아토매트릭스, 한림제약과 비만·대사질환 신약 공동 연구…AI로 후보물질 발굴

비만과 대사질환 치료제 시장이 확대되면서 기존 약물과 차별화된 작용기전을 가진 신약 후보물질을 발굴하려는 연구가 활발해지고 있다. 새로운 약물 표적을 활용한 신약개발은 치료 가능성을 넓힐 수 있지만, 표적 단백질의 특성을 규명하고 적합한 화합물을 찾아내는 과정에 상당한 시간과 비용이 필요하다. 이에 인공지능(AI)과 분자동역학 기술을 활용해 단백질의 구조 변화와 약물 결합 특성을 예측하고, 실험에 앞서 유망 후보물질을 선별하는 접근법이 주목받고 있다. 이러한 가운데 국내 AI 신약개발 스타트업 아토매트릭스가 한림제약과 손잡고 비만 등 대사질환을 겨냥한 신규 후보물질 탐색에 나선다.

서울바이오허브 입주기업인 아토매트릭스(공동대표 이은호·이상배)는 한림제약과 신규 약물 표적을 대상으로 하는 저분자 신약 후보물질 발굴 연구 계약을 체결했다.

이번 연구는 새로운 약물 표적을 기반으로 비만 등 대사질환의 치료 가능성을 탐색하는 초기 신약개발 프로젝트다. 양사는 한림제약의 의약품 연구개발 경험과 아토매트릭스의 AI·분자동역학 기반 신약설계 플랫폼 ‘CANDDIE(캔디)’를 결합해 후보물질을 설계하고 선별할 예정이다.

신약개발 초기 단계에서는 질환과 관련된 표적 단백질을 선정하고, 해당 단백질에 결합해 원하는 생물학적 반응을 유도할 수 있는 화합물을 찾아야 한다. 특히 새로운 약물 표적을 대상으로 하는 연구에서는 단백질의 구조적 특성과 약물 결합 이후 발생하는 변화를 충분히 이해하는 것이 중요하다.

아토매트릭스는 이번 협력에서 표적 단백질의 구조와 움직임, 화합물의 결합 특성을 예측하는 역할을 맡는다. 이를 바탕으로 후속 실험에서 우선적으로 검토할 후보물질을 제안하고, 초기 탐색 과정의 연구 의사결정을 지원한다.

핵심 기술은 아토매트릭스가 자체 개발한 신약설계 플랫폼 CANDDIE다. 이 플랫폼은 AI와 분자동역학(Molecular Dynamics, MD)을 결합해 단백질과 약물의 상호작용을 분석한다.

일반적인 정적 구조 분석이 특정 시점의 단백질 형태를 중심으로 약물 결합 가능성을 살펴본다면, 분자동역학은 시간에 따라 변화하는 단백질의 움직임과 구조적 특성을 계산한다. CANDDIE는 이러한 동적 정보를 활용해 약물이 표적 단백질과 결합하는 과정과 결합 이후 나타날 수 있는 변화를 예측하도록 설계됐다.

결합 친화도 넘어 신호전달까지…AI·분자동역학으로 후보물질 선별

CANDDIE는 서로 다른 분석 기능을 수행하는 두 가지 핵심 모듈을 갖추고 있다. ‘BARon’은 단백질과 약물 사이의 결합 친화도를 예측하는 솔루션이다. 후보 화합물이 표적 단백질에 얼마나 잘 결합할 수 있는지를 분석해 초기 후보물질 평가에 활용한다.

‘Allopiper’는 약물이 단백질에 결합했을 때 발생하는 단백질 내부 및 단백질 간 상호작용 변화를 바탕으로 신호전달 특성을 예측한다. 약물이 표적에 결합하는지뿐 아니라 결합 이후 단백질의 기능과 신호전달에 어떤 변화가 나타날 수 있는지 살펴보는 기술이다.

두 모듈은 신규 약물 표적을 대상으로 하는 신약개발에서 상호 보완적인 역할을 한다. 단백질과 화합물의 결합 가능성을 평가하는 동시에 결합에 따른 기능적 변화까지 검토함으로써 후속 실험에 투입할 후보물질의 우선순위를 정하는 데 활용할 수 있다.

아토매트릭스는 특히 막단백질 등 구조와 작용기전 분석이 까다로운 약물 표적에 대한 정밀 분자구조 모델링 기술을 보유하고 있다. 이를 기반으로 바이오·제약기업의 초기 후보물질 발굴과 선도물질 최적화 연구를 지원하고 있다.

2024년 5월 설립된 아토매트릭스는 신약개발 경험과 계산 기반 약물설계 기술을 결합한 창업기업이다. 공동대표인 이은호 박사는 미국 식품의약국(FDA) 승인을 받은 뇌전증 치료제 세노바메이트(Cenobamate)의 공동 발명자다. 또 다른 공동대표이자 최고기술책임자(CTO)인 이상배 박사는 CANDDIE의 핵심 개발자로, 구조생물학과 계산화학을 기반으로 막단백질 신약설계 기술을 연구해 왔다.