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천연물을 기반으로 한 신약 및 의약품 개발에 대한 연구 동향
| 작성자 | 관리자 | ||
|---|---|---|---|
| 작성일 | 2019-06-11 | 조회수 | 20,835 |
| 원문 | 생물학연구정보센터 | ||
| 출처 | https://www.bioin.or.kr/board.do?num=288012&cmd=view&bid=tech&cPage=1&cate1=all&cate2=all2 | ||
| 첨부파일 | |||
pdf_0003244.pdf(574.27KB)천연물을 기반으로 한 신약 및 의약품 개발에 대한 연구 동향
[요약문]
식물 또는 동물 등의 천연물에서 추출한 물질을 원재료로 하는 천연물 신약은 화학물질 의약품보다 독성이 적다는 장점을 가지고 있다. 또한 천연물은 이미 경험적인 안전성과 유효성이 입증된 기록을 가지고 있기 때문에 기존의 신약개발 과정에 비해 요구되는 시간이나 비용이 훨씬 적은 편이며 실패 확률도 상대적으로 낮은 경향을 보이고 있다. 이러한 장점들을 기반으로 지금까지 많은 천연물 신약들이 개발되었고 큰 성공을 거두었다. 하지만 천연물 자체가 근본적으로 가지고 있는 문제점인 낮은 수율이나 합성하기 어려운 화학적 골격 때문에 승승장구를 달리고 있던 이 분야도 허들(hurdle)을 맞게 되었다. 본 보고서는 지금까지 개발된 천연물 신약에 대한 내용과 앞으로 이 분야가 나아갈 방향성에 대해 언급하고자 한다.
[목차]
1. 서론
2. 본론
2.1 천연물 화학의 역사
2.2 천연물 신약의 연구 동향
3. 결론
4. 참고문헌
[내용]
1. 서론
천연물은 살아 있는 유기체에 의해 생성된 물질을 의미하는데 이렇게 식물, 동물 및 미네랄을 포함한 천연물들은 오래전부터 인간 질병 치료의 기초가 되어 왔다. 천연물 신약개발의 원조는 1982년 영국의 플레밍 박사가 푸른곰팡이에서 우연히 발견한 세계 최초의 항생물질인 ‘페니실린(Penicillin)’으로 알려져 있다. 실험실 수준에서 천연물 합성을 처음 시작한 것은 1828년 독일의 화학자 프리드리히 뵐러 박사에 의해 무기물인 시안산 암모늄(Ammonium cyanate)으로 요소(Urea)를 합성한 것이었다. 이 합성을 시작으로 유기물질의 합성이 가능하다는 것을 증명할 수 있었으며, 그 후 1845년 독일의 헤르만 콜베 박사에 의해 무기화합물로부터 아세트산(Acetic acid)이 합성되는 등 많은 과학자들이 다양한 유기물질을 합성하기 위한 연구를 시작하였다.
20세기에 들어서는 약물 작용의 수용체 이론에 대한 연구가 수행되면서 천연물을 기반으로 한 약물 작용 관련 분야도 자연스레 발전되게 되었다. 인체에서의 약물 효과가 약물 분자와 생물학적 거대 분자(단백질 또는 핵산)와의 특수한 상호 작용에 의해 매개된다는 생각은 과학자들의 약리학 분야에 완전히 새로운 접근을 가능하게 만들었다. 뿐만 아니라 면역 억제, 항 감염 및 대사성 질환과 같은 주요 치료 영역에서도 천연물을 기반으로 한 다양한 연구가 수행될 수 있었다. 1940년대부터 현재까지 개발된 175개의 소 분자(Small molecule) 항암제 중 약 75%가 천연물이며 대다수는 추출된 천연물이거나 천연물 기반 물질 이였다. 또한 2010년에 승인된 새로운 소분자 화학 물질 중 절반은 천연물이었다. 신종인플루엔자 치료제로 유명한 타미플루(Tamiflu or Oseltamivir)도 팔각회향(Star anise)이라는 중국의 천연물질로부터 개발되어 큰 성공을 거두었고 그 외에도 오래전부터 시판되어 사용되고 있는 아스피린(Aspirin)이나 탁솔(Paclitaxel) 같은 계열도 천연물을 기반으로 한 물질들이다. 이웃 나라 일본도 자연적으로 풍부한 천연물질로 다양한 신약들을 개발할 수 있었는데 대표적으로 고지혈증 치료제인 “메바로친(Mevalotin)”과 면역억제제(Immunosuppressive agent)인 “프로그랍(Prograf or Tacrolimus)이 있다.
이렇게 화학적 다양성과 신규한 구조를 가지고 있는 천연물 라이브러리는 새로운 약물을 개발하기 위한 매우 흥미로운 원천이었던 것이다. 많은 과학 연구자 및 제약 회사는 천연물에서 추출한 새로운 생물학적 활성을 갖는 화합물을 발견하는 것을 주된 목표로 삼아 다양한 연구를 진행하였다.
하지만 이러한 대성공에도 불구하고 최근 몇 년 동안 대부분의 대형 제약 회사는 천연물 기반 신약 합성 개발을 중단했거나 관련된 연구비를 상당수 줄여나간 실정이다. 신약 개발에 있어 천연물의 문제점은 극히 낮은 수율과 물질의 공급이 어렵다는 점, 그리고 복잡한 화학구조로 인해 합성이 어려운 점 등이 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 몇몇 과학자들은 천연물에 대한 가능성을 기반으로 좀 더 효율적으로 천연물 기반 약물 개발을 위한 프로세스를 개선하고 이를 가속화하기 위하여 새로운 접근법을 적용하려는 노력을 하고 있다. 이는 주로 자동화된 분리 기술, 고속 대량 스크리닝(High throughput screening) 및 조합화학(Combinatorial chemistry)과 같은 신기술로 이는 약물 발견에 혁명을 일으키고 있다.
2. 본론
2.1 천연물 화학의 역사
천연물 화학은 천연물로부터 유용성이 있는 물질을 분리하고 정제한 뒤 이들의 화학적 구조를 분석해 의미 있는 생물학적인 활성을 찾는 연구 분야이다. 1769년 유기화학자 카를 셸레는 식물 열매 용액에 석탄수, 질산납을 가해 침전물을 만들고 이를 분해해 주석산, 구연산, 사과산 등의 유기산을 분리해냈다. 그 후, 1806년 독일의 약학자 제르튀르너는 아편으로부터 모르핀(Morphine)을 분리해 낸다. 모르핀을 분리했다는 보고가 있은 뒤, 근 80년 안에 에메틴(Emetine, 1816년), 스트리크닌(Strychnine, 1818년), 퀴닌(Quinine, 1820년), 콜히친(Colchicine, 1820년), 카페인(Caffeine, 1820년), 니코틴(Nicotine, 1828년), 아트로핀(Atropine, 1833년), 코카인(Cocaine, 1860년), 피조스티그민(Physostigmine, 1864년), 필로카르핀(Pilocarpine, 1875년), 그리고 에페드린(Ephedrine, 1887년) 등과 같은 중요한 알칼로이드가 분리되었다.
알칼로이드는 기본적으로 질소 원자를 포함하고 있는 구조이며 박테리아, 곰팡이, 식물, 동물 등 다양한 생물체가 생산한다고 알려져 있다. 또한 이는 크게 세 그룹으로 나뉘게 되는데 진정 알칼로이드(True alkaloids), 원시 알칼로이드(Protoalkaloids) 그리고, 유사 알칼로이드(Pseudalkaloids) 이다. 진정 알칼로이드는 헤테로 사이클에 질소 원자를 포함하고 있으며 아미노산에서 출발하여 기인하는 물질이다. 대표적으로는 모르핀, 니코틴, 아트로핀 등이 여기에 포함된다. 이러한 질소 헤테로 사이클을 기반으로 하는 구조들 외에도 펩타이드(Peptide) 단편을 가진 에르고타민(Ergotamine)과 아미노산에서 비롯된 것은 아니지만 피페리딘(Piperidine) 알칼로이드 계열인 코닌(Coniine)과 코니인(Coniceine)도 이 계열에 포함되어 있다. 또한 원시 알칼로이드도 질소 원자를 포함하는 아미노산에서 비롯된 유도체로 여기에는 메스칼린(Mescaline), 아드레날린(Adrenaline), 에피드린(Ephedrine) 등이 포함되어 있다. 이와 대조적으로 유사 알칼로이드는 아미노산에서 유래된 구조가 아닌 알칼로이드 유사 화합물을 의미한다. 이 그룹에는 퓨린(Purine) 유사 알칼로이드 계열인 테오브로민(Theobromine)과 테오필린(Theophylline) 등이 포함되어 있다.
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