미래유망기술

나노약물전달시스템은 각종 신체 질환을 효율적으로 치료하고 진단하기 위해 나노기술을 도입하여 제조한 고부가가치 신개념 의약품으로 약물 효능 증진, 환자 고통과 부작용 경감을 목적으로 한다. 나노약물전달시스템 개발은 15대 국가전략기술인 미래유망분야 기술 중 생물바이오, 신기술 융합과 관련하여 삶의 질 관련 5개 분야인 차세대 의술, 지식서비스 기술에 큰 파급효과를 줄 것으로 기대되고 있으며 나노약물전달 관련 정부 R&D 투자는 2006년 98억 원에서 2010년 215억 원 규모로 꾸준히 증가하는 추세다.

개요 및 핵심 기술

기술개념

나노약물전달시스템은 나노구조체를 이용하여 약리학적 활성을 갖는 물질을 최적의 효력을 발휘하도록 세포, 조직, 장기 및 기관으로의 전달 및 방출을 제어하는 기술이다. 소분자 합성화합물을 비롯하여 펩타이드, 단백질, 항체, 치료용 DNA, siRNA, 바이러스 및 세포 등 거대분자 화합물이 그 적용대상이다. 생물 고분자, 생분해성 고분자, 유·무기소재를 이용한 나노입자의 제조, 온도와 ㏗ 민감성 재료를 이용한 방출속도 조절, 나노입자 코팅기술, 약물방출 모델링, 약물활성 측정 등에 나노기술을 이용한 약물전달시스템을 적용할 수 있다.

나노약물전달시스템은 현재 약품시장 특허 보호권과 신약 개발에 따른 연구개발비 증가 등의 문제를 해결하는 중요한 제형으로 인식되고 있다. 다양한 약물의 전달체로 나노입자를 이용하면 약물방출 조절 및 지속적인 약물방출 효과를 얻을 수 있기 때문에 기존 약물의 효능을 크게 향상시키는 새로운 제제를 개발할 수 있다. 또한 나노입자를 이용한 기술개발은 한 가지 약물에 성공하면 대부분의 다른 약물에도 쉽게 적용이 가능한 대표적인 플랫폼 기술이므로, 제약/보건/의학 전반에 미치는 영향이 매우 큰 융합원천기술을 개발하는 것과 같다.

▲ 대표적인 나노약물전달체에 쓰이는 나노입자들
출처: Nucl Med Mol Imaging, Vol.42, No. 5, 2008

핵심기술

(1) 나노제제개발

부작용을 최소화하고, 효능을 극대화하기 위한 나노구조 기반의 약물전달체를 설계하고 제조하는 기술로서 나노캡슐 및 나노입자 전달체, 바이오치료제 나노수송체, 유전자 나노수송체 등의 기술이 있다. 나노제제 기술은 약물의 나노 캡슐화 및 면역반응 회피 및 전달 가속화 등을 위한 분야에서 적용될 수 있는데, 재료로 사용되는 나노물질이 활성화되지 않을수록 면역계를 자극하는 것을 피할 수 있다. 또한 면역 반응을 억제하면서 활성화된 약물 또는 전구체 물질을 담는 약물 전달체를 보호할 수 있게 된다.

▲ 대표적 리포좀 전달체인 DOXIL과 마이셀로 구성된 전달체인 Genexol
출처: News & Information for Chemical Engineers, Vol. 28, No.2, 2010

(2) 질환 표적형 나노약물전달체 개발

최근 나노약물전달시스템의 표적 능력 향상을 위하여 ‘능동적 표적’ 전략으로 정상 조직에 비해 전달하고자 하는 특정 질환 조직에서 특이적으로 과발현되는 항체 및 수용체 발굴의 중요성이 매우 높아졌다. 특히, 나노입자를 이용한 암 치료를 위한 전달시스템 개발에 있어, 암 표적지향적 리간드를 발굴하여 암세포 내 흡수를 향상시키는 연구에 많은 연구가 진행되고 있으며, 분자기반 신규 작용점 발굴 및 신규 작용점을 나노입자에 물리적/화학적으로 개질하는 다양한 융합연구가 활발하게 이뤄지고 있다.

(3) 진단/치료 동시 가능한 나노약물전달시스템

한 플랫폼에서 치료와 진단을 결합시켜 질병을 동시에 감시하고 치료하는 치료-진단 겸용 나노약물전달시스템을 개발하고 있다. 최근 분자영상 조영제 개발에서는 세포 또는 조직 내의 분자 수준의 변화를 특정 유전자 및 단백질 표적을 이용하여 직접 영상화할 수 있는 조영제 개발에 집중하고 있으며, 생체 내 특정 분자를 영상화하기 위한 다양한 나노약물전달체와 융합된 진단/치료가 동시에 가능한 신개념 나노약물전달체 개발 기술이 급속도로 발전 중이다.

▲ 진단/치료 동시에 가능한 나노약물전달체 개발
출처: 나노의학의 현황과 미래, 질병관리본부 감염병센터 병원체방어연구과, 김영화, 홍기종

국내‧외 R&D 동향

미국은 미국국립보건원(NIH)과 국립암연구소(National Cancer Institute)에서 최근 나노기술을 이용해 암세포를 표적할 수 있는 조영제, 항암제가 탑재된 다기능성 나노입자의 개발에 많은 연구비를 투입하고 있다. 약물전달시스템 시장은 소규모 벤처기업이 주도하여 임상 1상 후 대기업에 라이센스하는 구조를 가지고 있으며, 또한 관련 시장 활성화로 정부 연구비는 대학의 플랫폼 약물전달 기술 등 기초연구에 투자되고 있는 실정이다.

유럽은 대표적인 나노의약전달시스템 개발 선도기관으로는 독일 막스플랑크연구소, 프랑스 국가과학연구협회(CNRS), 스웨덴 국가과학기술청(NUTEK), 스위스 IBM 기술연구소 등이 있다. 유럽 주관 하에 각국이 공동으로 참여하는 형태로 미래지향적 약물전달시스템을 개발 중이다.

일본은 1991년에서 2000년까지 나노약물전달시스템 개발에 대한 발표 논문의 피인용 횟수가 미국에 이어 2위에 올라 있어 나노기술 경쟁력을 이미 확보했다. 향후 다양한 융합기술 발굴 및 선도기술 개발에 나노약물전달시스템 기술을 국가 전략과제로서 집중 지원하고 있다.

중국은 나노약물전달체 제조기술을 일부 보유하고 있으나 대한민국을 비롯한 선진국에 비해 60% 정도의 기술수준으로 판단되어 기술격차가 여전히 존재한다. 최근 정부 및 관련 세계 제약회사의 집중적인 투자로 점점 기술격차가 줄어들고 있는 추세다.

한국은 나노기술 분야에서 논문 발표 수, 특허 수, 관련 산업 규모 면에서 미국, 일본 등에 이어 세계 4위권에 거론될 만큼 매우 우수한 연구 수준을 확보하고 있다. 국내 나노의약 관련 기술은 선진국과의 기술 격차가 그다지 크지 않을 뿐만 아니라 새로운 의약 화합물 개발에 비하여 상대적으로 개발 비용이 저렴하고 개발 소요기간이 짧기 때문에 신약 개발 기반이 취약한 국내 바이오벤처 또는 제약기업들이 새로운 나노의약 기술 개발에 집중적으로 투자한다면, 엄청난 고부가가치 기술인 신약 창출에 버금가는 효과를 나타낼 수 있다.

시장 동향 및 기대 효과

나노약물전달시스템 세계시장은 2001년 190억 달러에서 2004년 4000억 달러로 급격하게 증가하고 있으며, 향후 10년 동안 연평균 10% 이상의 고성장이 예측된다. 시장에 진입해 있는 나노의약품들은 주로 세계 시장 규모가 1억 달러 이상인 블록버스터 약물들을 대상으로 개발된 제형이며, 매년 매출 규모 성장률이 20% 이상이다. 나노기술을 적용하여 난용성과 안정성이 개선된 새로운 나노의약품들이 임상이나 전임상 단계에 진입해 있어 가까운 미래에 시장에 진출하면 향후 의약품 산업에 미치는 파급효과가 매우 클 것이다.

세계 각 국가들이 나노기술을 육성하기 위해 집중적인 투자를 하고 있고, 이에 비례해 나노의약품 관련 연구개발 인력도 꾸준히 증가하고 있는 추세를 고려할 때 앞으로도 신기능성 나노의약품의 개발이 활발히 이루어질 것이다. 결국 이들 나노의약품을 중심으로 세계 의약품 산업의 성장률이 점차 증가할 것으로 기대된다.