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★ 2023년 3월 8일(수) 조간(온라인 3.7(화) 오후 12:00 이후)부터 보도해주시기 바랍니다.

보도자료

청렴한 연구지원 신뢰받는 NRF

<홍보기획팀> 팀장 이상혁, 김정호 연구원 ☎ 042-869-6119

<자료문의> 광주과학기술원 신소재공학부 권인찬 교수(062-715-2312)

단백질약물 효과 오래 지속시켜주는 플랫폼 기술 개발 

-약물·약물전달체 종류 무관 간단 적용… 단백질 약물개발 기여-

 

□ 국내 연구진이 단백질 약물의 약효 지속 시간을 간단하게 조절할 수 

있는 획기적인 플랫폼 기술을 개발했다.

□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 광주과학기술원 신소재공학부 권인찬 

교수 연구팀이 성균관대 화학공학과 김재윤 교수 연구팀과의 공동 

연구로 단백질 약물과 약물 전달체 사이의 전하 상호작용을 조절

하는 전하 증폭 펩타이드 조각들을 설계했다고 밝혔다. 

□ 단백질 약물*은 우수한 기질 특성으로 많은 질병 치료에 사용되지만, 

체내에 주입되면 빠르게 분해되어 약효 지속이 어렵기에 반복해서 

과다하게 투여해야 하는 문제점이 있다.

 ○ 이에 약물 전달체**로 수화젤***이 많이 사용되는데, 약물의 종류에 

따라 단백질-수화젤 간의 상호작용이 약하면 체내 약물 방출 

속도가 빨라 기대만큼 약효가 지속되지 않는 한계가 있다. 따라서 

이들 상호작용을 강화시킬 수 있는 플랫폼 기술 개발이 필요했다. 

   * 단백질 약물(의약품) : 생체에서 충분히 얻기 힘든 치료용 단백질 성분을 대량 생산한 의약품. 

  ** 약물 전달체 : 단백질 약물의 약효를 오래 지속시키기 위해 약물과 결합하는 제형. 

  *** 수화젤(hydrogels) : 많은 물을 포함한 삼차원 가교 구조체로서 캡슐 등 약물 전달용 재료로 활용되고 있다.

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□ 권인찬 교수 연구팀은 단백질 약물에 쉽게 융합할 수 있는 펩타이드*로 

약물의 전하를 조절하고, 약물-약물 전달체 간의 전하 상호작용을 

조절하고자 했다. 

 ○ 이를 위해 양전하 증폭 펩타이드와 음전하 증폭 펩타이드를 각각 

설계했다. 이렇게 설계된 전하 증폭 펩타이드로 통풍 치료용 단백질 

약물에 시험한 결과, 약물에 융합되어 추가적인 화학반응 없이 

단백질 약물의 전하를 크게 높이거나 낮출 수 있었다. 

 ○ 이러한 단백질 약물 변이체들을 양전하를 가지는 수화젤에 주입해 

방출 속도를 확인한 결과, 단백질 약물 전하의 크기에 따라 약물 

방출 속도가 변화된다는 것을 확인했다.

 ○ 같은 조건의 동물 실험 결과, 기존 3시간 정도의 체내 반감기가 4일 

이상으로 크게 증대된 것은 물론, 주요 약효가 약물 주입 후 4일 

후에도 유지됨을 확인했다.

 ○ 개발된 전하 펩타이드 조각들은 재조합 단백질 기술**로, 약물을 

제조할 때 추가적인 반응이나 정제 없이 사용할 수 있고, 위 실험

처럼 다양한 종류의 단백질 약물과 약물 전달체에 적용할 수 있는 

플랫폼 기술로의 가능성도 확인했다.

   * 펩타이드(peptide) : 펩타이드 결합으로 연결된 아미노산들의 짧은 사슬. 

  ** 단백질 재조합 기술 : 인간의 생활에 유용하게 쓰일 수 있는 단백질의 유전자를 이식·배양해서 많은 양의 단백질을 

간단한 조작만으로 정제해서 사용할 수 있게 하는 것. 

□ 권인찬 교수는 “이번에 개발된 펩타이드 조각들은 간단한 융합으로 

단백질 약물의 체내 반감기 조절을 가능하게 해 다양한 단백질 

약물의 상용화에 기여할 것으로 기대된다.”고 밝혔다. 

□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구, 선도연구

센터, C1가스리파이너리사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 

재료분야 국제학술지‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈 (Advanced 

Functional Materials)’에 12월 27일 온라인 게재되었고, 내지삽화

(frontispiece)로 선정되어 차기 이슈에 게재될 예정이다.

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주요내용 설명

 <작성 : 광주과학기술원 권인찬 교수>

논문명

Charge Booster Tags for Controlled Release of Therapeutics from 

a Therapeutic Carrier

저널명 

Advanced Functional Materials

키워드 

charge booster tags, injectable gels, serum half-life, therapeutic 

proteins

DOI

10.1002/adfm.202209874

저  자

권인찬 교수 (교신저자/광주과학기술원), 김재윤 교수 (교신저자/성균관대학교), 

김승균 박사 (제1저자/광주과학기술원), 김동희 학생 (제1저자/성균관대학교), 

조진환 박사 (공동저자/광주과학기술원)

1. 연구의 필요성

 ○ 단백질 약물은 높은 기질 특이성과 낮은 독성으로 의약품으로서 많은 

개발이 이루어지고 있다. 하지만 단백질 약물은 체내에 주입되면 빠르게 

제거되어 체 내 반감기 및 약효의 지속성이 짧아서 반복 주사가 

필요하다. 이로 인해 환자의 불편함과 치료 비용이 높아지는 단점이 있다. 

 ○ 단백질 약물의 짧은 체내 반감기를 증대하기 위해 주사 가능한 

수화젤(injectable hydrogel)에 단백질 약물을 담지하여 체내 조직에 

주사하는 방법이 연구되어왔다. 이는 단백질 약물의 체 내 반감기를 일부 

증대시키는 데 유용했지만, 단백질 약물-수화젤 간의 상호작용에 큰 

영향을 받았다. 이러한 상호작용이 약할 경우, 약물이 너무 빨리 방출되어 

오랫동안 약효를 유지하기 힘들었다. 

 ○ 수화젤 약물 전달체로부터 단백질 약물의 방출 속도를 조절하기 위해 

약물과 쉽게 융합할 수 있는 전하를 가지는 펩타이드 들을 개발하였다. 

양전하 증폭 혹은 음전하 증폭 펩타이드 들은 통풍 치료용 단백질 약물에 

융합하였을 경우 기존의 재조합단백질 기술로 손쉽게 제작이 가능하고 

수화젤에서 천천히 방출되게 하여 기존 3시간 정도인 체 내 반감기를 4일 

이상으로 크게 증대시킬 수 있었다. 

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 2. 연구내용 

 ○ 연구팀은 체내 조건에서 양전하를 가지는 라이신(lysine)을 포함하는 

양전하 증폭 펩타이드(positive charge booster, PCB)와 음전하를 가지는 

아스파트산(aspartic acid)을 포함하는 음전하 증폭 펩타이드(negative 

charge booster, NCB)를 설계하였다. 또한 혈액에서 반감기 증대가 

가능하고 순전하가 음의 값인 알부민(albumin)과 결합할 수 있는 

도메인을 단백질 통풍 치료제에 융합하였다.

*알부민: 혈장 내 포함된 단백질로 독성이 없으며, 3주의 긴 체내 반감기를 가지고 있다.

 ○ 이러한 전하 증폭 펩타이드들을 통풍 치료용 단백질 약물에 융합하여 

기존의 재조합 단백질 제작 기술 그대로 단백질 약물 변이체를 제작할 수 

있었다. 이러한 전하 증폭 펩타이드들은 융합을 해도 단백질 약물의 

약효가 감소되지 않았고 수화젤과의 전하 상호작용을 크게 하거나 

줄이거나 해서 방출속도를 조절할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 특별히 

양전하를 가지는 수화젤에 담지된 단백질 약물의 경우 음전하가 증폭된 

변이체일 경우 방출이 천천히 일어남을 확인하였다.

 ○ 동물 모델에서 실험한 결과, 피하에 주사된 통풍치료용 단백질 약물의 

경우 3시간 정도의 짧은 체내 반감기를 가졌는데 음전하가 최대로 증폭된 

약물 변이체의 경 체 내 반감기가 4일 이상으로 크게 증대되었다. 또한 

통풍을 유도한 쥐 실험에서 통풍의 원인인 요산의 농도를 낮추는 약효가 

4일 이후에도 현저히 발견됨을 확인했다. 

3. 연구성과/기대효과

 ○ 단백질 약물은 암, 당뇨, 통풍 등 다양한 질병에 우수한 약효를 보여준다. 

하지만 짧은 반감기가 단백질 약물의 개발에 한계가 있었다. 이번에 

개발한 플랫폼을 이용하여 다양한 단백질 약물의 상용화에 기여할 것을 

기대한다.

 ○ 또한 이번에 개발한 펩타이드를 이용하여 수화젤 뿐만 아니라 다양한 

약물 전달플랫폼에서 단백질 약물의 적용할 수 있는 잠재력을 지니고 

있다.

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그림 설명

(그림1) 전하 증폭 펩타이드를 융합하여 단백질 약물이 약물 전달용 수화젤에서 

방출되는 속도 및 체내 반감기를 조절하는 기술. 특히 수화젤과 반대의 전하를 

증폭하는 펩타이드의 경우 단백질 약물이 서서히 방출되어 약물의 약효가 체 

내에서 오랫동안 지속되게 해 주는 기술. 

그림설명 및 그림제공 : 광주과학기술원 권인찬 교수 (Wiley copyright permission) 

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(그림2) 전하 증폭 펩타이드/알부민을 통해 부여된 음전하에 크기에 따라 체내 

반감기 조절 가능함을 확인. 전하를 증폭한 경우 단백질 약물이 체내에서 

오랫동안 약효가 지속될 수 있다는 것을 확인함.                         

그림설명 및 그림제공: 광주과학기술원 권인찬 교수 

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연구 이야기

                                       <작성 : 광주과학기술원 권인찬 교수>

□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

수화젤을 이용하여 단백질 약물 방출 조절에 관련해서는 다른 많은 연구자들이 연구를 

진행했었다. 하지만 단백질 약물을 서서히 방출하기 위해서는 수화젤과 단백질 약물을 여러 가지 

화학 반응으로 변화를 주어야 하는 점에 불편함을 느꼈다. 이번 연구는 이런 불편함을 해소하기 

위해 간단한 전하증폭 펩타이드의 융합을 통한 단순한 방법을 개발하기로 했다. 

□ 연구 전개 과정에 대한 소개

전하 상호작용을 이용해 보고자 했다. 단백질 약물마다 순 전하값이 천차만별이라 전하 

상호작용의 크기도 달라서 원하는 전하를 증폭할 수 있는 전하 증폭 펩타이드를 설계하고 단백질 

약물에 유전자 조작으로 융합하였다. 이러한 단백질 약물들은 재조합 단백질 기술로 미생물에서 

손쉽게 제작되었으며, 이를 주사 가능한 수화젤에 담지하여 약물 방출 속도, 체내 반감기 그리고 

통풍 모델 쥐에서 치료 효과를 검증하였다.

□ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소는 무엇인지? 어떻게 극복(해결)하였는지?

설계된 단백질 약물들이 온전히 얻어지지 않는 문제가 있었다. 미생물에서 단백질 약물을 

제작하는 조건의 최적화가 필요했다. 이를 위해 발현 과정에서의 시약의 농도, 온도, 미생물 

종류를 바꿔주어서 온전한 단백질 약물들을 얻는 데 성공하였다.

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

기존 연구에서는 수화젤로 단백질 약물을 전달할 때 단백질 약물의 방출 속도는 수화젤과 단백질 

약물 간의 원래부터 가지고 있던 상호작용의 크기에 따라 결정되었다. 따라서, 방출 속도를 

조절하는 데 어려움이 있었다. 이번 연구에서는 단백질 약물의 음전하 혹은 양전하를 증폭시켜 줄 

수 있는 펩타이드를 유전자 조작으로 융합하여 수화젤과의 전하 상호작용의 크기를 원하는 

방향으로 조절할 수 있었다. 특히 수화젤의 전하와 반대인 전하를 단백질 약물에 증폭시킨 경우 

약물의 방출 속도가 크게 감소하고 체 내에서 약효 지속 시간이 크게 증대되었다는 것을 

확인하였다. 

□ 실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나? 실용화를 위한 과제는? 

실용화된다면, 대부분의 단백질 약물을 수화젤 약물 전달체에서 서서히 방출하여 약효를 오래 

지속하는 데 사용될 것으로 기대된다. 이러한 단백질 약물 및 수화젤 약물 전달체에 대한 독성 및 

임상 시험이 필요하다.

□ 꼭 이루고 싶은 목표나 후속 연구계획은? 

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전하 상호작용은 일반적이라 단백질 치료제뿐만 아니라 항체, 저분자 약물 등 다양한 약물에도 

적용가능하고, 수화젤 약물 전달체뿐만 아니라 지질나노입자나 생분해성 고분자 약물 전달체 등 

다양한 약물 전달체에도 사용될 수 있을 것으로 기대한다.