약을 만드는 데 쓰던 ‘촉매’를 몸속에서 직접 작동시켜 질병을 치료한다. 

모토무 카나이 일본 도쿄대학교 교수가 개척하고 있는 ‘촉매의학(Catalysis Medicine)’의 핵심이다.

모토무 카나이(Motomu Kanai) 일본 도쿄대학교 약학대학원 교수는 22일 수원컨벤션센터에서 열린 대한약학회 창립 80주년 국제학술대회 오당상 수상강연에서 생체 내 화학 촉매를 활용하는 ‘촉매의학(Catalysis Medicine)’의 연구 성과와 치료 적용 가능성을 제시했다.

카나이 교수는 수상강연 후 인터뷰에서 기존 항체 기반 치료전략과의 차이에 대해 “항체는 BBB를 통과해 뇌로 전달하는 것이 큰 과제인 반면, 소분자 기반 촉매는 구조를 변형해 BBB 투과성을 조절할 수 있다”고 설명했다.

촉매의학은 의약품 등 기능성 분자를 만드는 데 활용해 온 화학 촉매를 생체 내에서 직접 작동시켜 질병 관련 분자를 변화시키거나 제거하는 개념이다. 유기합성과 촉매화학을 연구해 온 카나이 교수는 이를 생물학과 접목해 암과 알츠하이머병, 트랜스티레틴(TTR) 아밀로이드증 등으로 연구 범위를 넓히고 있다.

현재 카나이 교수가 특히 주목하는 분야는 알츠하이머병이다.

연구팀은 아밀로이드에 선택적으로 작용하는 광산소화(photooxygenation) 기술을 개발하고 있다. 빛으로 촉매를 활성화해 아밀로이드-β를 선택적으로 산화시키고, 산화된 아밀로이드가 리소좀 경로를 통해 분해·제거되도록 유도하는 방식이다.

카나이 교수는 “뇌에서 아밀로이드를 선택적으로 산화해 제거하는 것이 핵심”이라며 “동물모델에서는 비교적 적용하기 쉽지만 사람에게 적용하려면 조직의 두께 때문에 촉매를 작동시킬 에너지를 뇌까지 어떻게 전달할지가 중요한 과제”라고 말했다.

실제 환자 치료로 연결하기 위해서는 ‘빛을 어떻게 뇌까지 전달할 것인가’라는 기술적 과제를 넘어야 한다.

이에 연구팀은 촉매 자체뿐 아니라 이를 활성화하는 장치 개발도 병행하고 있다. 약 800nm 영역의 근적외선(NIR)을 뇌 조직에 조사해 촉매를 활성화하는 방식으로, 관련 장치 개발 기업과 다른 분야 연구자·스타트업 등과 협업하고 있다.

기존 아밀로이드 표적 항체 치료와의 차별점도 설명했다.

최근 항체의 BBB 투과를 높이기 위한 brain shuttle 기술이 연구되고 있는 가운데, 카나이 교수는 소분자 촉매의 높은 설계 유연성에 주목했다.

카나이 교수는 “우리 전략은 소분자 기반이기 때문에 크기와 구조를 비교적 유연하게 조절할 수 있고 BBB 투과성도 조절할 수 있다”며 “특정 펩타이드 서열 등을 활용해 소분자 촉매를 뇌로 전달하는 전략도 적용할 수 있다”고 설명했다.

이러한 특성을 활용하면 항체 기반 접근과 비교해 개발 과정에서 보다 빠르게 진전할 가능성이 있다는 게 그의 견해다.

상용화를 위한 현실적인 과제도 짚었다.

카나이 교수는 새로운 기술에 대한 대형 기업의 투자 부담을 언급하며, 직접 사업화를 추진하는 동시에 장치 개발 기업과 스타트업 등 외부 파트너와 협력해 실제 치료기술로의 전환을 모색하고 있다고 밝혔다.

촉매의학의 가능성은 신경퇴행성 질환에 국한되지 않는다. 연구팀은 크로마틴 히스톤의 라이신 잔기를 선택적으로 아실화(acylation)해 후성유전학적 변화를 유도하고 암세포 생존에 영향을 미치는 연구도 진행해왔다. 화학 촉매를 단순한 의약품 제조 수단에서 질병을 분자 수준에서 직접 조절하는 치료 도구로 확장하는 것이다.

대한약학회 창립 80주년을 맞아 한국 연구자들에게 메시지도 전했다.

카나이 교수는 약 20년 전 한국 연구자들도 유사한 개념의 독창적인 연구를 시도했지만 동물실험 등 후속 연구로 충분히 이어지지 못했다고 소개했다.

그는 독창적이고 가능성 있는 아이디어가 연구실 단계에서 끝나지 않고 지속적으로 이어지는 것이 중요하다는 취지로 강조하며, 한국 약학계에서도 독창성과 차별성을 갖춘 연구가 계속 발전하기를 기대했다.