생화학분자생물학회

예측독성연구본부

(Department of Predictive Toxicology)

​

윤석주 본부장
안전성평가연구소 예측독성연구본부
sjyoon@kitox.re.kr

Ⅰ. 설립배경

현재 국제적으로 신약 및 신규화합물 등 신물질 개발과정에서는 실험동물을 활용한 안전성평가시험이 의무화되어 있으며, 이는 신약개발과정에서 상당히 많은 비용과 시간 그리고 실험동물의 희생을 요구하고 있다. 특히, 실험동물과 인간과의 종간 특이성으로 인하여 동물실험에서는 발견되지 않는 독성 및 부작용이 원인이 되어 임상시험 단계에서 인체에 대한 안전성 검증이 실패하는 사례가 빈번하게 발생하여 신약개발 프로젝트가 중단되는 등 연구개발 생산성의 악화를 초래하고 있다. 또한 임상단계에서 인체에 대한 독성이 발견되지 않은 신약들도 규제 기관에 의한 판매 승인 후 예기치 못한 독성으로 약물 시장에서 판매가 철회되거나 블랙박스 경고로 판매에 제한이 발생하기도 한다. 이와 더불어, 실험동물 활용에 대한 윤리적인 문제가 지속적으로 제기되고 있으며, 선진국을 필두로 관련 규정이 점차 강화되는 추세로 미래사회로 진입할수록 안전성평가에 있어 실험동물의 활용은 점진적으로 축소되고 새로운 기술로 대체될 것으로 전망되고 있다. 2007년 미국 National Research Council(NRC)의 보고서 “Toxicity Testing in 21^st Century: A Vision and a Strategy”의 발간으로 독성연구의 패러다임은 급격히 변화하기 시작했다. 이 보고서에서는 왜 독성연구가 동물실험에서 벗어나 BT 및 IT 융합학문으로 변화해야 하는지 문제점을 지적하고 있다. 또한, 유럽에서는 2011년 화장품 산업에서 동물실험이 전면 금지되면서 패러다임의 변화가 가속화되고 있다. 본 연구본부는 줄기세포 기술, 오믹스 기술, 조직공학 기술과 같은 최신 생명과학기술 및 생명정보학 기반의 IT 기술 등을 안전성평가에 접목한 통합 독성예측 플랫폼 구축을 통해 인간-특이적 독성 및 부작용을 신속·정확하게 예측할 수 있는 원천기술을 확보하고 실험동물을 대체할 수 있는 인프라를 구축함으로써 변화하는 독성평가 패러다임에 대응하고자 설립되었다.

Ⅱ. 연구목표 및 내용

1. 연구목표

안전성평가연구소 예측독성연구본부는 21세기 급격히 변화하는 독성평가 패러다임에 부응하고 독성학 연구분야의 국제적인 경쟁력 확보를 위해 독성학과 첨단 BT-IT 기술의 융복합 전략으로 연구를 수행 중에 있으며, 신약 및 신물질 개발 초기 단계에서 인체에 미칠 수 있는 독성 및 부작용을 신속 정확하게 예측할 수 있는 첨단 독성예측 기술 및 동물대체시험법 개발을 통한 신약개발 효율성 증진 및 동물실험 최소화를 목표로 하고 있다.

2. 연구내용

1) 인간 줄기세포 유래 분화세포를 이용한 독성평가 기술 개발

Ÿ 인간 전분화능 줄기세포 유래 독성평가용 간, 심근 및 신경세포 분화 기술 개발

Ÿ 인간 전분화능 줄기세포 유래 분화세포를 이용한 화합물 탐색 및 독성평가 기술 개발

Ÿ 인간 전분화능 줄기세포 유래 심근세포를 이용한 독성평가 기술 실용화

Ÿ 형광 단백질 리포터 인간 줄기세포주 개발을 통한 화합물 스크리닝 기술 개발

2) 조직공학 기반 의약품 평가를 위한 인공시험체 개발

Ÿ 조직공학 기술을 이용한 3D 인공 심장 및 간 시험체 개발 및 유효성 검증

Ÿ 3D 인공 시험체 배양을 위한 생체 유사 미세환경 제어 및 대량생산 기술 확보

Ÿ 3D 인공 심근-간 시험체 간의 네트워크 시스템 개발 및 기능성 평가

Ÿ 3D 인공 심근-간 시험체 네트워크를 이용한 연계독성평가 기술 개발

3) 제브라피쉬를 이용한 독성평가 기술 개발

Ÿ 독성 예측 단백질 마커 형광 표지 제브라피쉬 개발

Ÿ 제브라피쉬 배아 및 치어를 이용한 HCS 화합물 스크리닝 기술 개발

Ÿ 제브라피쉬(형질전환) 모델을 이용한 간, 심장, 신경 및 발생독성평가 기반 구축

4) In silico 기술을 이용한 독성예측 플랫폼 개발

Ÿ 독성 유전체 기술을 이용한 타켓 장기 독성예측 바이오마커 발굴

Ÿ NGS 기반 독성예측 바이오마커 발굴 및 질환 타겟 예측 시스템 개발

Ÿ Reverse Docking 및 QSAR 기술을 이용한 피부 무독성 소재 발굴

Ÿ 독성 발현 경로 기반 독성예측 플랫폼 구축

Ⅲ. 기대효과 및 전망

2016년 유럽연합에서는 동물실험 금지안을 의약품 산업으로 확장하겠다는 계획안을 발표하였고, 동물보호단체들은 항공편을 이용한 실험목적의 영장류 운송 중단을 요구하는 시위를 지속하는 등 실험동물 대체시험법의 개발 요구가 급격히 증가하고 있다. 본 연구본부에서 목표한 인체독성 통합예측플랫폼의 성공적인 개발은 의약품 및 화학물질이 동물이 아닌 인간에 직접적으로 영향을 미치는 연구에 초점을 맞추어 종간 차이에 의해 야기되는 과학적 오류를 제거하여 신뢰성 있는 연구결과를 제공할 것으로 기대되며, 국내 대체독성평가연구 인프라 구축에 중추적인 역할을 할 것으로 기대하고 있다. 더불어 성공적인 기술의 개발은 전 세계적으로 강화되고 있는 동물실험 금지와 독성평가 패러다임의 급격한 변화 등 새로운 규제에 능동적으로 대처할 수 있는 계기가 될 것이며, 국제 규격의 독성평가 시험법 개발 및 국제협력기구(OECD, ICH 등) 의제 제안을 통한 독성연구분야 국가 경쟁력 제고에 기여할 것으로 기대하고 있다. 유럽의 예에서 보듯이, 화장품 동물실험 금지 규정의 시행은 동물 대체시험법 개발 분야의 R&D 투자의 원동력으로 작용하여 관련 산업 생태계의 확장 유도하였다. 국내에서도 동물대체시험법 개발 및 관련 산업계가 활성화될 것으로 전망한다.