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“물 만난 DNA-화합물 라이브러리” 신약 개발 연구의 게임체인저될까

Bio통신원(POSTECH)

등록2025.04.15
조회1485

- POSTECH, 기존 기술 한계 뛰어넘은 ‘NanoDEL’로 항암제·난치병 치료제 개발 속도↑

POSTECH(포항공과대학교) 화학과·첨단재료과학부·융합대학원 임현석 교수, 서종철 교수 공동 연구팀이 최근 신약 후보물질 발굴 속도를 혁신적으로 높일 수 있는 나노 기술 플랫폼을 개발하는 데 성공했다. 이번 연구는 최근 화학 분야 국제 학술지인 ‘미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)’ 부표지(supplementary cover)로 선정됐다.

신약 개발 과정은 보통 하나의 화합물을 한 번에 검증하는 방식으로 진행되어, 수년 이상의 긴 시간이 걸린다. 최근 이를 해결하기 위해 등장한 ‘DNA-암호화 라이브러리(DNA-encoded library, DEL)’ 기술은 개별 화합물이 고유한 암호화 DNA 태그와 연결된 형태로 수만, 수억 개의 화합물을 동시에 스크리닝할 수 있어 신약 후보물질 발굴의 효율성을 극대화할 기술로 주목받고 있다.

하지만 한계는 존재했다. DNA의 용해도 문제로 모든 반응이 반드시 물에서만 진행되어야 하고, DNA가 다양한 화학반응 조건에서 쉽게 손상되어 활용 가능한 반응이 극히 제한적이었다.

연구팀은 나노입자 표면에 DNA와 화합물을 결합해 새로운 플랫폼인 ‘NanoDEL (Nanoparticle-Based DNA-Encoded Library)’을 개발했다. 나노입자는 물뿐 아니라 유기용매에서도 안정적으로 분산될 수 있어 기존 라이브러리 기술로 불가능했던 ‘무수반응(moisture-sensitive reactions)*)’ 등 용매 종류에 상관없이 다양한 화학 반응을 자유롭게 수행할 수 있다.
* 무수반응(moisture-sensitive reactions): 수분에 민감한 시약을 사용하는 화학 반응으로 신약 후보물질 합성에 널리 활용되고 있다. 기존 DNA-암호화 라이브러리 기술은 수용액에서만 반응이 가능하여 무수반응을 구현할 수 없었다.

또, NanoDEL 기술은 DNA 손상 문제도 해결했다. 기존 기술에서는 DNA가 쉽게 손상되어 활용이 어려웠지만, 이번 기술에서는 한 나노입자에 여러 개의 DNA 태그를 부착함으로써 일부 DNA가 손상되더라도 남아 있는 태그를 통해 분석을 할 수 있도록 설계됐다. 백업 USB가 여러 개 있어 더욱 안정적인 데이터 분석이 가능해진 셈이다.

논문 제1저자인 왕희명 박사는 “NanoDEL 기술은 기존보다 100배 이상 다양한 화합물 라이브러리를 구축할 수 있어 난치병 치료제 개발 기간을 획기적으로 단축하고, 신약 후보물질 발굴 가능성을 크게 높일 것”이라는 기대를 전했다.

한편, 이번 연구는 삼성전자 삼성미래기술육성사업과 과학기술정보통신부 바이오의료기술개발사업의 유전자암호화라이브러리 코어뱅크구축사업(사업단장: 한국화학연구원 허정녕 박사)의 재정적 지원으로 수행됐다.

논문명
Encoded Display of Chemical Libraries on Nanoparticles as a Versatile Selection Tool To Discover Protein Ligands (나노-기반 암호화 라이브러리를 활용한 단백질 리간드 발굴 기술 개발)
연구자
(주저자)
임현석(공동교신저자, POSTECH), 이강주(제1저자, POSTECH), 왕희명(제1저자, POSTECH), 서종철(공동교신저자, POSTECH)
DOI
https://doi.org/10.1021/jacs.4c13487

기존 기술의 한계를 뛰어넘는 ‘NanoDEL 기술’의 특징 [사진=POSTECH]

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