주사제인 '렘데시비르'보다 항바이러스 효과가 200배 높은 경구용 코로나19 치료제 후보물질이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST)은 이상엽 생명화학공학과 특훈교수와 김승택 한국파스퇴르연구소 박사 공동연구팀이 약물 가상 스크리닝 기술을 이용한 코로나19 치료제 개발에 성공했다고 8일 밝혔다. 임상이 진행 중인 약물 가운데 시뮬레이션을 통해 현재 코로나19 표준 치료제인 렘데시비르 대비 항바이러스 활성이 200배 가량 높은 '오미팔리십' 등 3종의 후보물질을 발굴한 것이다.

미국 식품의약국(FDA) 승인을 받아 임상에서 사용되고 있는 코로나19 치료제 '렘데시비르'는 정맥주사제로 의료기관에서 입원해 수일에 걸쳐 투여받아야 한다. 사망률을 줄이진 못하고 회복기간을 5일 정도 단축시키는 정도로 치료 효과가 기대에 미치지 못하는 것으로 알려졌다. 치료효과가 높고 의료기관 입원이 불필요한 경구용 코로나19 치료제 개발이 필요한 상황이다.

KAIST 연구팀의 장우대 박사는 FDA 승인 또는 임상 진행 약물을 수집해 6218종의 가상 라이브러리를 구축하고, 바이러스 치료제로 쓰일 가능성이 있는 약물을 선별하는 컴퓨터 기반 가상 스크리닝 기술을 적용했다. 구조 유사도 분석 모듈과 상호작용 유사도 분석 모듈을 도입한 도킹 시뮬레이션으로 가상 스크리닝의 정확도를 높여 후보 약물로 유효한 물질을 추려냈다.

연구팀은 또 바이러스 치료제로 주로 사용되는 핵산 유사체(nucleotide analogues) 기반 전구약물(prodrug·체내 대사를 통해 활성형 구조로 전환돼야 약효가 있는 물질)의 활성형 구조를 자동으로 생성하는 알고리즘을 개발하고, 렘데시비르를 포함한 여러 핵산유사체 기반 전구약물들의 활성형 구조를 자동으로 생성해 도킹 시뮬레이션의 정확도를 높였다.
 
사스-코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)의 복제와 증식에 필수인 '단백질 가수분해 효소(3CL hydrolase, Mpro)'와 'RNA 중합효소(RNA-dependent RNA polymerase, RdRp)'를 저해하는 후보 화합물을 각각 15종, 23종 선별했다. 이들 38종 약물에 대해 한국파스퇴르연구소의 생물안전 3등급(BSL-3) 실험실에서 세포이미지 기반 항바이러스 활성 분석 플랫폼으로 약효를 검증했다.

연구팀은 약물 38종 중 7종에서 원숭이 신장세포에 대한 항바이러스 활성 확인 후 7종으로 인간 폐 세포(Calu-3 cell)에 대한 추가 검증을 수행해, '암 및 특발성 폐섬유증(idiopathic pulmonary fibrosis)' 임상 단계의 오미팔리십(omipalisib), '암 및 조로증(progeria)' 임상 단계의 티피파닙(tipifarnib), 항암제 임상 단계의 '에모딘(emodin)', 3종에서 항바이러스 활성을 확인했다.

오미팔리십은 현재 코로나19 표준 치료제인 렘데시비르 대비 항바이러스 활성이 약 200배 이상 높은 것으로 확인됐고, 티피파닙은 렘데시비르와 유사한 수준으로 항바이러스 활성이 확인됐다. 연구팀은 후보 약물 중 하나에 대한 약효를 평가하는 과정에 동물에 대한 약물 독성이 나타나, 이를 최소화하면서 효과적인 최적 약물 농도를 찾기 위해 전임상시험을 추가 진행할 예정이다.

이상엽 KAIST 특훈교수는 "이번 연구를 통해 신종 바이러스 출현 시 신속하게 대응할 수 있는 기반 기술을 마련했다는 데에 의의가 있으며, 이를 통해 향후 코로나바이러스 계열의 유사한 바이러스나 신종 바이러스 출현 시에도 적용할 수 있는 기술을 개발하고자 한다"라고 말했다.

연구팀은 이번 연구로 예측성능이 높은 약물 가상 스크리닝 플랫폼을 구축해 단기간에 코로나19 치료제 유망 후보물질을 발견할 수 있었다고 평가했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 KAIST 코로나 대응 과학기술 뉴딜사업과 바이오·의료기술 개발사업의 지원으로 수행됐다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 미국국립과학원회보(PNAS) 7일자 온라인판에 게재됐다. 연구 논문명은 'Drugs repurposed for COVID-19 by virtual screening of 6,218 drugs and cell-based assay'이다. 논문 저자는 이상엽(한국과학기술원, 교신저자), 김승택(한국파스퇴르연구소, 교신저자), 장우대(한국과학기술원, 제1저자), 전상은(한국파스퇴르연구소, 제2저자), 포함 총 4명이다.