Update2024.04.29 (월)
우리나라를 포함한 주요 선진국들이 고령화 사회로 진입함에 따라 생산인구의 부족에 따른 경쟁력 약화를 우려하는 목소리가 높아지고 있다. 반면 이를 기회 삼아 바이오메디컬 소재 산업이 미래 먹거리 산업으로 떠오르고 있다. 전통적으로 바이오 의료 산업은 선진국들의 독점 시장으로 고부가가치를 창출하고 있으나 새로운 의료기술 수요가 늘어나며 세계 의료시장이 재편됨에 따라 새로운 기회가 열리고 있는 것이다.
이에 아미노룩스가 총괄주관기관을 맡은 바이오메디컬소재 사업단은 △비천연 아미노산 융합소재 △조직질환 치유용 단백질소재 △적응성/기능성 임플란트소재 개발에 나섰다. 사업단은 2019년 국내 3,600억, 국외 6조4,000억 규모로 예상되는 시장을 선점하는 데 목적을 두고 있다. 사업단은 WPM 1차년도 사업을 통해 교과부 우수연구 성과를 활용한 초저가 비천연 아미노산 등 시제품과 임플란트용 고강도 타이타늄 합금 시제품 생산에 성공했다.
■비천연 아미노산, 신공법 필요
아미노산은 생명체의 근본이라 불리울 정도로 매우 중요한 물질이다. 생명체에서 발견되는 20여가지의 아미노산을 천연 아미노산이라 하는데 아미노산의 곁가지인 R을 인위적으로 바꾸면 자연계에 존재하지 않는 비천연 아미노산이 되는 것이다. 아미노산은 키랄성을 갖고 있어 L형과 D형이 있으며 키랄성으로 인해 영양제, 피부미용제 등 각종 의약품 원료로 사용된다. 또한 D-아미노산을 포함한 비천연 아미노산은 농약, 탈취제, 감미료 등 정밀화학 전반에 걸쳐 다양하게 사용되는 소재다.
비천연 아미노산의 기존 제조 기술은 주로 효소법인데 이는 효소의 기질 특이성으로 인해 한가지 효소로 한가지 아미노산만 제조할 수 있어 다양한 아미노산 제조에는 제한적이다. 따라서 시장의 점유율을 크게 높이기 위해 하나의 촉매로 다양한 비천연 아미노산을 제조할 수 있는 유기 촉매 개발이 요구되고 있다.
이러한 단점들을 극복할 수 있는 방법으로 국내에서 개발된 원천기술인 ARCA 기술이 있다. ARCA라는 하나의 촉매로 거의 모든 아미노산을 제조할 수 있는 방식으로 이를 통해 값싼 L-아미노산을 고부가가치의 D-아미노산으로 변환할 수 있다.
이밖에도 라세믹 아미노산을 생체효소로 사용해 광학적으로 순수한 아미노산을 얻는 효소법이 있으며 키랄촉매 화학합성법, 약물전달시스템 등이 있다.
국내의 경우 발효에 의해 대량 제조되는 L-아미노산 시장은 대상 및 CJ가 라이신 등을 중심으로 세계 시장의 약 30%를 점유하고 있다. 그러나 D-아미노산을 포함한 비천연 아미노산을 전량 수입하는 상황이며 효소공법을 이용한 비천연 아미노산 제조 연구는 실패를 거듭하고 있어 새로운 공법 도입이 절실한 상황이다.
이에 WPM을 통해 ARCA와 같은 비천연 아미노산의 생산을 위한 촉매 개발과 이 촉매를 이용한 비천연 아미노산의 생산 기술 확보가 추진되고 있다.
최근 국내에서 약물전달기술(DDS)을 이용한 제품개발이 많이 이뤄지고 있으며, 관련시장도 빠르게 성장하고 있다. 1996년에 세계 최초로 개발된 패치타입 관절염 치료제인 트라스트는 연간 150억원의 시장을 형성하고 있다. 현재 삼양사, 한미약품, 종근당 등의 기업들도 약물전달제제에 관심을 가지고 연구개발 중이며 최근 전문 벤처회사인 (주)씨엔팜은 무기나노캡슐을 이용한 약물 전달체 개발을 진행 중인 것으로 알려져 있다. 전문가들은 국내 나노약물전달체 관련 기술이 선진국과의 기술격차가 크지 않을 뿐만 아니라 새로운 의약 화합물 개발에 비하여 상대적으로 개발비용이 저렴하고 개발 소요기간이 짧기 때문에 신약개발에 버금가는 효과를 나타낼 것으로 기대하고 있다.
■생리활성 단백질 특허 확보 필요
조직치유용 단백질 소재는 합성물질이 아닌 인체 근골격 조직, 탯줄 혈액 등 인체 내 내재된 단백질을 활용해 인체조직을 환자 본인의 조직으로 다시 재생할 수 있는 소재를 말한다.
일본은 1970년대부터 국가적 중점 육성 산업 기술의 하나로 생명공학 관련 기술 육성책을 펴왔으며, 특히 차세대 주요 산업 제품기술의 하나로 생물소재를 선정, 집중 육성하고 있다.
미국에서는 일라이 릴리, 듀폰, 몬사토 등 대기업들이 연구에서 산업화에 이르는 기술개발을 주도하고 있으며 B형 간염백신, GM-CSF(암치료 보조제), 세제 첨가용 가수분해 효소 등이 대표적인 연구 사례다.
국내의 경우 녹십자와 LG의 유전자재조합 B형 간염 백신 개발이 성공해 국내외에서 매출을 올리고 있다. 현재 당뇨병치료제인 인슐린과 성장호르몬, 인터페론, EPO, 콜로니자극인자 등이 국내 자체기술로 개발돼 시판되고 있으나 이는 주로 선진국에서 개발한 의약품의 국산화 수준에 머물러 있는 상태다.
최근에는 세계시장의 변화에 발맞추어 인테페론, 성장호르몬, EPO와 같은 단백질 치료제의 경우 PEG, 마이크로스피어 등을 이용한 지속성제제 개발연구가 이뤄지고 있다. 유전자재조합 단백질의약품의 개발 분야에 새롭게 진입한 이수화학은 치료용 항체개발을 주요 사업목표로 혈소판응집 억제용 단일항체를 동물세포배양을 통해 대량생산하는 데 성공해 임상시험 단계에 들어가 있다. 그러나 이러한 연구들은 WPM을 통해 개발코자 하는 생리활성화 단백질과는 대부분 무관한 단백질 의약품이다. 생리활성형 단백질 소재 개발은 자체가 의약품으로의 효과를 발휘할 수 있기 때문에 향후 10년 이내 차세대 치료제 시장을 주도할 전망이다. 이에 원료인 공여탯줄혈액 확보와 신규 생리활성 단백질 특허를 보유할 경우 선진 제약시장에 진출할 수 있을 것으로 전문가들은 기대하고 있다.
■Mg·Ti 등 임플란트소재 적용
생체 기능성 임플란트소재는 기존 골조직과 임플란트의 물성차로 인한 감염 및 통증을 없애고 고강도 고탄성의 문제점을 해결하는 생체 친화적인 소재다. 인체 골조직과 물성이 유사하고 치료 후에는 자체 소멸할수 있으며 환자 치유기간을 줄이도록 능동적인 작용이 가능한 특성을 지니고 있다.
현재 임플란트 소재로 스테인리스강, 코발트 합금, 타이타늄 등이 사용되고 있으나 이들은 뼈의 탄성계수에 비해 매우 높은 값을 나타내고 있다. 정형외과용 임플란트의 경우 시술환자의 약 20%에서 골유실이 발생하는 것으로 보고되는 등 부작용이 크다.
이에 일부 선진국에서는 새로운 임플란트 소재를 개발 중이다. 생분해성 금속 소재로 마그네슘이 각광받고 있으며 미국은 이 연구에 5년간 250억원을 지원해 연구를 진행 중이다.
또한 타이타늄을 근간으로 뼈와 유사한 저탄성계수 합금을 개발하는 연구가 미국, 일본, 독일, 중국 등지에서 활발히 이뤄지고 있다.
국내의 경우 치과용 임플란트 회사를 제외하고는 시장 진입 초기 단계에 있는 것으로 파악되고 있으며 KIST, 충남대, (주)유앤아이 등이 생체대사형 흡수성 임플란트 소재 개발에 나서고 있다. 오스템임플란트, 덴티움 등 치과용 임플란트 회사들이 임플란트의 표면활성화에 관한 연구를 진행해 생체 기능성 소재에서 상용화에 도달하기도 했다.
현재 국내 치과용 임플란트는 50% 정도는 외국으로부터 임플란트 원소재를 수입해서 가공하고 있으며 기타 고가 임플란트는 100% 완제품 수입하고 있는 실정이다. 또한 아시아 지역이 생체재료 시장에서 연간 20% 성장하며 세계 시장을 주도할 것으로 예상되고 있어 이를 선점하기 위한 기술개발이 요구되고 있다.
