인체극미량 약물전달과정 영상화 기술 개발 ‘주목’

건국대 연구팀, 신약 후보물질 개발의 새로운 전기 마련

건국대학교는 11일 생명환경과학대학 김광표 교수(분자생명공학) 연구팀이 약물이나 대사 물질이 체내에서 흡수·대사되는 과정을 별도의 분자 표지화 과정 없이 극미량까지 직접 영상화하는 기술을 개발, 신약 후보물질 개발의 새로운 전기를 마련했다고 밝혔다.

사람이 복용하는 극미량의 약물이나 단백질 같은 생체분자들이 몸 구석구석에 영향을 미치는 모습을 마치 TV를 보듯이 들여다 볼 수 있게 된 셈이다.

분자표지화는 조직이나 세포에서 분자 영상을 얻기 위해 분석하고자 하는 약물이나 대사물질에 빛을 내는 형광분자를 선별적으로 결합시키는 과정을 의미한다.

이번 연구는 교육과학기술부 지원 ‘신기술융합형 성장동력사업’ 첨단의료기기사업본부 소관 ‘질량분석 의료기술 융합연구단(연구단장: 유종신 박사, 기초지원)과 세계수준의 연구중심대학육성사업의 지원을 받아 건국대 김광표 교수의 주도하에 한국과학기술연구원 김상경 책임연구원, 한국기초과학지원연구원 김영환 책임연구원의 참여로 수행됐다.

연구결과는 영국왕립화학회(RSC, Royal Society of Chemistry)가 발간하는 분석화학분야의 세계적인 학술지인 ‘Analyst’ 137호(12월 21일자)에 소개되며, 연구의 중요성과 독창성을 인정받아 2012년 12월호 표지 논문으로 선정됐다. (논문명: A new combination MALDI matrix for small molecule analysis: application to imaging mass spectrometry for drugs and metabolites)

이번에 개발한 새로운 매트릭스(분자를 이온화시켜 질량분석기에서 분석이 되도록 하는 화합물) 제조기술은 기존 분자영상질량분석법의 한계를 극복해 약물이 체내에 흡수된 후 치료부위에 정확히 전달되는지, 약물이 대사·배설되는 장기에 어떻게 분포되는지 등을 분자영상으로 파악할 수 있게 했다.

분자영상질량분석기법은 조직이나 장기에 분포하는 생체 분자들의 공간적 분포 뿐 아니라 농도 정보까지 얻을 수 있는 장점 때문에 생명현상 분석에 활용도가 매우 높은 분석법이다.

기존에 개발된 매트릭스를 이용한 분자영상분석에 사용되는 매트릭스 분자들은 높은 반응성으로 인해 다양한 작은 분자량을 가지는 물질을 만들어 내었고, 다양한 물질의 분자들과 분석하려고 하는 분자들의 분자량 겹침이 발생해 의약품이나 체내 대사물질 분석을 어렵게 했다.

김광표 교수 연구팀은 이와 같은 문제점을 극복할 수 있는 안정한 혼성매트릭스 제조기법을 이번 연구를 통해 개발했는데 두 종류의 매트릭스를 적절히 혼합함으로써 안정한 이온성 액체의 성질을 갖는 혼합 비율을 발견해 매트릭스의 안정성을 높인 것이다.

이온성액체는 액체상태에서 소금 결정과 같은 결정구조를 갖는 이온성액체는 상온에서 액체상태를 유지하며, 유기 및 무기 화합물을 잘 녹이며, 높은 열적 안정성, 비휘발성, 높은 이온전도도 등의 특성을 갖는다.

이러한 혼성매트릭스를 사용해 기존의 질량분석법으로 분석이 어려운 낮은 분자량 영역에 분포하는 분자들의 조직 분포 패턴 영상화가 가능하게 됐는데 일례로 알츠하이머 치매 증상 치료에 이용되고 있는 ‘도네페질’이라는 약물이 뇌의 병변부위인 대뇌피질(Cortex)로 전달되고 대사와 배설을 위해 신장에 분포하는 분자영상을 얻을 수 있었다.

김광표 교수는 "체내 조직에 분포하는 분자들에 대한 영상을 얻기 위해 널리 사용되는 분자 표지에 의존하는 기존 분석법에 비해, 본 기술은 약물 등이 체내에서 전달·흡수·대사·배설되는 과정을 분자영상으로 제공할 수 있게 되어, 향후 신약후보물질의 개발과정을 앞당기는데 크게 기여할 것으로 기대된다”고 연구 의의를 밝혔다.