나노이온소자 이용 고효율 약물 스크리닝 기술 개발

- 극미량, 초고감도, 무표지 약물 스크리닝으로 신약개발 효율성 제고 기대

□ 국내연구진이 나노바이오 융합기술 기반의 나노이온소자(nanopore)*를 이용하여 극미량, 초고감도, 무표지의 새로운 고효율 약물 스크리닝 기술을 개발하였다. 이는 신약개발에 소요되는 시간과 비용을 절감함으로써 향후 신약개발 효율성 증대에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.
    * 나노이온소자(nanopore): 나노미터 크기의 구멍을 통한 이온의 흐름을 전기적으로 측정하는 센서 시스템으로, 생체분자가 나노이온소자를 통과할 때 발생하는 고유의 신호를 측정하여 단일분자 특성을 분석하는데 사용된다.

 ㅇ 한국생명공학연구원(이하 생명硏, 원장 장규태) 질환표적구조연구센터 지승욱 박사팀과 서울대학교 재료공학부 김기범 교수팀 (교신저자: 지승욱 박사, 김기범 교수, 공동 제1저자: 곽동규 박사과정, 채홍식 박사과정, 이미경 박사)이 공동연구를 통해 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 미래유망융합기술파이오니어사업과 전통천연물기반 유전자동의보감사업의 지원으로 수행되었으며, 화학 분야의 세계적 저널인 Angewandte Chemie International Edition (IF 11.3) 4월 1일자(한국시각 4월2일) 온라인 판에 게재되었고, 국내 및 해외 PCT 특허도 출원되었다.
     (논문명 : Probing the Small-Molecule Inhibition of an Anticancer Therapeutic Protein-Protein Interaction Using a Solid-State Nanopore)
ㅇ 최근 단백질-단백질 상호작용(protein-protein interaction, PPI)은 암을 비롯한 주요 난치질환의 유망한 치료용 표적으로 각광받고 있으나 이에 적용 가능한 효과적인 대용량 약물 스크리닝 기술 개발은 기술적 한계로 인해 어려운 상황이다.

ㅇ 이러한 상황에서, 종양억제단백질 p53 과 발암단백질 MDM2 간 상호작용은 유망한 암 치료용 표적으로서 p53 의 암세포 사멸 기능을 억제하므로, 이 단백질-단백질 상호작용을 저해하는 소형분자 화합물을 발굴하면 암세포의 사멸을 유도하는 새로운 표적 항암제로 기대되고 있었다.

□ 연구팀은 중요한 암 치료용 표적인 단백질-단백질 상호작용을 저해하는 항암 약물을 효율적으로 발굴하기 위한 목적으로 나노이온소자 기술을 이용하였으며, 이를 통해 피코몰(picomole, 1조분의 1 mole) 수준의 극미량만으로 단백질-단백질 상호작용 저해용 항암 약물을 신속하게 스크리닝할 수 있는 기술을 개발하는 데 성공하였다.

ㅇ 단백질 간 상호작용에 따른 나노이온소자 신호의 변화를 모니터링하면 단백질-단백질 상호작용 저해용 약물 발굴을 위한 대용량 스크리닝이 피코몰 수준의 극미량 시료로도 가능해질 수 있다. 기존 약물 스크리닝 기술인 핵자기공명분광법(NMR)과 비교해 실험한 결과, 나노이온소자의 경우 시료량을 약 4,500배 절감할 수 있었다. 이는 고효율 대용량 스크리닝을 가능케 하여 약물 및 표적 단백질의 시료 준비에 소요되는 신약개발의 시간 및 비용을 현저히 절감해 줄 수 있다.

□ 지승욱 박사는 “동 연구성과는 나노이온소자를 이용하여 무표지, 극미량, 초고감도의 단분자 분석을 통해 단백질-단백질 상호작용 저해용 약물의 새로운 고효율 스크리닝 플랫폼 기술을 개발한 것이다”며 “신약개발 과정에서 가장 많은 시간과 비용이 소모되는 약물 스크리닝 단계를 저비용/고효율화함으로써 신약개발의 효율성을 증대하는 데 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

 ㅇ 또한, ”나노이온소자를 이용한 극미량 약물 스크리닝 기술은 기존 기술의 한계를 극복하여 기존 기술 대비 4,500배 시료량을 절감할 수 있으므로, 용해도가 낮아 시료 준비가 어려운 화합물이나 대량 확보가 어려운 천연물에 대한 약물 스크리닝에 매우 효과적일 것으로 예상된다”고 밝혔다.