KAIST, 수학으로 수면장애 해법 제시…맞춤형 신약 개발 기대

김재경 교수 연구팀 성과 개념도(KAIST 제공) /© 뉴스1

KAIST(총장 신성철)는 수리과학과 김재경 교수와 글로벌 제약회사 화이자(Pfizer)의 장 청(Cheng Chang) 박사 공동 연구팀이 수학적 모델을 기반으로 동물 실험과 임상 시험 간 차이가 발생하는 원인을 밝히고 그 해결책을 제시했다고 9일 밝혔다.

연구팀은 일주기 리듬 수면 장애 신약을 개발하는 과정에서 동물 실험과 임상 시험 간 발생하는 차이 문제를 수학적 모델을 이용해 해결함으로써 신약 개발의 가능성을 높였다.

수면 장애는 맞춤형 치료 분야에서 개발이 가장 더딘 질병 중 하나이다. 쥐는 사람과 달리 수면시간이 반대인 야행성 동물이어서 수면시간을 조절할 수 있는 치료제가 실험쥐에게 효과가 있어도 사람에게는 무효한 경우가 많았다. 하지만 그 원인이 알려지지 않아 신약 개발에 어려움이 있었다.

연구팀은 이러한 차이의 원인을 미분방정식을 이용한 가상 실험과 실제 실험을 결합해 연구했다.

김재경 교수(왼쪽)와 김대욱 연구원(제1저자)이 기념사진을 촬영하고 있다.(KAIST 제공) /© 뉴스1

그 결과 주행성인 사람은 야행성인 쥐에 비해 빛 노출 때문에 약효가 더 많이 반감돼 빛 노출 조절을 통해 그동안 사람에게 보이지 않던 약효가 발현되게 할 수 있다는 점을 알아냈다.

수면 장애 치료 약물의 약효가 사람마다 큰 차이를 보이는 것도 신약 개발의 걸림돌이었다.

연구팀은 증상이 비슷해도 환자마다 약효 차이가 나타나는 원인을 밝히기 위해 수리 모델링을 이용한 가상 환자를 이용했다.

이를 통해 약효가 달라지는 원인이 수면시간을 결정하는 핵심 역할을 하는 생체시계 단백질인 PER2의 발현량이 다르기 때문이라는 사실을 규명했다.

또 PER2의 양이 낮에는 증가하고 밤에는 감소하기 때문에 하루 중 언제 투약하느냐에 따라 약효가 바뀐다는 점을 이용해 환자마다 적절한 투약 시간을 찾아 최적의 치료 효과를 가져오는 시간요법(Chronotherapy)을 개발했다.

김재경 교수는 “수학이 실제 의약학 분야에 이바지해 우리가 좀 더 건강하고 행복한 삶을 살 수 있는데 도울 수 있어 행복한 연구였다”며 “이번 성과를 통해 국내에선 아직은 부족한 의약학과 수학의 교류가 활발해지길 기대한다”고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘분자 시스템 생물학(Molecular Systems Biology)’ 온라인 판에 지난 8일 7월호 표지 논문으로 게재됐다.

(대전ㆍ충남=뉴스1)