비임상시험의 주요 항목 4가지
비임상시험의 주요 항목 4가지에 대해서 살펴보겠습니다. 지난번 신약개발 과정 포스팅에서 간단히 알아보았었죠.
임상시험은 신약개발 단계에서 시간의 흐름에 따라 전임상시험(Preclinical Trials)과 임상시험(Clinical Trials)으로 나눌 수 있습니다. 그러나 임상시험 내에서도 전임상시험의 필요성이 있을 수 있기 때문에 현재는 임상과 비임상시험으로 구분합니다. 비임상시험(Non-clinical Trials)은 새로운 시험물질의 성질, 안전성, 독성, 효과, 생물학적 활성, 안정성 등을 평가하고 이해하기 위해 실험실 환경에서 수행되는 시험입니다. 
비임상시험의 목적
비임상시험의 목적은 인간의 건강에 직접적인 영향을 미치는 시험물질의 특성과 독성을 평가하는 것 입니다. 즉, 시험물질에 관한 각종 평가 자료를 얻기 위하여 실험실과 같은 환경에서 미생물, 식물, 동물과 물리적, 화학적 매체 혹은 이들간의 구성 성분으로 이루어진 것을 사용하여 실시하는 시험을 말합니다.
비임상시험 자료인 평가 자료는 의약품 후보물질을 임상시험승인을 요청할 때 또는 임상시험이 완료되고 의약품 허가를 획득하려 할 때 규제기관에 제출해야 합니다. 규제기관은 비임상시험자료를 검토하여 인간 대상 임상시험의 유효성과 안전성을 판단하고, 후속 단계의 임상시험을 승인 여부를 결정합니다. 이러한 결정은 의약품 후보물질을 인간 대상 임상시험에 참여시키는 적절성 여부를 판단하는 데 중요한 역할을 합니다.
비임상시험의 주요 항목 4가지
비임상시험의 주요 항목으로는 독성시험, 약동시험, 약리효과시험, 의약품 화학 등 4가지의 시험을 합니다. 이들의 각각의 내용을 알아보겠습니다.
1. 독성시험
비임상 독성시험은 새로운 의약품 후보물질의 안전성과 독성을 평가하는 데 사용되는 시험 중 하나 입니다. 환자들에게 안전하게 의약품을 제공하기 위한 필수 과정 중 하나 입니다. 비임상 독성시험의 주요 목적은 세 가지가 있습니다. 첫째 어떤 용량에서 의약품을 사람에게 투여해도 안전하다는 확신을 얻기 위해 독성시험을 통해 안전한 최대 용량을 결정합니다. 둘째, 독성시험은 시험약품이 동물 모델에서 어떤 부작용을 유발할 수 있는지 식별합니다. 이로써 인간 임상시험에서 예상치 못한 부작용을 사전에 예방할 수 있습니다. 셋째, 어떤 장기나 조직이 시험약품에 민감하게 반응하는지 확인하고, 잠재적인 표적장기 독성을 식별합니다.
독성시험의 종류에는 단기간 동안 높은 용량의 시험약품을 동물에게 투여하여 급성 독성을 평가하는 것과 시험약품을 일정 기간 동안 반복적으로 투여하여 장기적인 독성 및 부작용을 조사하는 것, 그리고 의약품이 생식 기능에 미치는 영향을 평가하는 것이 있을 수 있습니다.
또한 독성시험에는 주로 여러 종류의 동물 모델이 사용됩니다. 종류와 크기는 시험의 목적과 의약품 후보물질의 특성에 따라 다를 수 있습니다. 일반적으로 쥐, 토끼, 개, 원숭이 등의 동물이 사용됩니다. 이를 위해 독성시험의 설계는 매우 중요하며, 통계적으로 신뢰할 수 있어야 합니다. 독성시험 결과는 의약품 개발 과정에서 규제 기관에 제출되며, 임상시험 승인 여부에 영향을 크게 미칩니다.
2. 약동시험
약동시험(Pharmacokinetic Test)은 새로운 의약품 후보물질의 체내 동태학적 특성을 평가하는 과정입니다. 약동학은 의약품이 체내에서 어떻게 흡수, 분포, 대사, 및 배설 되는지를 연구하는 분야로, 약동학 관련 정보는 의약품의 안전성 및 효과를 이해하는 데 중요합니다.
약동시험의 목적은 첫째, 약물이 경구 투여, 주사, 피부 흡수 등 다양한 경로로 체내로 흡수되는 속도와 정도를 조사하는 것이고, 둘째, 의약품이 체내에서 어떻게 분포되고 어떤 조직 또는 장기에 농축 되는 지를 조사하기 위함입니다. 셋째, 약물이 체내에서 어떻게 대사 되는지, 어떤 대사 산물이 생성되는지를 조사하고, 넷째, 약물이 체외로 배설되는 과정을 조사하기 위함입니다. 약동시험은 실험실에서 동물 모델을 사용하거나 인체 조직 또는 세포를 이용하여 수행됩니다. 결과 데이터는 시간에 따른 약물 농도 변화를 나타내는 약동학 곡선(Pharmacokinetic Profile)으로 표현되며, 이를 분석하여 약물의 특성을 이해하고 최적의 투여 방법 및 용량을 결정하기도 합니다.
비임상시험에서 약리효과(Efficacy Pharmacology)를 평가하려면 새로운 의약품 후보물질의 기대 효과를 연구하고 이를 다양한 실험적 모델을 사용하여 확인해야 합니다. 약리효과 평가의 주요 목적은 약물의 효능(치료 효과)과 그 체계(작용 메커니즘)를 이해하는 것입니다. 즉, 의약품 후보물질의 기대 효과와 작용 메커니즘을 이해하여 임상시험 계획을 개발하고 의약품의 개발을 지원하는 것이 핵심적인 목표입니다. 약리효과 평가는 일반적으로 다음의 단계를 거칩니다.
첫 번째 단계는 연구 목표를 명확하게 설정하는 것입니다. 어떤 효과를 연구하려고 하는지, 효과를 어떻게 측정할 것인지를 결정합니다. 이 단계에서는 실험을 수행할 동물 모델 또는 세포 모델, 실험 설계, 약물 투여 방법 및 효과를 평가할 시점을 고려합니다.
두 번째 단계는 연구 계획에 따라 실험을 수행하는 과정 자체입니다. 약물 후보물질을 동물 모델에 투여하거나 세포에 처리하고, 효과를 측정합니다. 효과 측정은 다양한 방법으로 이루어질 수 있는데, 예를 들어 생리학적, 생화학적, 형태학적, 또는 생물학적 마커를 사용하여 이루어질 수 있습니다.
세 번째 단계는 실험 결과로부터 데이터를 수집하고 분석합니다. 데이터는 주로 효과의 크기, 지속 시간, 농도-효과 관계 등을 포함합니다. 수집된 데이터를 통계적으로 분석하여 약물의 효능과 작용 메커니즘을 평가합니다. 이 분석은 효능 효과 크기, 효과의 유의성, 약물의 농도에 따른 효과의 변화 등을 고려하여 신중하게 진행됩니다.
네 번째 단계는 작용 메커니즘을 해석하여 약물이 어떻게 특정 생물학적 경로나 단백질에 영향을 미치는지, 생물학적 프로세스에 어떤 변화를 초래하는 지를 파악하여 그 결과를 분석한 후, 작용 메커니즘을 종합하여 약물의 효능에 대한 최종 해석을 수행합니다.
4. 의약화학 분석
비임상시험의 의약화학 분석(Medicinal Chemistry)은 화학적인 관점에서 의약품을 설계, 합성, 평가하고, 효능을 향상시키며 부작용을 최소화하는데 집중합니다. 의약화학 분석의 주요 단계과 내용은 다음과 같습니다.
첫째, 특정 질병 또는 의약품 효과를 달성하기 위한 타겟을 설정하는 것입니다. 이 목표는 특정 단백질이나 분자, 생물학적 경로 등을 통해 식별될 수 있습니다.
둘째, 타겟에 대한 효과를 달성하기 위해 약물 분자의 구조를 설계합니다. 이 때, 약물의 화학적 특성, 안정성, 용해도, 생체적합성 등을 고려합니다. 약물 디자인은 컴퓨터 모델링과 화학적 직관을 결합하여 이루어집니다.
셋째, 화학적 변형과 다양한 화학 구조를 시도하여 약물 후보물질의 특성을 최적화 하려고 노력합니다. 이 과정에서 여러 화학적 반응을 사용하여 새로운 화합물을 합성합니다.
넷째, 합성한 화합물은 다양한 생물학적 테스트를 통해 효능과 안전성을 평가합니다. 이 단계에서는 화합물이 목표로 하는 생물학적 표적에 어떻게 작용하는지, 효과가 있는지를 확인합니다.
다섯째, 구조-활성 관계 (SAR)를 분석합니다. 약물 후보물질의 화학 구조와 생물학적 활성 간의 관계를 연구하고 분석하는 과정인데요, 이를 통해 어떤 구조 변경이 효능을 향상시키는지 또는 부작용을 줄이는데 도움이 되는지를 파악합니다.
여섯째 SAR 분석 결과를 바탕으로 화학적 구조를 계속 최적화하여 최종적인 약물 후보물질을 개발합니다. 이 단계에서는 효능을 향상시키는 동시에 부작용을 최소화하려고 합니다.
일곱 번째, 최종적으로 개발된 약물 후보물질은 물리적, 화학적, 생물학적 특성 및 안전성을 평가하고, 약물의 치료 효과와 부작용을 예측하려고 합니다.