AI 기반 신약 개발 `성큼`…21종 화학반응을 동시에 분석

KAIST, 비대칭 촉매 반응 동시 분석법 개발
불소 핵자기공명분광기 활용..AI기반 연구 확대

KAIST가 개발한 '불소 핵자기공명분광기 기반 다기질 스크리닝 기술' 개념도. KAIST 제공

다기질 비대칭 촉매 반응을 불소 핵자기공명을 활용해 분석하는 원리.

21종의 약물을 동시에 분석할 수 있는 인공지능(AI) 기술 기반의 분석법이 개발됐다.

KAIST는 김현우 화학과 교수 연구팀이 고해상도 불소 핵자기공명분광기를 이용해 다수의 반응물을 동시에 정밀 분석하는 'AI 기반 광학이성질체 분석기술'을 개발했다고 16일 밝혔다.

임산부의 입덧 완화에 사용하는 탈리도마이드 약물은 광학 이성질체 특성으로 한쪽 이성질체에선 진정 효과를, 다른 이성질체는 기형을 유발하는 심각한 부작용을 일으킨다. 광학 이성질체는 분자식은 같지만 원자배열 및 입체구조가 달라 물리화학적으로 서로 다른 물질을 일컫는다. 마치 오른손과 왼손의 관계처럼 서로 같은 물질로 이뤄져 있으나, 거울상 대칭이 되는 화합물을 뜻한다.

신약 개발 과정에서는 원하는 광학 이성질체만을 선택적으로 합성하는 비대칭 촉매 반응 기술이 중요하다. 하지만 여러 반응물을 동시에 분석하는 자체가 거의 불가능하고, 기존 크로마토그래피 기반 분석법의 한계로 인해 적용도 쉽지 않았다.

연구팀은 다수의 반응물을 하나의 반응 용기에 투입해 비대칭 촉매 반응을 수행한 뒤 불소 작용기를 생성물에 도입했다. 이어 자체 개발한 카이랄 코발트 시약을 적용해 모든 광학 이성질체를 명확하게 정량 분석할 수 있는 '불소 핵자기공명분광기 기반 다기질 동시 스크리닝 기술'을 구현했다.

연구팀은 불소 핵자기공명분광기의 우수한 분해능과 민감도를 활용해 21종 기질의 비대칭 합성 반응을 단일 반응 용기에서 동시에 수행하고, 생성물의 수율과 광학 이성질체 비율을 별도의 분리 과정 없이 정량 측정하는 데 성공했다.

이 기술은 신약 개발을 위한 실험 설계와 수행뿐 아니라 반응 결과 분석까지 자동화함으로써 AI 기반 자율합성 구현에 기여할 것으로 기대된다.

김현우 KAIST 교수는 "이번 연구는 신약개발에 필수적인 비대칭 촉매 반응의 효율성과 선택성을 신속히 검증할 수 있는 기술로, AI 기반 자율화 연구의 핵심 분석 도구로 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '미국화학회지(지난달 27일자)' 온라인에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr