코로나 치료제 효능 200배↑ 후보 물질 발견… 예측 성능 우수 플랫폼구축

[천지일보=홍보영 기자] 국내 연구진이 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 치료제인 ‘렘데시비르’보다 항바이러스 활성이 200배 높은 신규 치료제 후보물질을 발굴했다.

8일 한국과학기술원(KAIST)에 따르면 생명화학공학과 이상엽 특훈교수와 한국파스퇴르연구소 김승택 박사 공동 연구팀이 ‘약물 가상 스크리닝 기술을 이용한 코로나19 치료제 개발’에 성공했다.

현재 코로나19 치료 목적으로 미국 식품의약품(FDA)에서 정식 승인을 받은 렘데시비르가 임상에서 사용 중이다. 하지만 사망률은 감소시키지 못하고 회복기간을 5일 정도 단축함으로써 치료 효과가 기대에 미치지 못하는 것으로 알려졌다. 아울러 렘데시비르는 정맥주사제로, 의료기관에 입원해 며칠 동안 투여받아야 한다는 단점을 갖고 있다.

이상엽 특훈교수와 김승택 박사 공동 연구팀은 약물 가상 스크리닝 기술을 이용한 약물 재창출 전략으로 코로나19 치료제 개발 연구를 진행했다.

연구팀은 팬데믹 상황에 대응한 신속한 치료제 개발을 위해 가상 스크리닝 기술을 적용한 약물 재창출 전략을 수립했다. 약물 재창출은 이미 안전성이 검증된 FDA 승인 약물이거나 임상 진행 중인 약물을 대상으로 새로운 적응증을 찾는 방식이다. 이 전략은 신약 개발 과정에 소요되는 시간을 줄일 수 있어 코로나19와 같은 팬데믹 상황에 적합한 신약 개발 전략이다.

KAIST 연구팀의 장우대 박사는 먼저 FDA 승인 약물이거나 임상 진행 중인 약물을 데이터베이스에서 수집해 6218종의 약물 가상 라이브러리를 구축했다. 이 약물들을 실험을 통해 모두 검증하기에는 시간과 비용이 많이 소요되기 때문에 바이러스 치료제로 가능성이 있는 약물만 신속하게 선별할 수 있는 컴퓨터 기반 가상 스크리닝 기술을 도입했다.

연구팀은 가상 스크리닝 플랫폼으로 사스·코로나바이러스·2의 복제와 증식에 필수적인 역할을 하는 단백질 가수분해 효소와 RNA 종합효소를 억제할 수 있는 후보 화합물을 15종과 23종으로 각각 선별했다.

이후 가상 스크리닝으로 선별된 38종의 약물에 대해 한국파스퇴르연구소의 생물안전 3등급 실험실에서 세포 이미지 기반 항바이러스 활성 분석 플랫폼을 사용해 약효를 검증했다. 먼저 사스·코로나바이러스·2를 감염시킨 원숭이 신장세포를 활용한 시험관 내 실험을 시행한 결과, 38종의 약물 가운데 7종의 약물에서 항바이러스 활성이 확인됐다.

또한 검증된 7종의 약물에 대해 인간 폐세포에서 추가적인 검증 실험을 시행했고, 3종의 약물에서 항바이러스 활성이 확인됐다. 후보 약물에는 암 및 특발성 폐섬유증으로 임상이 진행 중인 ‘오미팔리십’, 암·조로증으로 임상이 진행 중인 ’티피파닙‘, 식물 추출로써 항암제로 임상이 진행 중인 ’에모딘‘이 있다. 특히 오미팔리십은 현재 코로나19 치료제인 렘데스비르 대비 항바이러스 활성이 약 200배 이상 높은 것으로 확인됐다. 아울러 티피파닙은 렘데시비르와 비슷한 수준으로 항바이러스 활성이 확인됐다.

세포 수준에서 항바이러스 효과가 확인된 약물은 바이러스 감염 동물 모델을 활용한 전임상시험이 필요하다. 연구팀은 과학기술정보통신부의 코로나 치료제 전임상 지원사업에서 후보약물 중 하나의 약물에 관해 약효를 평가했다. 하지만 이 과정에서 동물에 대한 약물 독성이 확인됐다. 약물의 독성을 최소화하면서 치료 유효 농도에 도달할 수 있는 최적의 약물 농도를 찾기 위해 추가적인 전임상시험을 시행할 계획이다. 아울러 나머지 후보 약물에 대해서도 전임상시험을 진행할 예정이다.

연구팀 관계자는 이번 연구를 통해 예측 성능이 우수한 약물 가상 스크리닝 플랫폼을 구축했으며, 이를 통해 코로나19 치료제로 유망한 후보 물질을 단기간에 발견했다고 설명했다.

이상엽 특훈교수는 “이번 연구에서 신종 바이러스 발생 시 신속하게 대응할 수 있는 기반 기술을 마련했다는 데에 의의가 있다”며 “향후 코로나바이러스 계열의 유사한 바이러스나 신종 바이러스 출현 시에도 적용할 수 있는 기술을 개발하고자 한다”고 설명했다. 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’ 7월 7일자에 게재됐다.