과학기술정보통신부	보도자료

보도시점	2024. 3. 6.(수) 12:00 (2024. 3. 7.(목) 조간)	배포	2024. 3. 6.(수) 09:00

3월 과학기술인상, 서울대 김대덕 교수 선정

-  나노 약물전달시스템 연구의 새로운 패러다임 제시

- 설계 전략 선진화로 체외 배설 가능한 초소형 종양 표적화 나노입자 개발

과학기술정보통신부(장관 이종호, 이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이사장 이광복, 이하 ‘연구재단’)은 이달의 과학기술인상 3월 수상자로 서울대학교 약학대학 제약학과 김대덕 교수를 선정했다고 밝혔다.

‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 상이다.

과기정통부와 연구재단은 김대덕 교수가 나노입자를 이용한 항암제 표적화 연구를 통해 나노 약물전달시스템(drug delivery system)* 연구의 새로운 패러다임을 제시한 공로를 높이 평가했다고 밝혔다.

* 약물전달시스템: 약물의 투여속도와 투여경로, 형태 등을 조절하여 의약품의 부작용은 최소화하고 원하는 치료 효과를 극대화하는 시스템

세계적으로 나노물질 기반의 약물전달시스템을 이용하여 항암제를 암조직에만 효과적으로 전달하고 부작용을 줄이기 위한 표적화 연구가 활발하다.

하지만, 기존의 설계 방법으로 제작한 나노 약물전달시스템은 종양으로 전달률은 높지만 크기가 커서 신장을 통해 체외로 배설이 불가능하다. 그 결과 간이나 비장 같은 정상조직이 약물에 노출될 가능성이 존재하여  잠재적인 독성 문제 우려로 임상 적용이 제한적이었다.

김대덕 교수는 신장으로 배설 가능한 크기의 초소형 나노 약물전달시스템 제형*을 개발하여 약물의 암조직 표적성은 유지하면서 일반 장기로의 축적을 최소화하는 약물전달시스템의 새로운 패러다임을 제시하였다.

* 제형: 의약품을 정제, 산제, 연고제, 주사제 등 사용 목적이나 용도에 맞는 형태로 만든 것

김 교수팀이 개발한 나노 약물전달시스템 제형은 크기가 7나노미터* 보다 작아 신장을 통해 배설이 가능하며, 나노입자 구조의 최적화 설계로 약물을 암조직에 균질하게 침투시키는 동시에 종양 조직과 정상 조직에 대한 잔류 정도를 선택적으로 조절할 수 있다.

* 나노미터: 미터의 십억분의 일(10-9m)에 해당하는 길이로 머리카락 두께의 오만분의 1과 같다

또한 새로운 나노 약물전달시스템 제형은 주사제 등 의약품 첨가제로 사용되며 안정성이 입증된 사이클로덱스트린(cyclodextrin)을 기반으로 개발되어 임상 적용 가능성을 높였다. 관련 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’에 2023년 8월 게재되었다.

김대덕 교수는 “이번 연구를 통해 새로운 약물전달시스템 제형이 암조직 표적화 능력을 유지하며 일반 장기로의 축적을 최소화할 수 있음을 입증하여 향후 다양한 질환에도 활용 가능할 것으로 예상된다”라며 “이번 연구 결과가 나노 약물전달시스템 연구 분야의 새로운 전략이 되길 기대한다”라고 수상 소감을 밝혔다.

붙임 1. '24년 3월 수상자 주요 연구성과 설명

2. '24년 3월 수상자 이력

3. '24년 3월 수상자 인터뷰

담당 부서	미래인재정책국	책임자	팀 장	김형수	(044-202-4850)
	과학기술안전기반팀	담당자	사무관	남민우	(044-202-4851)
관련 기관	한국연구재단	책임자	실 장	강동환	(042-869-6110)
	홍보기획팀	담당자	연구위원	최향미	(042-869-6111)

참고1		'24년 3월 수상자(김대덕 교수) 주요 연구성과 설명

<나노약물전달시스템 연구의 새로운 패러다임 제시>

ㅇ 나노입자의 종양 침투에 대한 종양미세환경의 특징 및 약물전달시스템 연구의 도전

기존 의료용 나노입자는 종양으로의 입자 전달률을 높이기 위해 EPR(enhanced permeability and retention) 이론을 기반으로 설계되었다. 이는 신장 배설이 불가능한 크기를 기본으로 한다. 하지만 신장 배설이 불가능한 나노입자는 정맥 주입 후, 체외로 배설되기 어렵다. 즉, 정상조직에도 나노소재 및 항암제의 노출이 증가되는 위험이 있다. 이에 따라 최근 종양 표적화 나노입자 제형 연구는 종양으로 나노입자를 균질하게 깊이 침투시키는 방법과 종양 이외의 체내 장기에 잔류하는 다량의 나노입자를 줄이는 두 가지 도전이 동시에 요구된다.

ㅇ 신장으로 배설되는 초소형 나노 약물전달시스템 설계 전략으로 항암제의 암조직 표적성 향상

나노 약물전달시스템을 활용하여 암조직으로 항암제를 표적화시키려는 도전이 계속되고 있다. 그러나, 기존의 나노전달체들은 신장으로 배설되지 못하는 크기이기 때문에 간이나 비장 같은 정상조직에도 많이 축적되어서 약물의 부작용을 발생할 가능성이 있다. 이에 기존 의약품 첨가제로 사용되고 있는 사이클로덱스트린을 기반으로 하는 초소형 나노전달시스템을 설계하여 암조직으로의 표적성은 유지하면서 일반 장기로의 축적을 최소화하여 항암제의 부작용을 획기적으로 줄이는 방법을 보고하였다.

참고2		'24년 3월 수상자(김대덕 교수) 이력

□ 인적사항
o 성명 : 김대덕 o 생년 : 1963년 o 소속 : 서울대학교 약학대학 제약학과 o 전화 : 02-880-7870 o 이메일 : ddkim@snu.ac.kr
□ 주요 학력
o 1990.09. ~ 1995.07. 미국 럿거스대학교 (Rutgers-The State University of New Jersey) 약제학 박사 o 1985.03. ~ 1987.02. 서울대학교 약학과 석사 o 1981.03. ~ 1985.02. 부산대학교 약학대학 학사
□ 주요 경력
o 2003.09. ~ 현재. 서울대학교 제약학과 교수 o 1996.09. ~ 2003.08. 부산대학교 제약학과 교수 o 2022.01. ~ 현재. 한국과학기술한림원 정회원 o 2018.01. ~ 2018.12. (사)한국약제학회 회장 o 2010.01. ~ 2012.02. 한국약제학회 학술지 편집위원장 o 2009.09. ~ 2014.08. 미래부 지정 기초의약햑 분야 선도연구센터 센터장 o 1995.07. ~ 1996.08. 미국 워싱턴대학교 박사후 연구원
□ 전문 분야
o 나노입자를 이용한 표적 항암 제형 연구 o 피부 흡수 조절 제형 연구 o 방출 및 흡수 제어형 경구 제형 연구

참고3		'24년 3월 수상자(김대덕 교수) 인터뷰

3월 21일은 국민의 암에 대한 이해를 높이고 암 예방, 조기검진 및 치료에 대한 의욕을 고취시키고자 제정한‘암예방 날’입니다. 이달의 과학기술인상 3월 수상자인 김대덕 서울대 교수는 나노입자를 이용한 암조직으로의 항암제 표적화 연구 분야에서 세계적인 경쟁력을 인정받은 연구자입니다. 최근에는 나노물질을 이용해 약물을 효율적으로 체내에 전달하는 약물전달시스템(drug delivery system) 의 새로운 패러다임을 제시하며 많은 주목을 받았는데요. 30년 간 한결같이 선도적이고 혁신적인 연구를 추진해온 원동력은 바로‘연구 열정 가득한 연구실 구성원들’이라며 넉넉한 미소를 건네는 김대덕 교수를 봄기운 가득한 서울대 캠퍼스에서 만났습니다.

o 3월 이달의 과학기술인상 수상을 진심으로 축하드립니다. 새학기를 맞은 교수님의 근황도 전해주세요.

- 약학 분야의 제형 연구자로서 이런 큰 상을 받게 되어서 무한한 영광입니다.  진심으로 감사드립니다. 정년이 얼마 남지 않아서, 자신을 뒤돌아보는 시간을 자주 갖고자 노력하고 있습니다. 고마운 분들과 감사할 일들이 정말 많음을 새삼 깨닫고 있습니다. 연구 면에서는 그 동안 진행하고 있던 나노 약물전달시스템과 더불어서 좀 더 실용적이고 사업화가 가능한 제형 기술 연구도 병행하고 있습니다.

o 피부를 통한 약물전달을 비롯해 항암제를 효율적으로 암조직에 표적화하기 위한 다양하고 진보적인 항암 제형 연구에 매진해 오셨습니다. 교수님의 연구주제를 소개해주세요.

- 제 연구의 큰 주제는 약물을 효율적으로 체내에 전달하여 약효를 극대화하면서 부작용을 최소화하여 환자에게 편리함을 주는 방법(제형)을 연구하는 것입니다. 몸에 투여한 약물이 혈중에 들어오기 위해서는 위장관막이나 피부 등의 장벽을 통과해야 하는데, 약물에 따라서는 이 과정이 어려워서 실제로 혈중에 도달하는 양이 매우 적은 경우가 많습니다. 또한, 혈중에 도달하여서도 쉽게 분해되거나 목표로 하는 약효 부위에 도달하지 못하고 몸 밖으로 배출되어 버리기도 합니다. 우리 연구실은 시판 중인 약물이나 개발 중인 신약에 대해 이러한 문제점을 극복하기 위한 다양한 전략을 연구하고 있습니다. 특히, 항암제가 목표 부위에 도달하지 못하여 여러 가지 부작용을 나타내는 것을 극복하고자 나노 약물전달시스템을 활용하는 연구를 해왔습니다.

o 최근에는 새로운 설계 방법으로 나노 약물전달시스템 개발을 시도하셨어요.

- 그동안 우리 연구실은 다양한 형태의 나노전달시스템을 고안하여 항암제를 암조직으로 표적화하여 전달하는 연구를 발표하였습니다. 그러나 간이나 비장 등의 정상 조직으로의 노출을 줄이지는 못하였습니다. 이는 저를 비롯해 나노전달시스템을 이용하여 항암제의 암표적화를 연구하는 분들의 오랜 숙제였습니다. 따라서, 높은 암표적 능력을 보유하면서 정상조직으로는 분포되지 않는 새로운 형태의 나노 약물전달시스템을 설계하는데 관심을 가지게 되었습니다. 두 마리 토끼를 한 번에 잡아야 하는 어려운 도전이었지만, 꼭 답을 찾고 싶은 숙원 과제이기도 했습니다.

o 그 결과 지난해 네이처 나노테크놀로지에 발표한 논문은 나노약물전달시스템 연구의 새로운 패러다임을 제시한 것으로 평가 받았습니다.

- 신장으로 배설이 되는 초소형의 나노 약물전달시스템은 일반 장기로의 분포를 줄이면서 암으로의 표적성을 높이거나 유지할 수 있는 새로운 전략이므로 기존의 연구와는 다른 패러다임을 제시하는 차별성이 있습니다. 항암제 나노전달시스템의 궁극적인 목표는 종양 조직으로의 항암제 전달 능력을 향상시킴과 동시에 정상조직에 대한 항암제 노출을 최소화하는 것입니다. 하지만, 기존의 나노전달시스템들은 신장으로 배설되지 못하는 크기이기 때문에 합성고분자 등의 외인성 물질로 이루어진 나노전달시스템이 체내에 오래 잔류한다는 문제점이 있습니다. 또한 암조직 외에도 간이나 비장 같은 정상조직에도 축적되어 나노 소재 또는 항암제의 부작용으로 이어질 가능성이 높았습니다. 이로 인해 나노 약물전달시스템의 임상 적용은 독성에 대한 우려가 제기되곤 했습니다.

o 신장으로 배설 가능한 나노전달시스템의 다양한 활약이 기대되는데요. 연구의 주요 성과도 소개해주세요.

- 이번에 개발한 나노전달시스템은 주사제 등의 의약품 첨가제로 이미 사용 중인 물질인 사이클로덱스트린을 기반으로 만들어 재료에서 오는 독성에 대한 염려로부터 좀 더 자유롭습니다. 따라서 임상에도 쉽게 적용이 가능할 것으로 기대하고 있습니다. 또한 새로운 나노전달시스템은 암 뿐만 아니라 다양한 조직에 대한 높은 표적 선택성을 부여할 수 있기 때문에 관절염 같은 염증성 질환 등의 치료를 위한 나노 약물전달시스템 설계의 새로운 전략으로 이용될 수 있을 것으로 기대합니다.

o 의약품 개발이 국민의 삶의 질 향상으로 이어질 수 있도록 제약업계와 공동연구를 통해 얻은 결과물을 기술이전하는 등 산업화에도 많은 힘을 쏟으셨습니다.

- 개인적으로 약학대학에서 진행하는 연구는 자연과학 분야의 순수 기초연구와는 차별화되어야 한다는 생각을 늘 가지고 있습니다. 따라서 학문적인 호기심에서 출발하는 순수 기초연구 보다는 제약업계에서 응용 혹은 적용하여 사업화를 이룰 수 있는 연구를 하고자 노력하였습니다. 제약산업계와 공동으로 연구를 진행하는 것이 산업화로 연결될 가능성이 훨씬 높아서 윈-윈 할 수 있는 전략이라고 생각합니다.

o 1996년 부산대학교에서 첫 강단에 서신 이래 오늘에 이르기까지, 30년 연구 인생에서 가장 기억에 남는 연구는 무엇인가요?

- 부산대학교에서 교수 생활을 시작한 이후로 다양한 제형의 연구와 개발에 참여하였습니다. 돌아보면 하나하나 모든 주제가 소중하고 애정이 갑니다. 특히, 부산대에서의 연구 결과를 국제학술지에 교신저자로 처음 발표했을 때의 희열이 가장 기억에 남습니다. 연구비도 넉넉지 않고 인력도 많지 않은 어려운 상황에서 학생들과 밤늦게까지 실험실에서 함께하였던 고마운 시간들이 가슴에 깊이 남아 있습니다. 미국에서 쓰던 피부 흡수 측정 장비를 직접 설계하여 제작하였고, 이를 국내 연구진들에게 소개하였다는 보람도 있습니다.

o 매년 10편 이상의 우수한 논문을 국제학술지에 발표하셨습니다. 끊임없이 새로운 연구, 혁신적인 연구에 도전할 수 있었떤 원동력은 무엇인가요?

- 저와 함께한 열정적인 대학원생들과 연구진들 덕분입니다. 평소에도 주위 분들에게 농담반 진담반으로, ‘이렇게 연구에 열정을 보이는 우수한 구성원들이 우리 연구실과 인연을 맺은 것을 보면 제가 전생에 나라를 구한 것 같다’고 이야기 하곤 합니다. 우리 연구실에서 시간을 함께 한 모든 분들께 늘 진심으로 감사하는 마음입니다.

o 반대로 어려웠던 경험과 고비는 없으셨나요? 있었다면 어떻게 극복하셨는지 관련 경험을 나누어주세요.

- 연구자의 길을 택하면서 겪었던 가장 어려움은 젊은 시절의 경제적인 문제였던 것 같습니다. 대학을 같이 졸업한 동기들과 비교될 때마다, 잘못된 길을 선택한 것이 아닌가 하고 고민하였던 기억이 있습니다. 시간이 지나고 보니 약간의 시차를 두고 경제적인 격차도 많이 줄어들었습니다. 무엇보다 좋아서 선택한 일을 하면서 동료들과 즐겁게 살아왔다는 것에 큰 의미를 두고 있습니다. 지금도 많이 풍요로워진 것은 아니지만, 젊은 시절의 경제적인 어려움 때문에 연구자의 길을 포기하지 않은 것은 올바른 선택이었던 것 같습니다.

o 평소 연구실 구성원들에게 강조하는 자세는 무엇인가요?

- 학생들에게는 자기 주도적인 연구 자세를 늘 강조합니다. 대학원 진학은 자신의 선택으로 결정한 길이여야 하고, 따라서 선배나 교수의 강요에 의해 억지로 끌려가는 공부가 아니라 본인이 좋아하고 잘하는 일을 즐겁게 하는 것이 중요함을 늘 이야기합니다. 연구자로서 본인의 연구에 대해 애정과 자부심을 가져야 하고, 논리적인 사고로 과학적 방법을 실천하는 노력을 계속해야 한다는 점도 강조합니다.

o 연구자로서 앞으로 도전하고 싶은 주제는 무엇인가요?

- 아무리 효능이 좋은 약물이라도 효율적으로 표적 조직에 전달하여 효과를 나타내기 위해서는 극복해야 할 다양한 문제점들을 가지고 있는 경우가 많습니다. 특히 항암제는 암조직에 집중되지 못하고 일반 장기에 더 많은 양이 축적됨으로서 심각한 독성을 나타내는 경우가 대부분입니다. 항암제를 암조직으로만 표적화할 수 있는 제형에 대한 연구를 완성하여 임상에 적용 가능하도록 하는 것이  앞으로의 도전입니다.

o 교수님은 언제부터 과학자의 꿈을 키우셨나요? 미래 과학자를 꿈꾸는 학생들에게 당부 또는 조언도 한 말씀 부탁드립니다.

- 약학대학에 입학했을 때 대부분 약국이나 병원에서 근무하는 약사만을 염두에 두고 있는 것이 의아했습니다. 이렇게 유용한 약물들을 누가 어떻게 만들었을까 하는 것이 항상 궁금하였고 이러한 궁금증에 대한 해법을 찾다 보니 자연스럽게 대학원에 진학하여 공부를 계속하게 된 것 같습니다. 자신이 공부하는 분야에  마음의 문을 조금만 더 열고 새로운 길에 도전할 용기를 가져 볼 것을 조언합니다. 의외의 재능을 발견할 수도 있습니다. 그 길을 흔들리지 않고 꾸준히 나아가다 보면 큰 보람과 좋은 성과를 이룰 수 있을 것으로 믿습니다.