"AI가 짠 신약 설계도, 로봇·빛이 24시간 만들어낸다"

[이데일리 윤정훈 기자]국내 연구진이 인공지능(AI)이 설계한 신약 후보물질을 사람의 개입 없이 24시간 자동으로 합성하고 분석까지 마치는 ‘무인 유기 합성 플랫폼’을 개발했다. 신약 개발 과정에서 가장 큰 병목 구간으로 꼽혀온 반복적인 수작업 합성 및 대량 생산 공정 재설계(스케일업) 문제를 획기적으로 해결할 기틀을 마련했다.

연구 개요도(사진=KAIST)

KAIST는 화학과 박윤수 교수 연구팀이 가시광선 광촉매 반응과 연속 흐름(Continuous Flow) 공정을 유기적으로 결합한 무인 합성 플랫폼을 구축했다고 18일 밝혔다.

이 플랫폼은 로봇과 자동화 장비를 연결해 원료 배합부터 가시광선 조사를 통한 화학반응, 실시간 NMR(핵자기공명분광기) 분석까지 전 과정을 사람이 직접 개입하지 않고도 자동으로 수행한다.

연구팀은 이번 기술을 활용해 의약품 개발의 핵심 골격인 ‘N-메틸 피롤(N-methyl pyrrole)’을 퓨란(Furan) 원료로부터 한 단계 만에 직접 치환·합성하는 ‘단일원자 편집’ 반응을 성공적으로 구현했다. 또한 용액을 가느다란 관으로 계속 흘려보내며 반응시키는 연속 흐름 공정을 적용해, 별도의 조건 변경 없이 장시간 무인 가동만으로 대량 생산이 가능함을 입증했다.

기존 신약 개발 공정에서는 구조가 조금씩 다른 후보물질을 만들어낼 때마다 연구자가 수작업으로 최적의 반응 조건을 새로 찾아야 했고, 대량 생산 시 빛이나 열 전달률이 달라져 공정을 처음부터 다시 설계해야 하는 번거로움이 있었다. 반면 이번 무인 플랫폼은 미세 유체관을 활용해 균일한 반응 조건을 유지하므로, 가동 시간만 늘리면 원하는 양만큼 안전하고 안정적으로 신약 후보물질을 확보할 수 있다.

자동화 유기 합성 시스템(사진=KAIST)

박윤수 KAIST 교수는 “설계된 분자를 얼마나 빠르고 안정적으로 합성하느냐가 향후 신약 개발의 속도를 좌우할 것”이라며 “이번에 구축한 플랫폼은 반응 조건을 수치화하고 재현할 수 있게 해 유기 합성 자동화 시대로 나아가는 기반이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 이번 연구에는 KAIST 변현빈·홍호진 학생이 공동 제1저자로, 박윤수 교수와 김하은 이노코어 펠로가 교신저자로 참여했으며, 연구 성과는 미국화학회(ACS)가 발간하는 국제 학술지 ‘잭스 골드(JACS Au)’에 게재됐다.