이 점에 주목, 통증없는 세상을 구현하기 위해 20여년이상 두 팔을 걷어붙인 연구자가 있다. 세계최초로 캡사이신 이온채널을 발견, 전세계 진통제 시장에 새로운 지평을 열어준 서울대학교 약학대학 오우택 교수(통증발현연구단 단장)가 바로 그 사람이다. 오 교수는 “지금의 진통제는 우리의 뇌가 통증을 느끼지 못하게 하는 것일뿐 통증 자체를 없애는 것이 아니다”라며 “이온채널을 통해 신경세포의 통증전달 경로를 차단할 수 있다면 아무런 약물 부작용 없이 완벽한 진통효과를 얻을 수 있게 된다”고 설명한다.
전세계 통증연구의 발전과 신개념 진통제 신약개발에 새로운 전기를 마련한 서울대 오우택 교수를 만나 통증연구의 필요성과 중요성, 국내 약학계의 발전방향 등에 대한 고견을 들어봤다.
편집자 주
● 교수님께서 약학, 특히 통증연구와 인연을 맺게된 계기에 대해 말씀해주십시요.
“중학교 시절 항공스포츠동호회인 푸른날개의 회장을 맡기도 했을 만큼 어렸을 적에는 라디오나 비행기와 같이 무엇인가를 만드는 것에 큰 흥미를 느꼈었다. 이러한 천성 탓에 학문적으로도 수학과 물리를 좋아했던 반면 생물은 싫어하는 과목의 하나였다.
생물학에 가까운 약학을 전공으로 선택하게 된 것은 사실상 우연이라 할 수 있다. 집안의 반대로 물리학과 지원을 포기해야했던 상태에서 지인(知人)이 생명과학 분야를 추천, 단 5분만에 약대 진학을 결정했기 때문이다. 대학시절 수업에 흥미를 느끼지 못하고 다소 방황했던 이유도 여기에 있었다.
신경생리학 등에 대한 학문적 갈증
약(藥)이 지닌 진정한 매력에 빠지게 된 것은 대학원 진학 후 약물학을 전공하면서 부터로서 공부를 하면 할수록 신경생리학, 뇌생리학 등 신경과학에 대한 학문적 갈증이 찾아왔다.
통증(痛症)과의 만남은 바로 이같은 갈증을 해소하기 위해 지난 83년 미국 오클라호마대학에 들어가면서 시작됐는데 당시 연구실 전체가 통증연구를 하고 있었기에 자연스럽게 인연이 맺어졌다.
결국 23년간 연구를 계속해오고 있는 통증과의 인연은 두 번의 우연이 겹쳐 숙명이 되어버린 셈이라 말할 수 있다.”
● 삶의 질 향상이라는 측면에서 통증연구는 치료제의 개발 못지않게 중요한 기초의학분야로 생각됩니다. 이처럼 통증연구가 중요한 이유에 대해 설명해 주십시요.
“통증을 사전적으로 정의하자면 ‘몸이 손상을 받았을 때 느껴지는 고통스러운 자각 증상’이라 할 수 있다. 두통, 치통에 시달려본 사람이라면 이러한 통증이 얼마나 고통스러운지를 잘 알 것이다. 이때 진통제가 없다고 상상해보자. 도저히 일상적인 생활을 영위할 수 없는 상황이 초래될 것이 당연하다.
인간다운 삶의 1차 보호막
일반인들의 경우 자칫 ‘통증으로 죽지는 않는다’라며 치료제의 우위를 점칠 수도 있겠지만 고추의 주성분인 캡사이신(capsaicin)을 쥐에 주입하면 통증만으로 죽음에 이르게 된다. 또한 사지절단 환자들의 사망원인 대부분은 출혈과다가 아닌 통증에 의한 쇼크사이다. 전쟁 상황에서 치료제 보다 진통용 마약이 더 중요한 약품으로 취급받는 것도 같은 맥락에서 이해할 수 있다.
특히 말기 암환자들의 경우 죽는다는 사실 자체보다 죽기전까지 찾아올 상상을 초월하는 고통을 더욱 두려워하여 자살이라는 극단적 선택을 하는 사례까지 있다.
즉 통증연구를 통한 진통제의 개발은 인간다운 삶을 영위하기 위한 1차 보호막이자 마지막 순간까지 인간이 최소한의 존엄성을 유지하도록 해주는 최후의 안전장치로서 학문적·의학적·산업적 가치가 매우 크다.
덧붙여 신경과학의 1/3 정도가 통증과 관련된 연구라는 사실도 이 분야의 중요성을 단적으로 말해주는 부분이다.”
● 교수님께서는 지난 96년 세계최초로 캡사이신 이온채널의 존재를 밝혀내 과기부 통증발현창의연구단의 창단을 이끌어내신바 있습니다. 캡사이신 채널의 발견과정과 목적에 대해 말씀해주십시요.
“통증이 일어나는 매커니즘을 쉽게 설명하면 열자극, 기계적 자극, 화학적 자극 등이 인체에 가해질때 감각신경(통각신경) 세포가 흥분하여 전기신호를 척수에 보내게 되는데 이를 뇌가 인지함으로서 아픔을 느끼는 것이다.
이때 통각세포의 흥분은 외부자극에 의해 한시적으로 열리는 이온채널이라는 통로를 통해 세포막 외부에 존재하는 나트륨, 칼슘 등과 같은 양이온들이 세포내부로 진입하기 때문이다.
이는 반대로 말하면 아무리 심한 외부자극이 있다해도 이온채널이 열리지 않도록 할 수만 있다면 양이온들이 통각세포 내부로 진입하지 못하고 통증도 느껴지지 않음을 의미한다. 이것이 바로 통증연구에서 이온채널이 중요한 이유이며 캡사이신 채널을 발견하게된 동기이기도 하다.
매운맛은 혀가 느끼는 통증
캡사이신 채널은 지난 94년 안식년을 맞아 미국 시카고의대에 교환교수로 재직하고 있을 당시 ‘고추가 왜 매울까?’(매운맛은 혀가 느끼는 통증이다)라는 의문에서 출발, 캡사이신에 반응하는 이온채널이 있을 것으로 확신하고 생쥐의 통각신경세포에 캡사이신을 투여하는 등의 연구를 지속한 끝에 발견에 성공했다.
지금까지 발견된 이온채널은 약 2백개 정도인데 이중 통증과 관련된 이온채널의 존재가 확인된 것은 캡사이신 채널이 처음이었으며 이미 연구논문 인용횟수가 250회를 넘어섰을 만큼 전세계적으로 이를 활용한 연구가 활성화되고 있는 상황이다.
한편 캡사이신 채널을 최종적으로 발견해낸 것은 국내에 돌아온 직후인 96년경이지만 주요연구가 시카고 의대에서 진행됐고 수개월만 더 체류했었더라도 당시 연구실 책임자였던 김동희 박사의 주요 업적 하나가 추가되었을 것이라는 점은 연구에 많은 도움을 주셨던 김 박사님께 미안함을 느끼는 부분이다.”
● 캡사이신 채널의 발견은 산업적으로 어떠한 의미를 갖고 있습니까.
“캡사이신 채널 발견의 가장 큰 의미는 이온채널의 통제를 통해 진통효과를 얻는 신개념 진통제의 개발로가 열렸다는 점이다. 이같은 작용기전을 갖는 진통제는 기존 약품들과 달리 부작용이 거의 없고 진통효과도 탁월하다.
일례로 현존하는 가장 강력하고 효과적 진통제인 몰핀(헤로인)은 분명 좋은 진통제이기는 하지만 내성이 강해 계속 투여량을 늘려야하고 호흡정지, 구토 등 심각한 부작용이 있다.
또한 몰핀은 환각 및 마취효과에 힘입어 통증이 있음에도 이를 인지하지 못하는 것일 뿐이지만 이온채널 차단 방식의 진통제가 개발되면 아예 통증 자체를 일어나지 않게 할 수도 있어 진통제 시장에 새로운 장을 열어줄 것이다.”
안정적 ‘PAC20030’ 특허출원
● 교수님께서는 캡사이신 채널 발견 이후 이를 활용한 신약후보물질 ‘PAC20030’의 개발에도 주도적으로 참여하셨습니다. ‘PAC20030’의 연구진행 현황과 향후 전망, 제품화 가능성에 대해 말씀해주십시요.
“캡사이신 채널의 발견이후 4년만에 인체내에서 캡사이신 채널을 여는 물질, 즉 내인성활성물질이 ‘12-HPETE 지방산’이라는 사실을 발견해냈다. 또한 ‘12-HPETE’가 통증유발물질인 브래드키닌(Bradykinin)과 간지러움 유발물질인 히스타민에 의해 생성된다는 것도 알아냈다. 인체내에서 이루어지는 캡사이신 채널의 모든 매커니즘을 밝혀낸 것이다.
이를 바탕으로 연구단은 서울대 약대 신의약품개발연구센터, 태평양 의약건강연구소 신약팀 등과 공동으로 차세대 통증차단물질의 개발에 들어갔고 1,500여개에 달하는 합성물질을 만들어낸 끝에 캡사이신 채널 차단에 가장 효과적이며 안정적인 ‘PAC20030’을 찾아내 2002년 특허를 출원했다.
2004년 2월에는 독일의 다국적 제약업체인 슈바르쯔 파마社가 이의 가치를 인정, 공동연구 및 라이선스 계약을 체결하기도 했다. 향후 ‘PAC20030’이 미국 FDA의 인증을 받게되면 이 회사로부터 최대 1,600억원에 이르는 로열티를 받게 된다.
물론 ‘PAC20030’이 현재 전임상 단계에 불과해서 개인적으로는 최종 FDA 승인 성공률을 20% 정도로 보고 있지만 이미 1,500여개의 합성물질을 만들어냈기 때문에 향후 독성과 같은 예기치 못한 걸림돌이 도출되더라도 큰 어려움 없이 해결가능할 것으로 믿고 있다. 이에따라 앞으로 ‘PAC20030’의 상품화에 성공한다면 아스피린이나 타이레놀을 대체할 수 있는 소염진통제가 탄생하게 된다.
국내 이론기반 신약개발 최초
사이클로옥시지나제(COX) 억제제의 일종인 기존 진통제들은 염증세포들의 활동을 제한하여 통증을 약화시키는 기전을 취해 진통능력에 한계가 있는 반면 ‘PAC20030’은 캡사이신 채널을 차단, 통증전달 자체를 막으므로 부작용도 거의 없고 우수한 진통효과를 얻을 수 있다. 특히 상업화의 성공여부는 차치한다해도 ‘PAC20030’이 국내에서 제시한 이론(이온채널차단)을 가지고 신약을 개발하는 최초의 사례라는 사실에 커다란 자부심을 느끼고 있다.”
● 최근 신약개발과 관련한 범정부적 관심과 투자가 확대되고 있습니다. 글로벌 신약개발을 위해 국내 연구계나 제약업계가 나아가야할 방향을 제시해 주신다면.
“일단 이온채널을 활용한 통증연구에 국한하여 설명하자면 국내 연구수준은 이론부분에 있어서만큼 세계최고이다. 또한 10여년에 걸친 노하우를 보유하고 있는 통증발현연구단은 통증연구와 이온채널연구를 동시에 잘 할 수 있는 세계최고의 연구팀이라 자부한다.
이같은 배경에도 불구하고 현재의 국내 환경에서 세계시장을 겨냥한 글로벌 신약을 개발하는 것은 사실상 불가능하다. 연구인력이나 인프라는 배제한다해도 글로벌신약을 만들기 위해선 개발완료시점까지 약 2억달러(약 1,900억원)의 연구자금이 필요하지만 국내제약회사 중 이만한 R&D비용을 충당할 수 있는 기업이 전무하기 때문이다.
물론 이는 비단 우리나라만의 문제는 아니다. 전세계적으로 임상 1상을 마친 신약후보물질들이 연간 1,000개가 넘게 나오고 있지만 여기에 필요한 약 2천억달러의 자금은 모두 미국 화이자, 독일 바이엘과 같은 거대 다국적 제약회사 10개사의 주머니속에서 나온다. 전세계 신약개발 시장엔 오로지 10개사만이 참여하고 있는 것이다.
이온채널에 연구역량 집중
다국적 제약사들은 또 시스템적으로도 앞서있다. 우리는 PAC20030을 찾아내는데 6년이 걸렸지만 화이자는 신약개발결정을 내리면 전자동기계화시스템을 활용, 약 3개월만에 25만개에 달하는 후보물질들의 테스트를 완료한다. 속도전에서 상대가 되지 않는 실정이다.
결국 이 모든 문제들을 극복해내고 국내에서 신약개발이 활발히 전개되기 위해서는 가장 먼저 각 제약업체들의 R&D 투자비 확대가 필요하다. 이를위해 ‘규모의 경제’ 실현이 가능하도록 지금과 같이 독자노선을 고수하는 것에서 탈피, 좀더 적극적인 M&A에 나서 주었으면 하는 바램이다.”
● 현재 집중적으로 연구하고 계신 분야는 무엇입니까.
“앞서 언급했듯이 자극의 종류에 따라 열리는 이온채널이 다르기 때문에 캡사이신 채널 하나로 모든 통증을 막을 수는 없다.
이에따라 지금은 기계적 자극에 의해 열리는 이온채널(Mechanic-Sensitive Channel)에 연구역량을 집중하고 있는 상황이다. 아직 정확한 내용을 공개하기는 어렵지만 이미 새로운 MSC를 찾아냈으며 금명간 발표를 앞두고 있다."
● 연구자로서 궁극적으로 이루고자하는 목표가 있다면.
“통증관련 이온채널 연구를 하는 궁극적인 목표는 이 세상에서 마취제를 사라지게 만드는 것이다. 최근 MSC 부분에 주목하고 많은 시간을 할애하고 있는 것도 이러한 이유에서 이다.
마취대신 알약먹고 수술하는 시대
현재의 마취제는 뇌를 비롯한 모든 신체기능을 정지시키기 때문에 체력이 약한 어린이나 노약자, 심장이 약한 사람들에게는 매우 위험하다. 그러나 MSC를 막아준다면 신체기능을 100% 살리면서 통증만 느끼지 못하게 할 수 있다.
다시말해 신문을 보거나 의사와 농담을 주고 받으며 수술을 받을 수도 있다. 환자의 정신적 측면을 고려하면 맨정신에 자신의 살이 찢기는 것을 보는 것과 마취를 당해 의식을 잃는 것 중에 어떤 것이 더 낳을지는 모르겠지만 그만큼 강력한 진통효과를 얻을 수 있다는 뜻이다.
지금의 생명공학 발달속도를 감안할 때 약 20~30년 후에는 마취제 대신 MSC를 차단하는 알약 1~2알을 먹고 수술을 받을 수 있는 시대가 도래할 것으로 기대하고 있다.”
● 지금까지 연구자로서 가장 힘들었던 시기가 있었다면.
“미국 유학 시절에는 신경연구를 위해 원숭이로 동물실험을 진행했다. 하지만 88년경 국내로 돌아와서는 부득이 원숭이가 아닌 고양이로 실험을 해야했다. 국가영장류센터가 운영되고 있는 지금과 달리 당시에는 영장류를 대상으로한 실험 자체가 불법이었기 때문이다.
그나마도 정기적으로 고양이를 구하는 것조차 결코 쉽지는 않은 일이었다.
기자재 하나 제대로 갖춰지지 않은 상황에서 전기마이크로미터 등 모든 실험기계(전자장비)를 직접 만들어서 사용했을 만큼 정력을 기울였지만 고양이로는 원하는 연구결과를 얻을 수 없었고 결국 신경연구를 포기할 수밖에 없었다.
9년 사업완료, 향후 5년간 또 진행
신경연구가 선도적인 분야가 아니었다는 점, 이미 많은 연구자들이 이 분야에 뛰어들어 치열한 경쟁을 벌이고 있었다는 점 등도 포기를 결심한 원인의 하나였고 결과적으로 나를 통증연구로 회귀하게 만든 단초가 되기는 했지만 연구자로서의 삶을 뒤돌아볼 때 가장 힘겨웠던 시기였음은 틀림없다.
여기에 하나 덧붙이자면 캡사이신 채널을 세계최초로 발견하고도 미국의 연구자가 캡사이신 채널의 유전자인 ‘TRPV1’을 먼저 발견했다는 것도 상당히 억울하고 아쉬움이 남는 부분이다.”
● 대한민국의 석학으로서 후배연구자나 후학들에게 당부하고 싶은 연구철학이 있다면.
“현 세태에서는 과학도 패션이 되어버렸다. 청바지가 유행하면 청바지를 입고, 스커트가 유행하면 스커트를 입듯 연구계에서도 특정분야가 유망하다고 소문이 나면 그 분야로 연구자들이 대거 몰리는 현상이 보여지고 있기 때문이다.
후학들에게 당부하고 싶은 말은 유행에 민감하게 반응하기 보다는 자신이 흥미를 느끼는 분야에서 우직하게 자신만의 연구를 해나갔으면 한다.
실제로 남들이 한다고해서 따라하는 연구는 실패할 개연성이 높으며 노벨상 수상자와 같은 연구의 대가들을 봐도 유행에 편승하지 않고 고집스럽게 한 분야만을 연구한 사람이 성공의 열매를 수확할 수 있음을 알 수 있다.
내 자신 또한 연구비나 인력이 충분치 않은 상황에서 아이디어 하나로 통증연구를 시작했다. 한 분야만을 파고든 결과, 과기부 창의적연구진흥사업의 일환으로 통증발현연구단의 출범을 이끌어냈고 지난해를 기해 9년간의 사업을 마쳤지만 올해 다시한번 과제로 선정돼 향후 5년간 연구를 발전시킬 수 있는 기회를 얻었다.
단 하나의 연구과제로 14년 동안 정부자금을 지원받는 것은 아마도 창의연구사업 사상 최장기간일 것으로 생각되며 이 점은 주변에서도 많이 부러워하고 있다. 이렇듯 하나의 분야에 집중한다해도 비전과 희망이 있음을 후배들에게 보여주면서 그들이 바라보고 쫓아올 수 있는 역할모델(role model)이 되어 주고 싶다는 것이 연구자로서 개인적인 목표이자 바램이다.”
통증발현 연구단 이온채널 속성이용, 부작용없는 진통제 개발
통증발현연구단은 인간을 통증의 고통으로부터 완전히 해방시킬 수 있도록 통증의 전달을 담당하는 말초신경내의 수많은 매커니즘을 밝혀내기 위한 목적으로 설립됐다.
특히 신경전달에 있어서 중심이 되는 이온채널(ion channel)의 종류와 유전적 특성 등에 대한 연구를 중점적으로 수행하고 있다.
수많은 종류의 이온채널을 연구하기 위해 연구단에서는 전기생리학 분야에서 많이 사용하는 팻취클램프(Patch-Clamp) 장비를 활용, 통각세포에 발현되는 이온채널들의 존재와 특성을 밝혀내는데 주력하고 있는 상황이다. 또한 분자생물학, 생물정보학 등 이온채널과 관련 있는 유전자의 클로닝(Cloning)을 위한 다양한 실험기법을 채용하고 있다.
이와관련 연구단은 캡사이신에 의해 통각신경을 흥분시키는 이온채널을 세계최초로 발견하였으며 이를통해 'PAC20030'이라는 신약후보물질을 찾아내는 등 세계가 주목할만한 성과를 거두고 있다.
연구단이 궁극적으로 이루고자 하는 목표는 강력하고 안전한 진통제의 개발이다. 현존하는 진통제들은 대부분 약효가 강하지 못하거나 내성, 탐닉성 등의 큰 부작용이 있지만 이온채널 연구에 기반할 경우 부작용이 없고 강력한 진통제의 개발이 가능하기 때문이다.
현재 연구단은 이온채널의 속성을 파악하여 기존 진통제의 약효기전과는 전혀 다른 신개념 진통제를 개발하는데 획기적 전기를 제공하기 위해 밤낮을 잊고 연구에 매진하고 있다.
양철승 기자 csyang@sed.co.kr
● 오우택 교수 프로필
□약력
1987.11~1988.10 텍사스주립대 의과대학 갈베스톤 분교 연구원
1988.12~1993.10 서울대학교 약학대학 조교수
1993.10~1999.9 서울대 약학대학 부교수
1994.1~1995.1 시카고 의과대 생리학과 교환교수
1995.1~1996.12 대한약학회 영문지 편집간사
1996.1~1996.12 한국생화학회 재무간사
1997.12~현재 창의적연구진흥과제(통증발현연구단) 연구단장
1998.1~2003.12 Neuroscience Letters 편집위원
1999.10~현재 서울대 약학대학 교수
2000.1~2000.12 한국뇌신경과학회 총무이사
2001.6~현재 한국생명공학연구협의회 위원
2002.1~2002.12 한국생화학회 총무간사
2002.1~2003.12 한국뇌신경과학회 이사
2003.2~2005.1 (재)서울대학교 산학협력재단 전문위원
2003.9~2003.12 차세대성장동력 분과별 기획단 기획위원
2004.1~2004.12 한국생화학분자생물학회 간사장
2004.1~2004.12 아시아 통증학회 간사장
2004.4~2005.3 학술진흥재단, 학술연구심사평가위원회 위원
2004.11~현재 한국과학기술한림원 정회원
2005.1~2006.12 대한약학회 간사장
2005.1~2007.5 제19차 Seoul FAOBMB Conference 준비위 사무총장
2005.1~2006.12 한국생화학분자생물학회 선거관리위원장
2005.6~2005.12 미래국가유망기술위원회 생명과건강분과 위원
2005.9~현재 서울대 연구위원회 위원
2006.2~2006.6 국가과학기술진실성위원회 위원
2006.2~현재 국가연구개발사업 예산조정?배분 전문위원회 위원
□상훈
1997.5. 한국과학기술단체총연합회 제7회과학기술우수논문상
2005.2 생명약학연구회남양알로에 생명약학 학술상
2005.4 특허청 특허기술상 세종대왕상
< 저작권자 ⓒ 서울경제, 무단 전재 및 재배포 금지 >
