신약개발 과정 (탐색, 전임상, 임상, 신청 및 승인, 감시)
신약개발은 질병 치료를 위한 새로운 의약품을 연구하고 개발하는 과정으로, 기초 연구부터 임상시험을 거쳐 최종적으로 시장에 출시되기까지 평균 10~15년이 소요된다. 또한, 개발 비용은 약 2조 원 이상이 소요될 정도로 막대한 자금이 투입되는 분야이다. 신약개발의 성공 확률은 5,000~10,000개 중 단 1개에 불과할 정도로 낮지만, 의약 산업의 발전과 인류 건강 증진을 위해 지속적으로 연구가 진행되고 있다.
신약개발 과정은 크게 ① 신약 후보 물질 탐색(Discovery), ② 전임상 시험(Preclinical Study), ③ 임상시험(Clinical Trial), ④ 허가 신청 및 승인(Regulatory Approval), ⑤ 출시 후 감시 및 추가 연구(Post-Marketing Surveillance)로 나뉜다. 각 단계는 엄격한 절차와 규제를 거쳐 진행되고 있으며 각 단계에서 제일 중요한 것이 신약의 안전성과 효과가 얼마나 되는지 밝히는 것이다. 자 그러면 신약개발의 전 과정을 상세히 살펴보고, 최신 기술과 트렌드가 어떻게 신약개발을 혁신하고 있는지 알아볼까요?
1. 신약 후보 물질 탐색 (Discovery)
신약개발의 첫 단계는 질병의 원인을 연구하고, 이를 치료할 수 있는 신약 후보 물질을 발굴하는 과정이다. 신약 후보 물질을 탐색하는 방법은 다음과 같다.
1) 고속 스크리닝(High-Throughput Screening, HTS)
약물 발견에 사용되며 생물학, 화학 분야와 관련된 과학적 실험 방법 중 하나이다. 데이터 처리/제어 소프트웨어, 액체 취급 장치 및 민감한 검출기를 사용하는 고속대량 스크리닝을 통해 수백만 건의 화학, 유전학 또는 약리학 테스트를 신속하게 수행할 수 있다. 이러한 실험의 결과는 약물 설계 및 비상호작용 또는 특정 위치의 역할을 이해하기 위한 출발점을 제공한다.
2) 컴퓨터 모델링 및 AI 활용
AI와 머신러닝 기술을 이용해 단백질-화합물 간 상호작용을 예측하고, 기존 데이터베이스를 분석하여 최적의 신약 후보 물질을 탐색한다. AI와 빅데이터가 중요한 역할을 한다. 기계 학습과 딥러닝 기술을 활용하여 유전자 변이, 단백질 구조, 질병 관련 패턴 등을 정확히 식별하고 분석함으로써, 바이오 파운드리 내에서의 연구 및 개발 과정은 더욱 효율적이고 목표 지향적으로 진행될 수 있다.
3) 약물 재창출(Drug Repositioning)
Drug repositioning이란 임상에서 효과가 부족하여 실패한 약물 또는 시판되고 있는 의약을 다시 평가하여 새로운 약효를 찾아가는 방법을 말한다.예를 들어, 원래 심장병 치료제로 개발된 실데나필(Sildenafil)이 발기부전 치료제 비아그라(Viagra)로 재창출된 사례가 있다.
이 단계에서 선정된 후보 물질은 추가 실험을 통해 신약으로서의 가능성을 평가받게 된다.
2. 전임상 시험 (Preclinical Study)
임상시험(Clinical Trial/Study)이란 임상시험용의약품의 안전성과 유효성을 증명할 목적으로 해당 약물의 약동, 약력, 약리, 임상적 효과를 확인하고 이상반응을 조사하기 위하여 사람을 대상으로 실시하는 시험 또는 연구를 말하며 다음과 같은 과정을 거친다.
1) 약리학(Pharmacology) 실험
약물이 표적 단백질 또는 세포에 미치는 영향을 분석하는 연구
2) 독성학(Toxicology) 실험
약물이 인체에 독성을 유발할 가능성을 확인하는 연구
3) 약동학(Pharmacokinetics, PK) 및 약력학(Pharmacodynamics, PD) 분석
약물이 체내에서 흡수, 분포, 대사, 배출되는 과정을 연구
전임상 시험이 성공적으로 완료되면, 연구자는 규제 기관에 임상시험계획서(Investigational New Drug, IND)를 제출하여 사람을 대상으로 한 임상시험을 승인받아야 한다.
3. 임상시험 (Clinical Trial)
임상시험은 신약이 사람에게 안전하고 효과적인지를 평가하는 과정으로, 총 3단계(Phase 1~3)로 구성된다.
① 1상 시험 (Phase 1)
소규모 건강한 지원자(또는 일부 환자)를 대상으로 신약의 안전성과 부작용을 평가한다. 건강한 사람 20~80명을 대상으로 하며, 주된 목적은 약물의 독성을 확인하는 것이다. 약물을 안전하게 투여할 수 있는 용량과 인체 내 약물 흡수 정도 등을 평가하는 단계로, 이상반응 등 안전성을 탐색하는 단계이다.
② 2상 시험 (Phase 2)
약물의 약효와 부작용을 평가하고, 유효성을 검증하는 단계로, 소규모 환자 그룹(100~500명)을 대상으로 신약의 유효성과 적정 용량을 평가한다. 임상3상 시험에 돌입하기 위한 최적용법 용량을 결정하는 단계이다. 이 과정에서는 대조군(Placebo)을 설정하여 비교 연구를 수행하며, 신약의 치료 효과를 입증하는 것이 목표이다.
③ 3상 시험 (Phase 3)
신약의 유효성이 어느 정도 확립된 후에 대규모(최소 수백 명에서 수천 명) 환자들을 대상으로 장기 투여시의 안정성 등을 검토하고 확고한 증거를 수집하기 위해 실시하는 단계로, 약물의 효능, 효과, 용법, 용량, 사용상의 주의사항 등을 결정하는 단계이다. 3상 시험 결과가 긍정적이면 신약 허가 신청이 가능해진다.
4. 허가 신청 및 승인 (Regulatory Approval)
임상 3상이 성공적으로 완료되면, 제약사는 신약 허가 신청(New Drug Application, NDA)을 진행한다. 주요 규제 기관으로는 미국의 FDA, 유럽의 EMA, 한국의 식품의약품안전처(MFDS)가 있으며, 이들은 신약의 임상 데이터, 제조 공정, 품질 관리 기준 등을 종합적으로 평가한다.
심사 과정은 대략 1~2년이 소요되며, 신약이 최종 승인되면 시장에 출시될 수 있다.
5. 출시 후 감시 및 추가 연구 (Post-Marketing Surveillance)
신약이 허가를 받고 시판된 후의 임상시험단계이다. 유통 후 관리 시스템에 의한 감시(모니터링)로, 약의 발매 후 약효와 부작용에 대한 조사가 이루어진다. 즉, PMS(Post-marketing Surveillance)이다. NDA에는 수 천 명의 환자에 대한 안전성 데이터가 포함되어 있지만, 약이 혹시나 1만명 당 1명꼴로 부작용을 일으킨다면, 임상시험에서 무엇이가를 놓쳤을 가능성이 생긴다. 때문에 일단, 신약으로써 인정되어 판매되기 시작한 후에 유통과 치료과정을 거치면서 약의 효과와 부작용을 재평가하고 개선점과 같은 추가적인 정보를 찾아내기 위해 진행되는 단계이다.
예를 들어, 당뇨병 치료제 메트포르민(Metformin)은 추가 연구를 통해 항암 효과가 있는 것으로 밝혀져 현재 다양한 임상시험이 진행되고 있다.
결론
신약개발은 오랜 시간과 높은 비용이 소요되는 복잡한 과정이지만, 인류의 건강 증진과 새로운 치료법 개발을 위해 반드시 필요한 연구 분야이다. 최근에는 AI와 빅데이터 기술을 활용하여 신약 후보 물질을 탐색하고, 임상시험 성공률을 높이는 노력이 활발히 이루어지고 있다. 또한, 기존 약물의 새로운 용도를 찾는 약물 재창출 연구도 신약개발의 중요한 전략 중 하나로 떠오르고 있다.
앞으로 신약개발 기술이 더욱 발전하면, 보다 효과적인 치료제가 빠르게 시장에 출시될 것으로 기대된다. 정부, 제약사, 연구기관이 협력하여 신약개발의 효율성을 높이고, 환자들에게 안전하고 혁신적인 치료법을 제공하는 것이 중요하다.