한국과학기술원(KAIST·총장 배충식) 연구진이 원료 배합부터 합성·분석까지 자동 수행하는 '무인 합성 플랫폼'을 개발했다. 반복 실험 부담을 줄여 다양한 신약 후보 물질 확보를 가속화 할 수 있다.
KAIST는 박윤수 화학과 교수팀이 가시광선과 연속 흐름 공정을 결합한 무인 합성 플랫폼을 구축했다고 18일 밝혔다. 의약품 개발에 쓰이는 분자 기본 뼈대인 'N-메틸 피롤' 골격을 합성하고, 연속 생산을 통한 생산량 확대 가능성을 제시했다.
신약 개발에서는 설계한 분자를 실제로 만들어 효과·안전성을 시험해야 한다. 구조가 조금씩 다른 물질마다 새로운 합성 조건을 찾아야 하고, 소량 합성에 성공해도 생산량을 늘리면 조건을 다시 조정해야 한다.
연구팀은 이런 부담을 줄이고자 원료 준비 로봇, 자동화 펌프, 빛을 쪼이는 반응 장치, 분석 장비를 하나로 연결했다. 연구원이 장비를 준비하고 조건을 설정하면 로봇이 원료를 배합하고, 펌프가 원료 용액을 관으로 일정하게 흘려보낸다. 이때 관에 가시광선을 쪼여 화학반응을 유도한다. '연속 흐름 공정' 방식이다. 이후 결과 확인까지, 연구원이 매번 용액을 옮겨 측정할 필요 없이 자동으로 이어진다.
연구팀은 이 자동화 시스템의 성능을 확인하기 위해 연구팀은 20종 이상 퓨란(산소·탄소로 이뤄진 오각형 고리 화합물) 계열 물질에 이 합성법을 적용했다. 그 결과, 구조가 복잡한 천연물에서도 다른 부분은 유지하면서 원하는 부분을 바꿀 수 있었다. 원료를 계속 흘려보내는 공정에서는 N-메틸 피롤 골격을 연속적으로 만드는 데도 성공했다.
박윤수 교수는 “설계된 분자를 얼마나 빠르고 안정적으로 합성하느냐가 앞으로 신약 개발의 속도를 좌우할 것”이라며 “이번에 구축한 플랫폼은 반응 조건을 수치화하고 재현할 수 있게 해 유기 합성 자동화 시대로 나아가는 기반이 될 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구에는 변현빈·홍호진 KAIST 화학과 학생이 공동 제1저자로, 박윤수 교수와 김하은 이노코어 펠로(InnoCORE AI-CRED 혁신신약연구단)가 교신저자로 참여했다. 연구 성과는 미국화학회가 발간하는 국제 학술지 '잭스 골드(JACS Au)'에 지난 8월 7일 온라인 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
