신약개발의 과정
- KOSMOS KSA
- 7월 13일
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신약개발
인류의 과학 기술이 발전하며 우리는 다양한 질병을 고치는 많은 신약을 개발해왔습니다. 그렇다면, 신약개발의 과정은 어떻게 될까요? 신약 개발은 약물 디자인, 합성, 대사 및 안정성 연구, 임상시험 단계로 이루어져있습니다. 그 후 법적인 절차가 있지만, 저는 과학과 연관된 부분을 최대한 다루려고 합니다. 임상시험의 이전 단계는 화학의 한 분야인 ‘유기화학’과 밀접한 관계를 지니고 있습니다. 저는 최근에 유기화학을 많이 공부하게 되었기에 이 부분에
대하여 기사를 써보자는 생각이 들었습니다. 약물은 결국 인체와 상호작용하는 것이기에 깊게 본다면 단백질, 효소, 수용체, 세포막 등 생물학적 개념과 지식이 많이 요구될 것이라 생각합니다. 하지만, 이 기사는 생물학의 관점보단 화학, 특히 유기화학의 관점에서 작성하였습니다.
첫번째, 약물 후보 물질 설계 단계입니다. 특정 질병의 원인이 되는 타겟 분자를 식별합니다. 어떠한 약물 구조가 해당 타겟 분자를 저해할 수 있는지를 설계합니다. 타겟 분자와 리간드 - 수용체 관계로 결합을 통해 타겟 분자를 비활성화시킬 수 있고, 직접적으로 반응하여 타겟 분자에서 문제를 일으키는 부분 (특정 작용기)를 변형시킬 수 있습니다. 생물학적 관점으로는 경쟁적 억제와 비경쟁적 억제를 일으킬 수 있습니다.
시중에서 구하기 쉬운 살리실산과 무수아세트산을 통하여 진통 효과를 일으키는 아세트살리실산(아스피린)을 합성할 수 있다. 유기화학적 합성을 통한 대량생산이 가능하지 않았더라면, 아직도 버드나무 껍질에서 추출하여 진통제를 사용하고 있었을지도 모릅니다.
두번째, 약물 합성 단계입니다. 이는 일반적인 화학 실험실에서의 합성과 유사합니다. 약물 후보 물질들은 대개 복잡한 유기화합물입니다. 이러한 유기화합물을 시중에서 구하기 쉬운 유기화합물들을 통해 어떻게 합성할 수 있는지에 대한 반응 경로를 설계합니다. 이 때 중요한 개념은 retrosynthesis입니다. 전체 분자의 구조를 쪼개어 합성 전 단계의 분자들을 합성하여 생성물을 만든다는 개념입니다. 이를 통해 개념적으로 분자들을 거꾸로 모두 쪼개고, 그 뒤 실제 실험을 하며 레고를 조립하듯 분자를 합성해나갑니다. 이때 새로운 골격을 만드는 과정에선 C-C 결합을 생성해야 하는데, 이때 Grignard Reaction, Cross Coupling Reaction, Friedel-Crafts Acylation, Diels-Alder Reaction 등 다양한 반응을 연속하여 일으키며 합성합니다. 반응 메커니즘, pH, 온도, 용매와 같은 반응조건, 촉매의 유무와 종류 등을 바꾸어가며 실험을 진행합니다. 계산화학을 통해 분자의 구조, 안정성과 반응 가능성을 어느 정도 확인하며 시간을 단축시킬 수 있습니다. 이러한 과정을 통해 반응 경로를 최적화하여 공업적으로 대량 생산하기에 적합하도록 하여 효율성을 극대화합니다.
세번째, 약물 대사와 인체 내 안정성에 대한 연구입니다. 결국 약물은 인체에 무해하고, 체내에서 작용을 해야 합니다. 따라서, 약물의 화학적 안정성을 평가하고 대사 산물을 분석하여 약물이 체내에서 어떻게 변화하는지를 예측해야 합니다. 가령 섭취한 후 온도, pH, 효소의 유무와 종류 등 환경이 변화하여 약이 분해된다면 이는 쓸모가 없어지는 것입니다.
또한, 용해도와 분배계수 역시 고려해야 합니다. 약물이 체내에서 효과적으로 작용하기 위해선 혈액에 잘 용해되어야 합니다. 더불어, 약물의 분배계수가 높아 지용성이어서 세포막을 쉽게 통과하면, 이는 조직에 축척되기 때문에 약의 효능이 높아집니다.
이런 전반적인 과정 중 약물이 체내에 잘 흡수되고, 효력이 발생하기 전 파괴되는 것을 방지하는 등 섬세한 설계가 필요합니다.
인류가 마주한 난치성 질환들을 극복하는 데 있어, 신약 개발은 단순한 ‘발견’이 아니라 수백 단계의 세밀한 화학적 설계와 최적화 과정이라 할 수 있습니다. 특히 유기화학적 접근법은 분자의 골격을 설계하고, 효능과 안정성을 동시에 만족시키는 ‘완성도 높은 걸작’을 만드는 데 핵심적인 역할을 합니다. 다음 기사에서는 이렇게 완성된 후보 물질이 실제 환자에게 투여되기 전 거쳐야 할 임상시험 단계의 복잡한 절차와 윤리적·법적 고려사항을 집중 조명함으로써, 신약이 실질적인 치료제로 탄생하기까지의 전체 여정을 이어가 보겠습니다.
추성민 학생기자 ㅣ 화학생물 ㅣ 지식더하기
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