이 CAS 정식 보고서는 새로운 과학 분야에 대한 고유한 통찰력을 제공하기 위해 다양한 유형의 생물 직교 반응, 응용 분야, 동향(CAS Content Collection™ 참조)을 소개합니다. 생물 직교 화학을 통해 생물 시스템의 구조와 기능을 보다 심층적으로 이해할 수 있으며 향후 신약 개발, 전달 및 이미징 분야의 최적화 방식을 집중적으로 살펴볼 수 있습니다.

전세계 플라스틱 생산의 90% 이상이 화석 연료를 사용하는 현 상황에서, 재생 가능 자원을 통해 생성된 친환경 중합체는 CO2 배출량 감소, 향상된 생분해성, 화석 연료에 대한 의존성 감소 등 기존 플라스틱에 비해 상당한 이점을 갖고 있습니다. 이 새로운 분야의 동향에 대한 CAS의 견해를 자세히 알아보십시오.

특허 출원 건수와 복잡성이 증가하면서 글로벌 특허 시스템의 지속 가능성에 대한 부담이 커지고 있습니다. 특허 출원이 가장 빠르게 증가하는 국가에서는 역량 차이로 인해 특허 심사가 지연되고 시간이 지남에 따라 때로 특허 품질이 저하될 리스크가 대두되며 혁신과 투자 속도가 느려질 수 있습니다.

이 정식 보고서에서는 지속 가능성과 미래 성장을 추구하는 전세계 특허청의 과제와 기회를 알아보며 인공지능 기반 워크플로 솔루션을 활용한 생산성 품질 향상에 대한 내용을 집중적으로 다룹니다. CAS와 브라질의 국립 산업 재산연구소(INPI)의 협력에서 얻은 통찰력과 정보를 통해 특허 출원 적체를 해결하고 심사 워크플로 효율성을 높여 운영을 크게 개선할 수 있습니다.

• 심사 시간 최대 50% 단축
• 처리된 모든 국내 출원의 77%에서 심사관 검색 시간 단축
• 처리된 모든 국내 출원의 29%에서 추가 검색이 거의 필요하지 않거나 전혀 필요하지 않음
• 인원 충원 없이 효율적인 워크플로 관리
• 다른 우선 순위에 주력할 수 있는 심사관 확보
• 생산성 향상으로 업무 적체 80% 감소

2050년까지 탄소 배출량 감소를 위한 "레이스 투 제로(race to zero)” 목표에 따라 기후 변화 관련 탄소 포집, 저장 및 감소에 대한 관심이 미래 세대를 위한 중요한 의미를 갖는 새로운 과학 분야로 떠오르고 있습니다. 고유한 통찰력과 함께 미래 기회에 대한 새로운 연구 동향을 자세히 알아보십시오.

표적 단백질 분해는 빠른 속도로 확산되고 있는 새로운 신약 개발 전략입니다. 질병 유발 단백질을 활용하여 중증 질환을 공격하는 새로운 방법으로, 암 또는 퇴행성 신경질환과 같은 심각한 질병에 사용될 수 있습니다.

미국화학학회의 이 연구는 단백질 분해제에 대한 CAS 컨텐츠 컬렉션과 최근 연구를 활용하여 신약 개발 도구로써 분자 접착제에 대한 보다 세부적인 통찰력을 제공합니다. 보다 심층적인 연구를 위한 참조 자료로써 분자 접착제의 장점과 단점을 분석합니다.

지난 20년 간, 인공지능(AI), 특히 머신 러닝 분야의 기술 발전은 과학 연구에 대한 접근 방식을 크게 바꾸어 놓았습니다. 유전체 염기서열 지도 작성, 새로운 항생물질 발견에서 기후 변화가 지구에 미치는 영향 모델링, 지구와 유사한 다른 행성을 찾는 연구에서 은하계 지도 작성에 이르기까지, AI는 다양한 학문 분야의 연구에 큰 변혁을 가져오고 있습니다.

화학은 AI를 가장 적극적으로 채택하고 있는 과학 분야 중 하나입니다. CAS의 최근 정식 보고서, "화학 분야의 인공지능: 기술 동향과 성장 기회(Artificial Intelligence in Chemistry: Current Landscape and Future Opportunities)"에서는 간행물과 특허 동향 매핑을 위해 자체 기술을 활용한 AI와 화학의 연결 고리를 살펴봅니다. AI 기술을 선도하는 화학 분야와 AI 기술 채택에 따른 큰 잠재력을 보유한 분야를 알아보았습니다.

AI 성장세가 두드러진 화학 분야

AI 관련 화학 간행물과 특허 건수가 크게 증가하고 있으며 2015년부터 2020년까지 6배에 달하는 증가세가 확인되었습니다. CAS는 AI 관련 간행물과 특허에 기여하는 주요 학문 분야를 식별, 비교하여 이 새로운 기술을 활용하는 분야를 파악했습니다. AI 채택을 주도하는 주요 분야는 분석 화학, 생화학, 공업 화학 및 화학 공학이며, AI 채택 가능성이 있는 분야는 천연물, 유기 화학이 대표적입니다(그림 1).

2000년부터 2020년까지 이들 간행물과 특허의 관계를 분석해 AI가 연구원들의 문제 해결 노력에 어떤 도움을 주었는지 파악했습니다(그림 2). 일례로 2000년대 초에서 2014년 사이, AI 간행물과 특허의 중점 분야가 인간 질병 진단 연구에서 유전 알고리즘과 신약 개발 및 microRNA 연구에 유전 알고리즘을 활용하는 방식으로 변화했습니다.

최근에는 솔루션이 필요한 문제의 유형이 변화함에 따라 DNA 메틸화와 암에 대한 간행물과 특허가 증가했습니다. 가장 최근에는 COVID-19 관련 신약 개발로 주요 관심 분야가 옮겨 왔습니다.

분석 대상 AI 간행물과 특허의 가장 큰 주제가 저분자라는 당연한 연구 결과도 확인했습니다. 신약 개발, 레트로 합성, 반응 최적화 모두 저분자와 관련이 있는 주제이며 일반적으로 제약회사에서 많은 투자가 진행되고 있습니다.

화학 분야에서 머신 러닝의 활용 기회

7만 건이 넘는 간행물을 대상으로 한 학제간 기여도 분석으로 주 학문 분야와 보조 학문 분야를 정리했습니다(그림 3). 모든 학문 분야를 히트맵으로 구성했으며 색의 농도로 각 학문 분야의 기여도를 알 수 있습니다. AI 활용도가 높은 화학 분야와 아직 실현되지 않은 잠재력이 있는 화학 부문의 연구 분야를 한눈에 쉽게 파악할 수 있습니다.

예를 들어, 분석 화학과 생화학 분야에서는 종합적인 연구 문헌이 보다 일반적이며, 머신 러닝 알고리즘을 사용하여 단백질, 펩티드, 지질, 핵산 분석을 향상시키고 화학 반응을 예측하거나 새로운 분자를 발견합니다. AI는 재료 과학과 물리 화학 분야에서도 널리 사용되고 있습니다. 이러한 분야는 기능성 재료, 구조-특성 관계, 최적화된 화학 프로세스 예측이 그 목적입니다.

화학 분야의 AI 채택 관련 장애물

CAS 웨비나, 화학 분야의 인공지능: 기술 동향과 성장 기회(Artificial Intelligence in Chemistry: Current Trends and Future Opportunities)에서 분야 전문가들이 AI 채택과 관련된 잠재적 장애물을 논의했습니다. 이들은 화학 분야의 AI 채택을 방해하는 주요 요인으로 다음 3가지를 꼽았습니다.

데이터 품질: 최적의 예측을 위해서는 교육에 필요한 긍정적인 사례와 부정적인 사례를 모두 제공하는 강력한 고품질 데이터세트가 필요합니다. 데이터 액세스, 정규화, 준비는 오늘날 많은 조직의 중대 과제입니다.

기술: 컴퓨팅 성능에 대한 개선이 진행되고 있지만(양자 및 클라우드 기반 접근) 사용자 관점에서 제약이 남아 있습니다. 그러나 오늘날 소프트웨어와 사용자 인터페이스 개선으로 프로그래밍 요구 사항이 제거되고 있으며 이로써 보다 많은 과학자들이 그들의 연구에 머신 러닝을 활용할 수 있게 되었습니다.

인재 부족: 데이터 과학 분야의 인재 부족은 잘 알려져 있는 문제이며 화학자들이 현재의 AI 접근성을 이해하지 못할 수 있습니다. 화학과 다른 과학 분야의 협력 증진으로 AI 통합 가속화에 도움을 줄 수 있을 것입니다.

화학 분야에서 머신 러닝 성장 기회

전세계 과학 기관에서 문제 해결과 혁신을 위해 AI 및 교육 데이터세트를 활용하고 있으며 이는 데이터 분석과 신약 개발의 중대한 기회로 이어질 수 있습니다.

CAS는 최신 정식 보고서를 통해 AI 기술 투자에 따른 혜택을 얻을 수 있는 여러 화학 분야를 발표했습니다. AI 채택 장벽이 높은 상황에서 CAS와 같은 파트너의 도움으로 방대한 고품질 데이터세트를 분석에 활용할 수 있습니다. 인공지능을 과학 연구에 활용함으로써 가장 긴급한 문제를 해결하는 것은 물론 기존 데이터 분석 방법으로 불가능한 문제까지 해결할 수 있습니다.

CAS 정식 보고서를 통해 CAS만의 통찰력과 분석 결과를 모두 확인하실 수 있습니다. AI 기술을 연구에 활용할 수 있는 방법이 궁금하시다면 CAS에 문의해 주십시오.

특허 출원 건수와 복잡성이 증가하면서 글로벌 특허 시스템의 지속 가능성에 대한 부담이 커지고 있습니다. 특허 출원이 가장 빠르게 증가하는 국가에서는 역량 격차로 인해 특허 심사가 지연되고, 특허 품질이 저하될 위험이 발생하며, 고객 만족도가 감소하고, 혁신과 투자 속도가 느려집니다.

시기 적절한 출원 업무 처리와 특허 품질 향상

출원 업무의 지연을 줄이는 것은 특허청이 고객 만족도를 높이고 혁신을 촉진하기 위해 추구하는 공통적인 우선 순위입니다. 출원 절차가 지연되면 발명가에게 법적 불확실성을 야기하고 발명가가 투자를 주저하게 만듭니다. 브라질 최고의 변리사이자 Gusmao & Labrunie의 파트너인 Juliano Ryota Murakami는 IP 이해관계자에게 다음과 같은 위험성을 강조합니다.

“특허 심사 업무가 과도하게 지연되면 국가의 혁신과 경제 발전이 저하됩니다. 이러한 지연은 특허가 최종적으로 승인될 때 특허를 통해 보호되는 기술이 완전히 시대에 뒤떨어지고 구식이 될 수 있기 때문에 기업들이 자사 발명품에 대한 법적 보호 조치를 추구하는 것을 어렵게 만듭니다. 또한 복제 독점과 발명품의 잠재적인 상업화에 대한 불확실성을 야기합니다.”

특허 심사관들은 주로 시기 적절한 출원 업무 처리와 특허 품질을 보장해야 한다는 부담을 안고 있으며, 이와 관련하여 검토를 신속하게 처리하기 위해 관련 선행 기술을 빠르게 찾는 심사관의 역량이 중요합니다. 그러나 선행 기술 검색은 많은 시간과 복잡한 검색 전략, 주제에 대한 심도 있는 전문 지식을 요구합니다.

직원의 검색 활동에 대한 EPO 분석을 살펴보면 종합적인 특허 출원 검색은 179개의 데이터베이스에서 13억 개의 기술 기록을 사용하며 매월 약 6억 개의 문서가 검색 결과에 나타납니다. 일본 특허청의 연구에서는 심사관이 선행 기술을 검색하고 결과를 검토하는 데 전체 시간의 40% 정도 소모한다고 추정했습니다. 심사관이 선행 기술에 쉽게 접근할 수 있는 시간, 전문 지식이나 기술 자원이 부족하면 특허 품질이 저하될 수 있습니다.

AI 기반의 검색 솔루션은 모든 특허 생태계에서 효율성과 특허 품질을 모두 개선하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 이러한 솔루션은 특허청 내에서 보다 빠른 심사를 지원할 수 있으며 혁신가들이 선행 기술을 조기에 파악할 수 있도록 지원함으로써 특허 심사에 들어가는 시간과 비용 또는 잘못된 특허에 대한 타당성 문제에서 자유로워질 수 있습니다. 이것이 과학 정보와 IP 검색을 개선하기 위해 CAS SciFinder Discovery Platform과 STNext^® 솔루션에 AI 선행 기술 알고리즘을 추가한 이유입니다.

지속 가능성을 지원하는 새로운 접근 방식

출원 지연과 비효율성 문제는 특허청의 장기적인 운영 지속성을 보장하는 조치를 통해 해결되고 있습니다. 유럽 ​​특허청(EPO)은 고용 직원, 디지털 혁신, 효과적인 특허 승인 절차와 강력한 국제 협력을 위해 지속 가능성 목표를 갖고 있습니다. 다른 특허청에서도 조직의 효율성을 높이기 위해 유사한 우선 순위를 설정하고 있습니다.

보다 빠르고 높은 품질의 심사를 제공하기 위해 특허청에서는 더 많은 특허 심사관을 고용하고 AI와 같은 시간을 절약하는 기술을 배포하며 워크플로를 혁신하고 있습니다.

• USPTO는 특허 품질과 시기 적절한 출원 업무를 최적화하기 위한 전략 계획에 따라 증가하는 업무량을 처리하기 위해 2021년에 수백 명의 심사관을 채용했습니다. 또한 심사관들이 더 쉽게 선행 기술에 접근할 수 있도록 특허 분류와 검색을 위한 AI 구현을 확대하고 있습니다.
• 영국 특허청은 2021년에 특허 출원 건수가 두 자릿수로 증가할 것을 예상하여 전년도에 심사관 인원을 두 배로 늘렸습니다. 절차를 간소화하고 현대화하기 위한 특허청의 5개년 프로그램 목표는 핵심 운영 비용의 최소 3.5%에 해당하는 효율성을 달성하는 것입니다. 특허청은 서비스 제공에 더 많은 투자를 함에 따라 AI를 최대한 활용할 수 있는 방안도 검토하고 있습니다.
• EPO는 "선행 기술 마스터"라고 부르는 핵심 이니셔티브에서 검색 정확도를 높이고 심사 초기에 관련 문서를 검색하기 위해 분류 절차를 개선하고 있습니다. 인공지능, 머신 러닝 및 기타 기술을 체계적으로 적용하여 보다 효율적이고 꼼꼼한 디지털 특허 승인 절차를 구축하고 있습니다.

AI 기반의 솔루션은 선행 기술 검색을 넘어 다양한 기능을 위해 특허청에서 활용할 수 있습니다. 여기에는 분류 지정과 변환, 보다 효율적인 문서 전달을 위한 API, 검토 및 분석 등을 위한 온라인 도구가 포함됩니다. 이러한 솔루션은 효율성과 특허 품질, 고객 서비스를 개선해 특허청이 운영상의 지속 가능성과 글로벌 혁신을 위한 전략적 목표를 달성하도록 지원하는 승수 효과를 창출할 수 있습니다.

특허 출원 지연 감소의 가능성을 보여주는 AI 및 워크플로 혁신 

CAS는 최근 브라질의 국립 산업 재산연구소(INPI)와 함께 엄선된 데이터, 인공지능, 맞춤형 워크플로 및 아웃소싱 IP 검색 서비스를 고유하게 조합하여 선행 기술 검색을 간소화하는 프로젝트를 완료했습니다. 프로젝트는 다음과 같은 상당한 이점을 창출했습니다.

• 심사 시간 최대 50% 단축
• 처리된 모든 국내 출원의 77%에서 심사관 검색 시간 단축
• 처리된 모든 국내 출원의 29%에서 추가 검색이 거의 필요하지 않거나 전혀 필요하지 않음
• 생산성 향상으로 특허청의 적체 80% 감소

선행 기술 검색에서 AI 성능을 최적화하기 위한 학습

AI는 수백만 개의 데이터 세트를 빠르게 분석하고 관련 결과를 제공하는 기술 덕분에 특허청들이 더 많은 관심을 보이고 있습니다. WIPO에 따르면 70건이 넘는 AI 관련 프로젝트가 27개 특허청에서 진행 중이며, 그중 19개 특허청에서는 선행 기술 검색과 심사 절차에 집중적으로 AI를 활용합니다.

INPI 브라질과의 업무는 선행 기술 검색에서 AI 활용을 최적화하기 위해 다음과 같은 몇 가지 기본 원칙을 강화했습니다.

• 예측 정확도를 크게 높여주는 깨끗하고 구조화된 데이터
• 가장 높은 관련성을 통해 유사성을 도출하려면 여러 알고리즘이 필요
• 인간의 전문 지식으로 기술을 보강해 검색 결과 개선

데이터 품질: 대부분의 공개적으로 이용 가능한 엄선되지 않은과학 및 특허 데이터는 특허청에 내재된 문제를 드러냅니다. 여기에는 표기 오류, 잘못 표시된 단위와 지나치게 복잡한 특허 용어가 포함되는 경우가 많습니다. 외국어는 특별한 과제를 유발합니다.

정규화되고 사전에 준비되었으며 구조화된 형식으로 연결된 엄선한 데이터는 AI 알고리즘 훈련을 개선하고 선행 기술 검색의 성능을 높입니다. 엄선된 데이터는 유사성이 있는 더 많은 특허를 찾아내고 명확성 문제를 제기할 수 있는 인접 특허를 식별합니다.

다양한 알고리즘: 특정 검색 방법에 맞게 맞춤화된 여러 알고리즘을 사용하면 AI 성능이 향상됩니다. 저희는 브라질에서 1차 결과를 제공하기 위해 10개의 알고리즘을 개발했습니다. 앙상블 학습을 위한 또 다른 알고리즘은 이러한 결과를 분석하여 관련성이 높고 순위에 오른 결과의 최종 세트를 생성했습니다.

최적화된 워크플로: INPI 브라질을 위한 맞춤형 워크플로 솔루션은 선행 기술 검색 단계를 절반으로 줄였습니다. 또한 단일 클라우드 기반 인터페이스를 통해 특허 및 비특허 검색 결과와 참조문헌을 생성하고 정렬, 필터링 및 시각화를 위한 도구를 만들어 시간을 절약할 수 있습니다. 맞춤형 워크플로는 완전히 자동화되거나 알고리즘 모델을 검증하고 검색을 필터링할 수 있는 외부 검색 전문가를 포함함으로써 심사관의 역량을 강화할 수 있습니다.

특허청의 AI 기반 워크플로 접근 방식에 대해 자세히 알아보고 예측 기술이 전체 지식재산권 생태계의 지속 가능성을 보장하는데 어떻게 도움이 되는지 알고 싶으십니까? CAS Insights 보고서 - 글로벌 특허 시스템의 지속 가능성 문제 해결: 생산성 향상에 있어 AI의 역할을 읽어보십시오

COVID-19 치료제 개발 연구에서 중요한 단계 중 하나가 바이러스가 인체 세포에 침투하는 방식을 명확하게 이해하는 것입니다. 이 인사이트는 그러한 침투 경로 차단을 목표로 하는 항바이러스 치료제 개발의 토대가 될 것입니다.

2002년 전염병 원인균으로 처음 발견된 SARS-CoV 바이러스와 현재 COVID-19를 발병시킨 관련 코로나바이러스, SARS-CoV-2에 대한 연구 결과, 두 바이러스 모두 바이러스막에서 돌출되는 스파이크(S) 단백질이 인체 세포 표면에서 최소 하나의 단백질, 안지오텐신 전환 효소 2(ACE2)에 결합된다는 공통점을 갖고 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 결합 후에는 다른 단백질을 작은 조각으로 분해하는 인간 효소, 프로테아제가 스파이크 단백질을 절단하거나 S1 외절을 제거하고 S2 내절을 나타내도록 "준비"시킵니다. 스파이크 단백질 S2 내절로 인해 바이러스막과 인체 세포막이 융합되며 바이러스 유전 물질이 세포로 들어가 복제를 시작합니다. 최근 한 포스팅에서 ACE2의 역할을 강조하여 이 과정을 요약 정리했습니다. 이 포스팅에서는 바이러스가 인체 세포에 침투하는 데 프로테아제, 즉 인간 단백질 분해 효소가 어떤 역할을 하는지 자세히 살펴보며 그 과정을 공략하는 항바이러스 치료법에 대해서도 알아봅니다.

SARS-CoV-2 스파이크 단백질을 구성하는 두 요소

SARS-CoV-2 스파크 단백질은 머리 부분이 크고 줄기 부분이 길고 얇은 나사 모양처럼 생겼습니다(그림 1). 이 스파이크 단백질 3개가 서로 결합되어 더 큰 나사 모양의 삼량체가 됩니다. 줄기 부분은 바이러스막에 삽입되어 머리 부분이 바이러스에서 이탈하지 못하도록 고정시키는 역할을 합니다. 이 큰 머리 부분과 줄기의 일부를 스파이크 단백질의 S1 영역이라고 합니다. 줄기에서 바이러스막에 좀 더 가까운 나머지 부분을 S2 영역이라고 합니다.

스파이크 단백질이 체내로 들어가 호흡계, 위장관, 혈관 또는 표면에 ACE2를 나타내는 다른 세포와 접촉하면 스파이크 단백질의 S1 영역이 세포 표면의 ACE2와 결합하고 바이러스를 인체 세포 외부에 고정시킵니다. 이것이 바로 바이러스 복제 프로세스의 첫 번째 단계입니다.

세포에 침투하는 SARS-CoV-2

세포에 결합된 바이러스는 두 가지 다른 침투 경로를 갖게 됩니다(그림 2). 사용하는 경로는 스파이크 단백질을 "준비"시키는 프로테아제(단백질 분해 효소)가 있는지 여부에 따라 다릅니다. 또한 프로테아제 존재 여부는 바이러스가 침입하는 인간 세포의 유형과 해당 세포의 특정 조건에 따라 결정됩니다. 스파이크 단백질을 쪼갤 수 있는 여러 프로테아제는 막관통 세린 프로테이나아제 2(TMPRSS2), Furin, 엘라스타아제, 트립신 등 여러 가지가 있습니다. TMPRSS2는 인간 폐 세포로 표현됩니다. 따라서 바이러스가 호흡기 세포에 침투하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다.

이러한 프로테아제가 스파이크-ACE2 결합 인터페이스 가까운 곳에 존재하면 스파이크 단백질을 쪼개서 S2 영역, 구체적으로 스파이크 단백질의 융합 펩타이드 영역이 노출됩니다. 스파이크 단백질의 이 융합 펩타이드 영역은 소수성이 더 강한 또는 지질과 유사한 아미노산으로 만들어져 있으며 지질 함유 세포막에 삽입되어 바이러스막-세포막 융합을 유도하고 이어서 바이러스 유전체가 세포에 침투하게 됩니다(그림 2a). 이러한 분할은 스파이크-ACE2 결합 이후에 발생해야 합니다. 그 이전에 발생하면 바이러스의 세포 감염율이 낮아집니다.

프로테아제가 스파이크-ACE2 결합 인터페이스 가까운 곳에 없으면 내포 작용이라는 다른 경로로 바이러스가 세포에 침투합니다(그림 2b). 이 프로세스에서는 세포막의 작은 영역을 집어 넣는 방식으로 세포 외부에서 ACE2 단백질에 결합된 코로나바이러스를 둘러싼 다음 다시 꺼내 외부 물질을 세포 안으로 가져오는 세포내 이입 소포를 형성합니다. 이 과정이 끝나면 세포내 이입 소포가 엔도솜이라는 세포 내 막벽 소낭과 융합됩니다. 엔도솜에는 카텝신 L과 같이 스파이크 단백질을 쪼개 융합 펩타이드 영역을 노출시키는 프로테아제가 있습니다. 이 융합 펩타이드는 바이러스 막과 엔도솜 막의 융합을 중재하며 이후 바이러스 유전체가 세포 안으로 들어가도록 유도합니다.

최근 연구 결과에서는 SARS-CoV-2가 세포에 침투할 수 있는 세 번째 방법의 가능성을 제안하고 있습니다. 바이러스가 복제 과정을 거쳐 세포 내부에 새 바이러스 입자를 만들 때 새로운 바이러스 구성 과정에서 퓨린이라는 단백질 분해 효소에 의해 일부 스파이크 단백질이 미리 쪼개지거나 먼저 준비를 마칠 수 있습니다. 이는 바이러스가 세포에서 분리되면 스파이크 단백질이 먼저 준비된 바이러스가 다른 세포와 융합되어 감염시킬 수 있음을 의미합니다. 앞에서 설명한 두 가지 "정상적인" 스파이크 단백질 분할 경로 중 하나에 대해 프로테아제의 양이 적은 경우도 마찬가지입니다.

반격 준비

COVID-19 퇴치를 위해 감염 주기에서 스파이크 ̶ ACE2 ̶막 융합 ̶ 엔도시토시스 부분을 표적으로 할 수 있는 약물에 대한 많은 연구가 진행되고 있습니다. 이전 포스팅에서는 재조합형 가용성 ACE2의 치료제 가능성을 강조했습니다. 이 경우 SARS-CoV-2가 세포 표면의 ACE2에 결합되려면 스파이크 단백질을 비활성화해야 합니다. 그러나 다른 많은 신약 후보도 함께 고려되고 있습니다.

나파모스타트와 MI-1851은 스파이크 단백질 분할에 관여하는 프로테아제, TMPRSS2와 퓨린을 각각 억제하므로 시험관에서 SARS-CoV-2 감염을 줄일 수 있습니다. 스파이크 단백질의 작은 부분과 유사한 매우 짧은 단백질, 펩타이드는 바이러스에서 준비된 스파이크 단백질을 "막는" 방식으로 바이러스 및 인간 세포막의 융합을 억제하는 것으로 알려져 있습니다. 막 융합 프로세스에서 형태를 바꿈으로써 바이러스 침입을 방해합니다. 마지막으로, SARS-CoV-2 감염을 차단하는 것으로 알려진 PIKfyve 억제제가 있습니다. PIKfyve는 특정 지질에 인산기를 추가하는 효소 역할을 하는 인간 지질 키나아제입니다. PIKfyve가 세포내 이입 경로의 바이러스 침투 경로에 있어 엔도좀 대사에 관여하므로 PIKfyve 억제제는 항바이러스성 활성을 갖습니다.

이들은 SARS-CoV-2 바이러스 침투 억제제로 연구되고 있는 여러 약물 후보 중 일부에 불과합니다. COVID-19 치료제 개발을 위해 많은 표적에 대한 연구를 진행하고 있습니다. 스파이크 단백질, ACE2, 스파이크 단백질을 쪼개는 프로테아제, 세포내 이입 경로의 구성 요소 모두 가능한 연구 대상이며 이들 각각의 표적과 관련된 항바이러스성 활성을 갖는 많은 물질이 있습니다. CAS는 이러한 잠재적 후보 물질을 더 빠르게 식별하려는 연구 노력을 돕기 위해, CAS REGISTRY^®를 토대로 알려진 항바이러스 약물과 이러한 항바이러스성 약물과 구조적으로 유사한 관련 화합물에 대한 공개 데이터세트를 발표했습니다. 이 데이터세트를 비롯한 다른 CAS 공개 COVID-19 리소스를 다운로드하여 알아보십시오. 

카나비노이드는 대마종 식물에서 분리되는 자연 발생적인 화합물입니다. 가장 대표적인 카나비노이드 물질은 델타-9-테트라하이드로칸나비놀(THC)과 칸나비디올(CBD)입니다. THC는 대마초에서 "황홀감"을 느끼게 해주는 향정신성 물질입니다. THC와 그 파생 물질에 대한 정보는 많기 때문에 이 블로그 포스팅에서는 잘 알려지지 않은 카나비노이드, 과학 문헌에서 나와 있는 주요 이점 및 그 화학 구조에 대한 심층 분석 내용을 집중적으로 다룹니다.  

오일, 화장품, 피부 관리 제품, 치료제, 음료, 초콜릿, 젤리, 심지어 반려견 간식까지, CBD가 함유된 다양한 제품이 시장에 나와 있습니다. 이 블로그 포스팅은 이들 제품을 보증하지 않으며 대마초가 연방 차원의 불법 약물로 스케줄 등급 I 약물에 해당한다는 사실을 주지하는 것이 중요합니다. 그러나 이들 제품, 특히 "다이어트 보조제"로서의 소비가 늘어나고 식품의약국(FDA) 승인이 필요하지 않게 되면서 이 물질이 건강에 미치는 영향을 이해해야 합니다.

카나비노이드 연구 동향

칸나비디올(CBD)을 모델 카나비노이드로 사용하여 카나비노이드의 치료 관점에 대한 현재 연구 동향을 파악하려는 경우 CAS SciFinderⁿ에서 간단한 검색을 수행하면 5천 건 미만의 참조문헌이 검색됩니다.

검색 결과를 자세히 살펴보면 인간 임상 연구 문서는 200건 미만이고 모든 임상 전 연구(동물, 체내, 체외, ADME, 인실리코)와 관련된 결과는 550건 미만이었습니다. 이는 제약 회사, 화장품 제조업체, 영양 전문 기업 및 기타 비즈니스 분야에서도 인류에게 유익한 카나비노이드 연구를 발전시킬 수 있는 기회가 있음을 보여주는 것일 수 있습니다.  

카나비노이드의 신체 유입 경로

4가지 주요 투여 경로는 다음과 같습니다.

• 흡입
• 설하
• 소화
• 국부

가장 일반적인 카나비노이드 소비 형태는 식물성 재료를 담배처럼 피우거나 카나비노이드 오일을 전자 담배 재료로 사용하는 등 기본적으로 흡입 방식입니다. 카나비노이드가 폐에 들어가면 빠르게 흡수되고 체내에서 역시 빠르게 배출됩니다. 흡입은 사람들이 선호하는 대마초 소비 방식입니다.

또 다른 유입 경로는 설하 방식입니다. 카나비노이드가 함유된 오일이나 틴크제를 혀 아래에 넣으면 혈류에 직접 흡수됩니다. 이 방법은 빠르면서도 오래 지속되는 효과가 있습니다. 카나비노이드는 소화도 됩니다. 식품 형태의 경우 체내 신진대사가 가능하지만 원하는 효과를 얻기까지 상당한 시간이 걸릴 수 있습니다. 카나비노이드는 크림, 로션, 스프레이, 패치, 밤과 같은 국부 작용제로도 사용할 수 있습니다. 근육통 또는 피부 질환을 치료하려는 경우 흡수 방식이 효과적입니다. 카나비노이드는 피부를 통해 혈류에 직접 흡수됩니다.

THC가 가장 널리 알려져 있기는 하지만 CBD, CBG, CBN, CBC와 같은 비향정신성 카나비노이드의 화학 구조와 그 효과를 보다 심층적으로 이해함으로써 새로운 제품 동향을 파악할 수 있습니다.

칸나비디올(CBD)

THC 다음으로 잘 알려져 있는 카나비노이드는 칸나비디올(CBD)일 것입니다. CBD는 대마에서 직접 추출되며 향정신성 약물은 아닙니다. CBD의 합법성은 계속 유동적이며 미국의 경우 주마다 CBD 관련 법규도 진화하고 있습니다. 하버드 의과대학에서는 불안, 불면증, 만성 통증, 관절염, 중독 치료제로서의 CBD의 효과를 인정하고 있습니다. 무엇보다 중요한 사실은 CBD가 중증 어린이 발작 질환 치료제로서 FDA 승인을 받은 약물의 한 성분이라는 것입니다(예: Epidiolex). CBD의 주요 부작용은 메스꺼움, 피로, 짜증입니다. CBD 함유 제품은 FDA 규제 대상이 아니며 불순물이 포함되고 복용법도 규정되지 않을 수 있습니다. CBD는 사용 시 주의 사항을 준수하고 항상 믿을 수 있는 업체의 제품을 구입해야 합니다.

칸나비게롤(CBG)

CBG는 1964년에 발견되었지만 대마초 식물 내 농도가 매우 낮아 CBD 또는 THC보다 많이 사용되지는 않습니다. CBG는 체내 카나비노이드 수용체, 즉 CB1, CB2와 상호작용합니다. CBG가 이들 수용체에 부착되면 자극, 식욕, 수면, 기쁨, 통증에 영향을 미치는 신경 전달 물질이 증가합니다. CBG는 세로토닌과 아드레날린 수용체에도 영향을 미칩니다. 이들 수용체 또한 신경 전달 물질을 조절합니다. CBG는 신경 전달 물질 증가로 인해 "행복(bliss)" 분자라고도 불립니다. 칸나비게롤은 항생제 효과와 함께 안압을 낮출 수 있는 것으로 알려져 있습니다.

카나비놀(CBN)

카나비놀은 대마초 식물에서 직접 합성되지 않으며 THC 분해로 생성되는 대사 산물입니다. 식물 재료가 장시간 산소에 노출되면 THC 감소에 따라 CBN이 증가할 수 있습니다. CBN은 진정 작용이 있어 불면증에 도움을 줍니다. CBN은 많은 연구가 이루어지고 있지는 않지만 일부 연구에서 카나비놀의 항생제, 녹내장 완화, 식욕 증진 효과가 확인되었습니다. 쥐를 대상으로 한 실험에서는 CBN이 루게릭병(ALS) 발병을 지연시키는 것으로 밝혀졌습니다. 이 유망한 화합물은 CBN을 치료 목적으로 활용하기 위한 많은 연구 기회를 제공합니다.

칸나비크로멘(CBC)

CBC은 CBG의 파생 물질로, 특히 다른 항생제 치료에 대한 저항성을 보인 감염 증상에 강력한 항균 효과를 보였습니다. 또한 쥐를 대상으로 한 일부 연구에서는 CBC가 알츠하이머병과 같은 신경변성 증상으로부터 뇌를 보호하는 신경 보호 작용과 함께 새로운 뇌세포 증가에 도움을 주는 것으로 밝혀졌습니다.

CBC는 카나비노이드 수용체와는 잘 결합되지 않지만 통증 지각에 영향을 미치는 것으로 알려진 바닐로이드 수용체 1(TRPV1), 일시적 수용체 전위 1(TRPA1)과 결합됩니다. CBC는 항암 성분도 있습니다. 인체 연구에서 치료제로서의 CBC에 대한 데이터 역시 많지 않지만 예비 연구에서 파악된 특성에 대해 더 많은 연구가 진행될 수 있을 것으로 보입니다.

측근 효과

많은 대마초 제품이 “풀 스펙트럼” CBD라고 광고합니다. 이는 제품이 CBD뿐만 아니라 여기서 설명한 다른 카나비노이드 물질과 테르펜, 정유 및 최대 0.3% THC(합법)까지 포함한다는 것을 의미합니다. 이러한 카나비노이드 물질을 함께 사용하면 효능과 효과가 증가하는데 이는 각 화학 물질 자체의 효과와는 다르며 이를 이론적으로 “측근 효과”라고 합니다. 기술적으로 너무 깊게 들어가지 않고 제안된 측근 효과 메커니즘만 살펴보면 외생성 카나비노이드와 결합되어 내생성 카나비노이드의 활성을 증가시키는 비활성 지질이 있습니다(아난다마이드와 2-아라키도닉글리세롤). 이 분야의 연구는 새로운 것이지만 몇몇 연구에서 암, 감정 및 불안 장애, 운동 장애, 간질에 긍정적인 결과가 나타났습니다.

전망과 영향

카나비노이드는 마리화나와의 연관성, THC와 그 파생물의 향정신성 성분으로 인해 부당한 대우를 받기도 합니다. 법적 우려로 인해 연구원들이 카나비노이드 연구를 꺼리는 측면도 있지만 카나비노이드에 대한 초기 연구 결과에 따르면 이들 화합물은 단일 성분으로서나 내생성 카나비노이드 활성화와 "측근 효과"를 통해서나 모두 잠재적인 치료 효과를 보일 수 있는 명확한 데이터를 확인할 수 있습니다. 이 블로그에서는 그중에서도 잘 알려진 카나비노이드 물질만을 다루지만 이 밖에도 100가지가 넘는 관련 화합물이 식별되었으며 앞으로도 계속 발견될 것입니다. 지속적인 연구를 통해 이러한 카나비노이드 물질과 관련된 오명이 사라지고 심신을 쇠약하게 하는 질병 치료에서 그 잠재력을 최대한 발휘할 수 있기를 바랍니다.

기분 전환 약제의 주된 건강상의 이점에 대한 새로운 연구 증가 동향은 카나비노이드에 국한되지 않습니다. LSD, 몰리, "슈룸"과 같은 환각성 약물이 앞으로 우울증과 PTSD 치료에 어떤 도움을 줄 수 있을지 알아보십시오.

수소 경제 실현을 목표로 많은 기술에 대한 연구가 이루어져 왔습니다. 연료 전지에 수소를 활용하는 분야에서 더 높은 효율성과 더 많은 응용을 위해 수많은 소재가 개발되었습니다.

상호 심사를 거친 이 간행물에서는 2011년 이후 수소 에너지 연구 진행 상황과 최근의 새로운 동향을 자세히 알아봅니다. 이 연구의 기본 요소는 연료 전지와 관련된 기술에 사용되는 친환경적인 수소 및 소재 생산을 가능하게 하는 촉매 소재입니다. 수소 경제 연구에 대한 깊이 있는 동향 조사 결과 또한 수록되어 있습니다.