수면장애 치료제 '시간요법'으로 효과 높인다
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수면장애 치료제 '시간요법'으로 효과 높인다
  • 김성서
  • 승인 2019.07.09 16:01
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KAIST-화이자 연구팀 '수학적 모델'로 최적 투약시간 찾는법 밝혀
동물-임상시험 차이 규명…사람마다 생체시계 단백질 발현 달라
가상실험과 실제실험을 결합해 영장류와 쥐의 약 효과 차이 원인을 밝힌 모식도(사진 왼쪽)과 빛 노출정도에 따라 약의 효과가 반감되는 정도가 다르다는 것을 밝힌 모식도.KAIST 제공
가상실험과 실제실험을 결합해 영장류와 쥐의 약 효과 차이 원인을 밝힌 개념도(사진 왼쪽)와 빛 노출정도에 따라 약의 효과가 반감되는 정도가 다르다는 것을 밝힌 개념도.KAIST 제공

신약 개발 과정에서 걸림돌이 되고 있는 동물 실험과 임상 실험의 차이가 수학적 모델로 해결됐다.

9일 KAIST에 따르면 김재경 수리과학과 교수·장 청(Cheng Chang) 화이자(Pfizer) 박사 공동연구팀은 수학적 모델을 기반으로 동물 실험과 임상 시험 간 차이가 발생하는 원인을 찾고 해결책을 제시했다.

신약을 개발하기 위해서는 임상 시험에 앞서 동물을 대상으로 한 ‘전임상 실험’을 진행한다. 그러나 이 과정에서 동물에게 보였던 효과가 사람에게 보이지 않거나 사람마다 다른 효과가 나타난다.

특히 맞춤형 치료 분야에서 개발이 가장 더딘 질병 중에 하나인 수면 장애는 쥐와 사람의 수면시간이 달라 전임상 실험 자체에 어려움이 있었다. 화이자는 10여년 전 일주기 리듬 수면장애(부적절한 시간에 수면을 취하거나 규칙적인 수면을 하지 못하는 장애)를 치료하기 위한 약물을 만들었지만 임상에 어려움을 겪었다.

연구팀은 이 문제를 수학적 모델을 통해 해결했다. 이들은 미분방정식을 이용한 가상 실험과 실제 실험을 결합했다. 이후 연구를 통해 주행성인 사람은 야행성인 쥐에 비해 빛에 많이 노출돼 약효가 떨어지고 있다는 것을 발견했다.

또 사람마다 약효가 큰 차이를 보이는 것도 걸림돌 중 하나였다. 연구팀은 이 원인을 밝히기 위해 수리 모델링을 활용힌 가상환자를 이용했다. 그 결과 수면시간을 결정하는 핵심 역할을 하는 생체시계 단백질 ‘PER2’의 발현이 다르기 때문이라는 것을 발견했다. 환자마다 적절한 투약 시간을 지켜야 한다는 ‘시간요법(Chronotherapy)’도 제시했다.

연구팀의 김재경 교수(사진 왼쪽)와 김대욱 연구원.KAIST 제공
연구팀의 김재경 교수(사진 왼쪽)와 김대욱 연구원.KAIST 제공

김 교수는 “수학이 의약학 분야에 이바지할 수 있다는 것을 증명해 낼 수 있어 행복한 연구였다”면서 “이번 성과를 통해 국내에선 아직은 부족한 의약학과 수학의 교류가 활발해지길 기대한다”라고 말했다.

이번 연구결과는 국제 학술지 ‘분자 시스템 생물학(Molecular Systems Biology)’ 7월 8일자 온라인판에 게재됐고, 7월호 표지논문으로 선정됐다.


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