약학회 연자들이 주목한 신약 개발 트랜드 '빅데이터-인공지능'

서울대 이상국-충북대 홍진태 교수, 학술대회서 후배 위한 경험 나눔

 전남 순천만생태문화교육원에서 지난 26일 ‘2023 대한약학회 추계학술대회’의 기조강연자인 이상국 서울대 약학대학장(왼쪽)과 오당상 수상자인 홍진태 전 약학회장이 포즈를 취했다. © 약업신문

신약개발 분야에서 왕성하게 활동하며 뛰어난 업적을 남긴 두 교수가 후배 연구자들을 위해 연구 경험을 아낌없이 나누고 첨단 약학 연구의 방향성을 제시했다.

대한약학회는 ‘2023 대한약학회 추계학술대회’의 핵심으로 '미래 약학 인재 양성과 지원'을 내세우면서 약학 발전을 위한 신진 연구자 발굴에 초점을 둔 프로그램 구성에 중점을 뒀다.

서울대학교 이상국 약학대학장과 충북대학교 약학대학 홍진태 교수(제52대 약학회장)가 대회 둘째날인 지난 26일 각각 'Navigation for bioactive natural products(생리활성 천연물 탐색)'를 주제로 기조강연, 'Pharmacological functions and action mechanisms of chitinase 3 like 1(키티나아제-3 유사 단백질 1(CHI3L1)의 약물학적 기능과 작용기전)'을 주제로 강연했다. 홍 교수는 올해 오당학술상을 수상했다. 오당학술상은 오당 이상섭 서울대학교 명예교수가 기금을 출연해 2010년부터 매년 국제적으로 연구업적이 탁월한 1인을 선정해 시상해오고 있다.

이 학장은 기초-응용-임상-규제과학까지 다양한 약학 연구 분야 가운데 '천연물' 분야에 가장 큰 관심을 두고 있다고 했다. 그는 신약 발견 및 개발에서 중요한 역할을 하는 천연물로부터 생리활성이 있는 화합물을 찾아내고 그것이 어떻게 유용하게 쓰일 수 있을 것일지 작용기전을 밝혀낸 그동안의 연구 경험을 이번 강연에서 풀어냈다.

이 학장은 1985년 서울대학교 약학대학을 졸업하고 1987년 같은 대학교에서 석사 학위를 받았다. 이후 미국 시카고 일리노이대에서 약학 박사를 취득하고 2000년부터 2010년까지 이화여자대학교에서 교수로 재직했다. 2010년 모교인 서울대학교 약학대학으로 자리를 옮겼고, 지난해 제30대 약학대학장으로 취임했다.

이 학장은 △천연물 소스에서 저분자 화합물을 찾아내 구조분석 후 '신물질'을 밝혀내는 것(이름 붙이기)과 △생리활성을 밝혀내 유용성과 범위성을 규명하는 것(의미성 부여하기)이 천연물 연구의 큰 분류라고 설명했다. 이어 주로 암과 염증 등에 효능이 있을 수 있는 천연물 저분자 화합물들을 밝혀내 왔다며 천연물 유래 화합물의 '항종양' 활성을 탐색하고 생리활성 화합물의 근본적인 분자 기전을 규명해 온 경험을 소개했다.

그는 산해박(Cynanchum paniculatum)의 페난트로인돌리지딘 알칼로이드(phenanthroindolizidine alkaloids)가 다양한 암세포에 대해 강력한 항종양 활성을 나타낸 사례와 팥꽃나무의 꽃에서 분리한 다프난형 디테르페노이드(daphnane-type diterpenoids)가 상피세포 성장인자 수용체-티로신 키나제 억제제(EGFR-TKI) 내성 암세포를 포함한 인간 폐암 세포에 대해 강력한 성장 억제와 비교적 강한 선택성을 보인 사례를 제시했다. 또 천연물에서 Wnt 신호 전달 경로 억제제를 발굴하기 위한 표적 기반 스크리닝 프로그램에서, Telectadium dongnaiense (Asclepiadaceae) (TDB)의 껍질에서 분리된 심장 배당체인 페리포신(periplocin)이 대장암 세포에서 Wnt/β-catenin 신호를 조절해 항종양 활성을 나타내는 것으로 밝힌 사례도 전했다.

또 이 학장은 AI(인공지능)를 활용한 새로운 분야를 연구하고 있다고 전했다. 이 학장은 "바이오뱅크를 구축해 천연물과 연결시켜 타깃이 될 수 있는 것들을 먼저 적용할 수 있어 연구의 효율성을 높일 수 있다"고 했다.

약학대학 커리큘럼과 관련해 첨단산업 분야로의 방향성도 제시했다. 그는 "약사 트랙은 아니지만 바이오의약품-세포치료-유전자치료 등의 범주에 속하는 분야도 약학대학의 교육과정에서 다루고, 인재를 발굴해야 한다고 생각한다"고 말했다. 교육부는 4년제 비면허 의학계열로 첨단 분야 중 하나인 '혁신신약'을 선도할 전문 인재를 양성하기 위해 전국 3개 대학(서울대, 경북대, 계명대)에 '혁신신약학과' 2024학년도 신설을 가능하게 했다. 서울대학교는 약학계열학과로 첨단융합학부 내 혁신신약학과를 신설해 올해 고3 학생들부터 모집한다. 이 학장은 "첨단융합학부엔 '혁신신약' 외 4가지 전공이 더 있다"며 "1년 반은 타 트랙을 통해 교양을 전공하고 '혁신신약' 전공생은 2학년 2학기부터 2년 반 정도 약학대학에서 주로 교육할 계획"이라고 밝혔다.

충북대학교 약학대학 기초의과학연구센터장인 홍진태 교수는 신약개발을 위한 산업계와의 공조 속 AI 접목의 중요성을 강조했다.

식품의약품안전처에서 인허가 담당자로 10년 이상을 지냈다는 그는 "2006~7년 신약 개발에 빅데이터를 접목한 선구자라고 자부한다"며 "신약 개발을 AI 회사와 함께하는 것이 최근 트랜드"라고 강조했다.

홍 교수는 1988년 충북대학교 약대를 졸업하고 같은 대학원에서 석사 학위를 받았다. 미국 켄터키대학교에서 독성학으로 박사 학위 취득 후  1998년 국립독성연구원 보건연구관을 시작으로 2001년부턴 충북대학교 약학대학 교수로 재직 중이다. 대한약학회 회장과 대한약리학회 부회장 및 충북대학교 약학대학장을 역임했고, 현재 신약개발재단 이사장이다.

홍 교수는 치매 동물 모델이 종양이 생기지 않는 것에 주목해 당단백질의 일종인 CHI3L1에 대한 연구를 진행하며 CHI3L1 항체 및 화합물억제제를 개발과 질병 치료 효과 연구에 힘쓰고 있다.

실제 빅데이터를 활용한 연구를 진행해 결과를 내기도 했다. 그동안 암, 아토피, 치매, 동맥경화, 알콜성지방간 등 염증성 질환에 대한 주요 조절 인자로 CHI3L1의 역할을 보고한 데 이어 홍 교수는 최근 ER(endoplasmic reticulum) 스트레스를 조절하는 주요 인자로 폐암 치료에서 핵심적인 분자임을 세계 최초로 규명했다. 또 빅데이터 활용 인공지능 분석을 통해 폐암에서 CHI3L1과 연관성이 높은 SOD1 인자가 폐암 세포의 사멸을 유발한다는 사실도 규명했다.

또 홍 교수는 신약을 개발할 때 '안정성'을 확인하는 게 제일 중요하다며 "빅데이터-AI 기반 신약개발 플랫폼은 치료율이 우수하고 비용을 감소시킬 수 있다"고 말했다. 홍 교수는 "1400만개의 천연물 소스에서 11개의 화합물을 발견하는 데 2달이 소요되는 것이 기본인데, 요즘은 억 단위 화합물을 몇 주 만에 찾는다고 하더라"며 "앞으로 신약개발에 속도가 붙을 것으로 예상한다"고 전했다.

이어 최근 CHI3L1 항체를 활용한 100억원 규모의 기술 이전을 진행한 그는 "바이오의약품뿐 아니라 제약 산업이 투자가 없어 어려움을 겪고 있다"며 "기술이전의 금액이 더 커져야 투자의 선순환이 이뤄질 것"이라고 강조했다.