’ 개발…"신약 개발 도움"

한국과학기술연구원(KIST)

1회 측정으로 고해상도 탄소 원자 핵자기공명정보를 얻을 수 있는 분석법이 표지논문으로 게재된 국제학술지 '앙게반테 케미' 최신호. 한국과학기술연구원(KIST) 제공

국내 연구진이 1회 측정으로 초고해상도 탄소 원자 핵자기공명정보를 얻을 수 있는 분석법을 개발했다. 화합물의 분자구조를 파악하는 데 활용돼 생명현상을 이해하고 질병 치료용 약물을 개발하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST)은 차진욱, 박진수 천연물인포매틱스연구센터 선임연구원 연구팀이 1회 측정을 통해 특정 수소와 연결된 탄소 원자핵의 정보를 선택적으로 측정할 수 있는 핵자기공명분광법(NMR) 분석법을 세계 최초로 개발했다고 29일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘앙게반테 케미’에 2일 표지논문으로 게재됐다.

기존 고가의 초고자장 NMR 장비조차 특정 수소 원자핵에 대한 선택적 NMR 신호 측정만이 가능했다. 수소 원자핵과 연결된 탄소 원자핵 신호의 신속한 측정은 불가능했다. 이 때문에 미세한 수준의 특정 수소-탄소 NMR 신호 분해능의 확보가 어려웠다. 의약품 원료와 독성 우려 약물의 화학구조 규명에 한계가 있었다.

연구팀은 탄소와 수소 원자 및 이들 간의 연결정보를 단시간에 선택적으로 분석할 수 있는 분석법인 ‘초선택성이종핵분극전달법(UHPT)’을 개발했다. 이 분석법은 탄소핵 NMR 신호 사이에서 단 한 번의 측정만으로 특정 수소 원자핵과 연결된 탄소를 구분한다. 수 헤르츠(Hz) 수준의 탄소핵 신호 분해능을 확보한다. 이를 통해 항암제로 이용되는 파클리탁셀처럼 여러 종의 약물로 개발돼 분자구조가 복잡한 천연 유래 물질의 구조를 명확하게 분석할 수 있다. 

연구팀은 나아가 이 분석법을 사용해 천연 유래 항암 물질 혼합물의 개별 탄소 핵 NMR 신호를 정밀 분석하는 데 최초로 성공했다. 닥티노마이신을 구성하는 아미노산의 광학이성질체와 살균 물질인 이프로발리카브를 구성하는 부분입체이성질체 혼합물의 신호를 정밀하게 분석했다.

이 분석법은 기존의 분석법 대비 빠르고 정확하면서 경제적인 것으로 나타났다. 대학이나 기업에서 보유하고 있는 NMR 장비에 적용할 경우 초고자장 NMR 장비 대비 약 5분의 1 수준의 측정시간으로 동등한 수준의 NMR 신호 분해능을 확보할 수 있음이 확인됐다.

차진욱 박사는 “새로운 NMR 분석법은 천연물 바이오 산업계에서 신규 소재 유효성분 규명 및 규격화를 위한 표준 분석기술로 활용할 수 있다”며 “의약품 개발과정에서 유효성과 안전성 규명에 결정적인 역할을 하는 부분입체이성질체의 구조 규명에 활용해 신약 개발 과정의 난제를 해결할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 

초선택성이종핵분극전달법(UHPT)을 개발한 연구진. 왼쪽부터 차진욱 천연물인포매틱스연구센터 선임연구원, 박진수 천연물인포매틱스연구센터 선임연구원. KIST 제공

[박정연 기자 hesse@donga.com]