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‘천연물의약품·합성의약품·바이오의약품’ 뭐가 다를까유래물질·개발과정 등 의약품 종류마다 다른 매커니즘
<사진> 게티이미지뱅크 제공

신약개발이 활발하게 이뤄지고 있는 가운데, 쏟아지고 있는 의약품들의 차이점을 인지하는 것이 중요해졌다. 특히 천연물의약품, 합성의약품, 그리고 바이오의약품의 유래물질, 개발과정 등 자칫 헷갈릴 수 있는 의약품들의 차이점과 종류를 짚어본다.

천연물이란

천연물(natural products)은 살아있는 유기체 즉, 동물, 식물, 미생물과 광물에 의해 생성되는 자연계에서 발견되는 화합물 또는 대사산물 전반을 말한다. 넓은 의미에서, 천연물에는 생명체에 의해 생성되는 물질이 포함되며, 식물성 화학물질인 피토케미컬도 천연물 대사물질의 일종이다.

천연물 성분은 육상식물, 해양생물 혹은 미생물의 배양액에서 추출하는데, 이와 같은 다양한 원천에서부터 얻은 추출물에는 해당 원천이 처한 자연환경의 다종 다양성을 반영하는 다양한 물질들이 포함되어 있다. 자연계에서 화학 물질의 다양성은 생물학적 다양성이나 지리적 다양성에 기반하게 되므로, 연구자들은 다양한 환경에서 신약개발이나 생물학적 검정에 필요한 시료를 얻는다.

또한, 생리활성이나 약리활성이 있어 신약개발이나 신약 디자인에 도움을 주는 생물에 의하여 만들어지는 물질을 말하며, 합성으로 공급되어도 그 구조가 생물에 의해 만들어진 경우, 천연물질이라 부른다.

천연물은 화학합성인 반합성에 의해 제조될 수 있으며, 유기화학 분야의 발전에 핵심적인 역할을 해온 것으로 나타났다. 천연 제품이라는 용어는 상업적 목적으로 화장품, 식이 보충제 및 인공 재료를 첨가하지 않은 천연자원에서 생산된 제품을 지칭하기 위해 확대된 상태다.

유기화학 분야에서 천연물은 보통 일차 대사나 이차 대사의 경로를 통해 생성되는 천연 원료로부터 분리된 정제 유기 화합물로 제한된다. 의화학 분야에서 천연물은 종종 2차 대사 산물에만 국한돼서 통용되고 있다.

천연물은 질병 치료를 위한 전통 의약품으로서 치료 효과가 있는 것으로 평가받고 있으며, 최근에는 신약개발을 위한 선도 물질로서 활성화 성분을 얻는데 큰 역할을 하고 있다. 무엇보다 천연물은 수많은 미국식품의 약국(FDA) 승인 의약품에 영향을 미치고 있다.

푸른곰팡이에서 추출한 페니실린과 아편의 주요 성분 중 하나인 모르핀, 바다달팽이 독성분으로 만든 진통제 지코노타이드, 혈액순환 개선제로 쓰이는 은행잎 추출물 플라본글리코사이드 또는 플라보놀 배당체와 테르펜 락톤이 모두 천연물 의약품으로 꼽힌다.

또한, 태평양 주목나무에서 추출한 천연 항암제 탁솔, 쑥에서 추출한 위염 전문치료제 스티렌 정, 병풀 또는 적설초의 센텔라정량추출물로 만든 마데카솔 등도 잘 알려진 천연물 의약품이다.

천연물 유래 의약품들

이처럼 현재 처방된 다수의 약물은 천연물에서 직접 추출하거나 자연 제품에서 탄생한 가운데, 가장 오래된 천연의약품 중 일부는 진통제로, 합성 유도체 아세틸살리실산(아스피린)도 진통제로 널리 사용되고 있다. 이는 자연산 살리신이 살리실산으로 가수 분해될 수 있기 때문이며, 작용 메카니즘은 사이클로옥시게나제 효소의 억제다.

또한, 양귀비속 양귀비의 유액에서 추출되는 아편이 꼽힌다. 아편의 가장 강력한 마약 성분은 아편유사제수용체로서 작용하는 알칼로이드 모르핀으로, 최근 바다 달팽이의 한 종류인 청자고둥과의 콘달팽이 독소를 기반으로 한 N형 칼슘 채널 차단제 지코노타이드 진통제가 개발되었다.

상당수의 항균제 즉, 항감염약은 천연물을 기반으로 하는데, 첫 번째 항생제인 페니실린은 페니실리움(Penicillium) 속에서 분리되었다. 페니실린 및 관련 베타-락탐은 세포벽을 형성하는 펩티도글리칸(peptidoglycan)을 교차 연결하기 위해 세균이 필요로 하는 DD- 트랜스펩티다제 효소를 억제함으로써 작용하는 것으로 나타났다.

몇몇 천연물 의약품은 세포 골격의 구성 요소인 튜불린을 표적으로 하는 것으로 알려졌다. 여기에는 통풍을 치료하기 위해 사용되는 콜키쿰(추수선)에서 분리된 튜불린 중합 억제제 콜히친을 포함하고 있다.

콜히친은 아미노산인 페닐알라닌과 트립토판으로 생합성되는데 대조적으로, 파클리탁셀은 튜불린 중합 안정제이며 화학 요법 약물로 사용되고 있다. 파클리탁셀(Paclitaxel)은 태평양 주목(Taxus brevifolia)에서 분리된 테르페노이드 천연물인 탁솔(파클리탁셀)을 기본으로 하고 있다.

콜레스테롤을 낮추기 위해 광범위하게 사용되는 약물도 있다. 이는 상품명 리피토로 잘 알려진 HMG-CoA 환원효소 억제제 아토바스타틴으로, 메바스타틴(mevastatin)에서 생성된 약물이다.

또한, 다수의 천연물 의약품은 고혈압과 울혈성 심부전을 치료하는 데 사용되고 있는 것으로 알려졌다. 여기에는 안지오텐신 전환효소 억제제인 캡토프릴이 포함된다. 캡토프릴은 하라라카 살모사(Bothrops jararaca)의 독에서 분리된 펩티드성 브라디키닌(bradykinin) 강화 인자가 기반이 된다.

천연물의약품, 합성의약품, 바이오의약품 차이

그렇다면 천연물의약품, 합성의약품, 바이오 의약품의 차이는 무엇일까. 버드나무 껍질처럼 자연에서 얻은 동식물을 활용해 질병 치료에 이용하는 것을 천연의약품이라고 한다면, 아스피린처럼 약효를 가진 물질을 찾은 뒤 화학적으로 합성해 만든 의약품은 합성의약품이라고 한다.

합성의약품은 복용이 편리하며, 크기가 작아 알약으로 조제도 쉽다. 그러나 크기가 작아 세포 어디에나 잘 붙기 때문에 특정 발병 원인만 없애는 소형 약물을 제조하기가 어렵다는 문제가 있다.

이러한 합성의약품의 한계를 보완한 것이 바로 바이오의약품이다. 가장 익숙한 백신이 최초의 바이오의약품이다. 1880년대 프랑스의 루이 파스퇴르가 독성이 약해지도록 만든 약독화 균을 주입하면 인체가 다시 그 병에 걸리지 않는다는 사실을 밝혀낸 후, 그 균을 백신이라고 불렀다.

백신 외에도 바이오의약품 종류는 다양한데, 합성의약품처럼 화학적으로 합성해 만든 방식이 아니고 바이오 공정을 통해 만들어진 의약품은 모두 바이오의약품이라고 부른다. 유전자를 재조합해 만든 단백질을 성분으로 하는 유전자 재조합 의약품, 살아있는 세포를 항감염약은 천연물을 기반으로 하는데, 첫번째 항생제인 페니실린은 페니실리움(Penicillium) 형에서 분리되었다. 배양해 투입하는 세포치료제, 인체에 직접 유전물질을 투입하는 유전자치료제 등 바이오 방식으로 제조돼 공정이 복잡하고 생산이 어렵다.

즉, 여러 화학 물질을 적절히 배합해 인공적으로 만드는 합성의약품, 살아있는 세포를 배양해 만드는 바이오의약품이다. 의약품으로 치료하는 기능은 같지만, 이 둘은 구조부터 치료 방식까지 큰 차이를 보인다.

합성의약품과 바이오의약품은 구조, 제조방법, 치료효과, 안전성, 투약방법, 개발기간에서도 차이가 있다. 합성의약품은 저분자, 바이오의약품은 고분자로 이루어져 있으며, 합성의약품은 화학적인 구조가 잘 밝혀져 있어 생산 절차가 빠른 반면, 바이오의약품은 구조가 일정하게 정해져 있지 않아 생산절차가 느리다.

제조 면에서 비교를 해보면 합성의약품은 제조공정의 변이성이 비교적낮고, 상대적으로 복제가 쉬우며 낮은 제조비용으로 대량생산이 가능하다. 그러나 바이오의약품은 제조공정의 변이성이 매우 높고, 복제가 불가능하며 높은 제조비용이 들며 맞춤형 소량생산을 한다. 따라서, 바이오의약품의 경우 복제약도 오리지널 제품과 완전히 같다고 보기는 어려워, 이와 유사하다는 의미로 바이오시밀러라는 명칭을 사용하는 것이다.

또 합성의약품은 일관적인 효과를 기대하며 통상 질병의 증상 개선에 그치지만, 바이오의약품은 환자에 따라 맞춤형 치료가 가능하며 질병의 근본적인 원인 치료가 가능한 것으로 평가받고 있다. N

김주현 기자

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