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[Frost&Sullivan] 나노기술이 만든 미래 의학
정밀의학 시대를 이끄는 나노기술
[71호] 2016년 03월 01일 (화) 최승환 economyinsight@hani.co.kr

아주 작은 항암제 입자가 암세포만 골라서 공격하는 것처럼 이른바 ‘나노의학’ 기술이 미래 의학을 이끌 기술로 주목받고 있다. 특히 유전과 병원균에 의한 질병을 모두 정확히 진단하는 분자 진단이 의료기술의 혁명을 일으키고 있다. 나노의학에서는 약물을 환자 몸 안에 효과적으로 전달하는 방법도 연구한다. 오늘날 항암제는 종양 부위 세포만 공격하는 것이 아니라 환자 몸 전체를 강타해 정상적인 세포도 파괴한다. 프로스트앤드설리번의 최승환 이사와 함께 나노의학의 현주소와 향후 전망에 대해 알아본다.

최승환 프로스트앤드설리번 이사

환자의 증상에 의존하는 의료진의 경험적 판단으로 진단과 처방이 이뤄지는 ‘직관의학’은 질병의 원인 파악이 불분명해 치료 효능이 불확실함에도 급성질환의 신속한 진단과 처방으로 인류의 삶의 질 향상에 기여해왔다. 그러나 컴퓨터단층촬영(CT), 자기공명영상(MRI) 등 영상진단기기의 개발은 표준화된 체계를 근거로 하는 진료(EBM·Evidence Based Medicine)의 확립을 이끌었다. 이는 ‘경험의학’으로 일컬으며 수술 중심의 치료 성공률을 제고했지만 여전히 원인 치료보다는 증상 완화에 목적이 있다.

고혈압, 당뇨 등 평생 관리가 필요한 질환의 확산은 개인은 물론 사회적 비용(공공의료체계 유지비용)도 증가시켜 병의 정밀한 원인 분석과 정상 조직의 손상을 최소화하는 치료제를 개발하는 동인이 되었다.

   
▲ 영국 런던대학의 나노의학 연구소에서 한 연구원이 유전과 병원균에 의한 질병을 모두 진단하는 분자 개발에 몰두하고 있다. REUTERS

질병의 정밀한 원인 분석은 유전자 분석을 포함한 분자 수준의 검사로, 치료제는 화학적 구조 개선과 마이크로로봇을 체내에 주입하는 물리적 개선으로 발전하고 있다. 나노기술은 진단, 치료, 재생 및 생명과학 연구에 적용돼 정밀의학이라는 새로운 패러다임의 기술적 촉진제 역할을 수행하고 있다.

나노기술을 의약품에 적용하려면 세포 단위로 약품을 전달하는 기술, 원자 수준의 정밀도로 물질을 합성하는 기술, 분자·세포 영상기술 및 해당 조직에 의약품이 작용하게 하는 차단기술이 필요하다. 세포 단위로 약품을 전달하는 기술(Nanomedicines)은 약품이 혈액, 세포, 조직 및 기관의 DNA나 단백질에 직접 작용하도록 인체의 장애물을 우회해 적은 용량의 사용으로 치료 효능의 개선과 비용의 감소가 가능하다.

분자합성기술(Nano Self Assembly)은 약품이 해당 세포나 조직과 결합이 용이하도록 구조를 생성하는 기술로 원자 수준의 정밀도가 요구된다. 분자·세포영상기술(Nano bio-sensing)은 정밀의약을 견인하는 중요한 기술로서 정밀 진단과 나노의약품의 작용기전을 확인할 수 있게 한다. 의약품차단기술(Drug Screening Platforms)은 병변에 정확히 약품이 작용하도록 자력, 항생·항균제, 적외선 및 생화학제 등과 연계해 전달체계를 보완한다.

2015년 나노기술 시장 164조원

현재 네 가지 기술을 중심으로 나노의약품 연구·개발은 ‘Fast-to-Market Model’과 ‘Proof-of-Concept Model’로 화학, 물리학, 정보기술(IT) 등 다학제(Multidiscipline) 기반으로 수행되고 있다.

Fast-to-Market Model은 분산연구를 기초로 학문적 연구와 적용하는 것으로 연구과제 단위로 예산이 집행돼 고위험, 고수익의 특성을 보인다. 반면 Proof-of-Concept Model은 내부 자원에 기반한 연구·개발로 진단기기 제조사 및 제약사를 중심으로 이루어지며 성과지향에 적합하다.
의약품 개발 단계별로 보면 제품기획(Product Profile)-프로토타입(Prototype)-PoC(Proof-of- Concept)-임상시험 네 단계가 진단, 치료 및 치료 확인 과정에서 정밀의약품의 중심이며 전략적 파트너십과 제휴가 활발한 단계다.

제품기획과 프로토타입은 학계와 스타트업을 중심으로 과학적 접근이 수행된다. 프로토타입 단계부터 PoC는 민관 협업으로 연구·개발을 진행하는 하이브리드(Hybrid) 방식이 적용되기도 한다. 임상시험은 의료기관, 대형 제약사, 인증기관 등 다양한 주체의 참여로 상용화를 준비하는 단계다.

나노기술의 의약품 적용은 독성을 제거한 치료 외에도 분자 단위 분석을 위한 나노칩 개발, 각각 다른 기능을 가진 분자구조를 연결한 나노어레이(Nano Array) 등 차세대 바이오 산업의 기반을 조성한다.

나노기술은 2000년 초반 나노분말 및 나노구조의 개발과 합성으로 시작해 2006년 이후 분자센서, 나노항생물질, 나노어레이 등으로 통합이 이뤄졌다. 2010년 이후 나노칩, 분자영상기기, 나노로봇 등이 등장하며 원인 진단부터 의약품의 생산과 효능 확인에 필요한 기술을 토대로 본격적인 나노의약품 시장이 형성됐다.

전세계 나노기술의 시장 규모는 2015년 기준 1350억달러(약 164조원)로 항암제가 주를 이루고 있다. 전문가들은 2020년에 관련 시장이 2120억달러까지 확대돼 연평균 12.1%의 성장률을 예상한다. 이 가운데 항암제의 비중은 20%이며 현재 개발 중인 나노의약품 47%도 암 관련 약물 및 전달체이다.

지역별로는 북미 지역이 45%를 차지해 앞으로도 가장 큰 시장이 형성될 전망이며 유럽과 아시아가 각각 35%, 15%를 차지하고 있다. 이들 지역에서는 연구·개발 확산, 민관 투자 확대, 정밀진단기기 보급이 이뤄지고 있다. 나노 관련 기술은 선진국의 주도로 기술 개발과 투자가 이뤄지고 있지만 중국·한국 등과 신흥국에서도 기술 선점과 상용화를 목표로 연구·개발이 확대되고 있다. 전통적인 제약회사뿐만 아니라 나노기술을 기반으로 한 다른 산업의 참여가 늘어나고 각국 정부는 공공의료체계의 비용 절감을 위해 민간 지원을 강화하고 있다.

만성 및 대사질환, 각종 암과 심혈관·신경계 질병의 증가와 퇴행성 질환 등 정형외과적 치료의 수요 증가로 효능이 보장된 저비용 치료의 요구가 증가하고 있다. 정밀진단기기의 보급으로 초기 암의 진단이 가능하지만 암 치료에서 외과적 수술이 정상 조직의 손상을 불러와 나노기술을 활용한 개선 연구가 활발하게 진행 중이다.

그럼에도 상용화의 성공 확률이 타 의약품에 비해 저조한 반면 새로운 공법을 도입하기 위해 대규모 투자가 필요하다. 기존 나노 관련 기술과 차별화되는 의약품 특허 취득의 어려움, 나노기술과 제약업계의 협업으로 비즈니스 모델의 복잡도 증가, 초기 상용 의약품의 제조 공정의 복잡도로 인한 비용 증가 등이 앞으로 해결해야 할 과제로 남아 있다.

seunghwan.choe@frost.com

* 프로스트앤드설리번(Frost & Sullivan)은 고객 성장의 가속화를 위해 협력하는 ‘성장 파트너’로서 팀리서치(TEAM Research), 그로스컨설팅(Growth Consulting), 그로스팀멤버십(Growth Team Membership) 프로그램을 통해 고객이 효과적인 성장 전략을 수립·평가·실행할 수 있는 성장 위주의 문화를 창조할 수 있도록 지원하고 있다. 또한 50년 이상의 경험을 바탕으로 6대륙 40개 이상 사무소에서 1천여개 글로벌 기업, 새로운 비즈니스 분야 및 투자계와 협력하고 있다.
 

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