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신약개발을 위한 마법의 주문 feat.톡스스타 [디톡스 6화]

새로운 약 하나가 탄생하여 우리 손에 쥐어지기까지는 실로 막대한 인내와 자본이 투입됩니다. 평균적으로 10년 이상의 세월과 2조 원에 달하는 천문학적인 비용이 소요되지만, 수많은 후보 물질이 임상 시험의 문턱을 넘지 못하고 탈락의 고배를 마시는 것이 현실입니다. 특히 실험 단계에서 가장 빈번하게 발생하는 실패의 원인은 안전성 문제, 그중에서도 간독성입니다. 동물을 대상으로 하는 전임상 단계에서는 발견되지 않았던 독성이 사람에게서 예기치 않게 나타나는 특발성 간독성은 신약 개발의 가장 큰 걸림돌이자 요주의 인물로 꼽히며 연구자들을 괴롭혀 왔습니다. 이러한 난제를 해결하기 위해 안전성평가연구소는 인공지능 기반의 간독성 예측 플랫폼인 '톡스스타'를 선보였습니다. 이 시스템은 임상 시험에서 간독성을 유발하는 것으로 분류된 약물들의 구조 정보를 활용하여 개발 단계에서 위험 요소를 미리 진단합니다. 고가의 비용이 발생하는 인체 임상 시험에 진입하기 전, 독성이 우려되는 물질을 선제적으로 걸러냄으로써 개발에 소요되는 시간과 비용을 획기적으로 절감할 수 있게 된 것입니다. 이는 불확실성이 큰 신약 개발 과정에서 성공 확률을 높이는 매우 효율적인 기술적 대안으로 평가받고 있습니다. 톡스스타의 가장 큰 매력은 누구나 웹을 통해 무료로 접근할 수 있는 뛰어난 개방성에 있습니다. 전문가뿐만 아니라 학생들도 쉽게 사용할 수 있을 만큼 직관적이며, 제약 분야를 넘어 식품 과학이나 화장품 산업에서도 활발히 활용되고 있습니다. 식재료의 안전성이나 화장품 성분의 유해성을 검증하는 등 일상과 밀접한 다양한 영역에서 교육 및 연구 목적으로 그 역할을 다하고 있습니다. 이러한 혁신적인 기술의 발전은 아토피나 암과 같이 아직 정복되지 못한 질병들을 위한 안전한 치료제가 더 빠르게 세상에 나오는 든든한 밑거름이 될 것입니다.

간독성 평가를 줄기세포로 한다고..? 3D 로 보는 간독성!

신약 개발은 후보 물질 탐색부터 임상 시험까지 막대한 비용과 시간이 소요되지만, 실제 성공률은 약 9.6%에 불과할 정도로 매우 낮습니다. 특히 임상 단계에서 실패하는 원인의 90%는 약효가 부족하거나 심각한 부작용이 발생하기 때문입니다. 상용화 이후에도 예상치 못한 약물 독성으로 인해 시장에서 퇴출되는 사례가 빈번하며, 그중에서도 간독성은 가장 치명적인 원인으로 꼽힙니다. 지용성 약물이 간에서 대사되는 과정에서 발생하는 중간 대사체가 세포 내에 축적되면 심각한 손상을 유발하기 때문에, 개발 초기 단계에서 이를 정확하게 예측하는 것이 무엇보다 중요합니다. 기존의 간독성 평가 모델은 생체 모사성 측면에서 뚜렷한 한계를 지니고 있습니다. 실험 동물은 인간과 생리적 특성이 달라 결과의 정확도가 떨어지며, 간암 세포주는 정상 세포와 달리 효소 활성이 낮아 실제 반응을 예측하기 어렵습니다. 또한 초대 배양 간세포는 초기 기능은 우수하지만 장기 배양 시 기능이 급격히 저하되는 단점이 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 줄기세포 기반의 모델이 대안으로 주목받고 있습니다. 안정적인 대사 기능을 갖춘 간세포를 확보하여 신약의 독성을 더욱 정밀하게 평가할 수 있는 가능성이 열렸기 때문입니다. 연구팀은 줄기세포 유래 3D 간 구조체를 활용하여 실시간으로 독성을 평가하는 이미징 기술을 개발했습니다. 재현성 있는 결과를 얻기 위해 균일한 크기의 구조체를 대량 생산할 수 있는 특수 필름 제작 기술을 확립하였으며, 이를 통해 장기간 일정한 크기를 유지하는 안정적인 모델을 구축하는 데 성공했습니다. 여기에 하이 콘텐츠 스크리닝(HCS) 기술을 접목하여 살아있는 세포 내의 다양한 변화를 형광 영상으로 포착합니다. 이 시스템은 신약 후보 물질의 독성과 약효를 시각적으로 스크리닝함으로써 개발 비용을 절감하고 동물 실험을 줄이는 데 기여할 것으로 기대됩니다. 3D 간 구조체의 유효성을 검증하기 위해 기존 2D 모델 및 초대 배양 간세포와 비교 분석을 진행한 결과, 3D 구조체의 우수성이 명확히 입증되었습니다. 5종의 간독성 약물을 노출시킨 후 형광 이미지를 분석했을 때, 3D 간 구조체는 약물 농도 증가에 따른 세포 사멸 및 손상 반응을 가장 민감하게 나타냈습니다. 이는 기존의 세포주보다 약물에 대한 반응성이 뛰어나 독성 분석의 민감도가 훨씬 높음을 의미합니다. 특히 이번 이미징 기반 기술은 세포를 분해해야 하는 기존 ATP 측정 방식과 유사한 신뢰도를 보이면서도, 비파괴적인 방식으로 더 정밀한 데이터를 제공합니다. 이번 연구 성과는 국제적인 독성학 학술지에 게재되며 그 과학적 가치를 인정받았습니다. 새롭게 개발된 이미징 기술은 단순히 현재의 시험법을 대체하는 데 그치지 않고, 향후 차세대 오가노이드 개발의 핵심 기술로 활용될 예정입니다. 줄기세포로부터 더욱 고도화된 간 오가노이드를 제작하고, 이를 표적 지향적 독성 스크리닝에 적용함으로써 신약 개발의 패러다임을 바꿀 수 있을 것입니다. 정밀한 간 구조체 생산 기술과 하이 콘텐츠 스크리닝의 결합은 독성 평가의 정확도를 높여 더 안전하고 효과적인 의약품 개발을 앞당기는 중요한 발판이 될 것으로 전망됩니다.

독성예측

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국가독성과학연구소[디톡스] 일상의 독성을 빼자!

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