주목할 그린 케미스트리 동향: CAS Insights 웨비나 하이라이트
전 세계 정부는 환경 및 건강 목표를 달성하기 위해 특정 물질의 사용을 제한하거나 금지하고 있습니다. 과학자들은 점점 더 복잡해지는 지속가능성 도전을 해결하면서 더 빠르게 결과를 도출해야 한다는 압박에 직면해 있습니다. 최근 CAS Insights 웨비나는 산업 리더와 교육자들을 모아 친환경 과학 동향가 과학적 분야 전반에서 연구 개발을 어떻게 변화시키고 있는지 탐구했습니다.
웨비나 주목할 그린 케미스트리 동향: CAS Insights 웨비나 하이라이트에서 Beyond Benign의 공동 설립자이자 전무이사인 Amy Cannon 박사, 다케다 제약의 수석 과학 펠로우인 Dan Bailey, 그리고 CAS의 소재 분야 수석 정보 과학자인 Leighton Jones는 기계 화학, 수계 반응, 그리고 인공 지능(AI)이 중요한 지속가능성 지표를 충족하면서 어떻게 기존의 화학 공정을 혁신하고 있는지 논의했습니다.
그린 케미스트리 분야의 혁신을 주도하는 교육
Beyond Benign은 Cannon과 그린 케미스트리 분야의 창시자 중 한 명인 John Warner 박사가 공동 설립한 단체로, 화학자들이 훈련받는 방식과 지속 가능한 화학 제품을 만드는 데 필요한 기술 간의 격차를 해소하기 위해 노력하고 있습니다. Cannon은 화학 과학 분야 졸업생의 약 85%가 산업에 진출하지만, 많은 졸업생이 필수 역량이 부족하다고 밝혔습니다.
Beyond Benign에서 설문조사를 실시한 산업 전문가들이 그린 케미스트리 기술을 가진 과학자를 고용하는 데 어려움이 있다고 보고했습니다. 수명 주기 평가, 기술 경제성 평가, 독성학, 연구 환경에서 그린 케미스트리 원리를 적용하는 방법 등 필요한 역량 목록이 늘어나고 있습니다.
이 단체의 그린 케미스트리 약정 프로그램은 전 세계 260개 이상의 대학이 참여하는 규모로 성장했습니다. 이 프로그램은 최근 참여 기관의 공동 작업을 인정받아 영국왕립화학회 호라이즌 교육상을 수상했습니다. Beyond Benign은 또한 ACS 그린 케미스트리 연구소와 공동 개발한 그린 케미스트리 교육 및 학습 커뮤니티 플랫폼을 통해 오픈 액세스 리소스를 제공합니다.
Cannon은 그린 케미스트리가 별도의 분야가 아니라 패러다임의 전환을 의미한다고 강조합니다. 이러한 변화에는 이미 업무량이 많은 교육자의 전문성 개발, 시간, 리소스가 필요하기 때문에 쉽지 않은 일입니다.
설계를 통한 지속가능성으로 제약 환경에 미치는 영향 최소화
브라운 대학교에서 화학과 인류학 학사 학위를 취득한 Bailey는 다케다의 설계를 통한 지속가능성 프로그램(Sustainability by Design)을 이끌고 있습니다. 이 프로그램은 제품 수명 동안 발생하는 환경 영향의 약 80%가 제품 설계 단계에서 사실상 고정된다는 점에 기반하여, 제품 설계 단계에서 환경 영향을 최소화하는 데 초점을 맞추고 있습니다.
"제 생각에 이는 제약 산업에서 두 배로 더 진실입니다. 제약 산업은 강하게 규제되는 분야이기 때문에, 새로운 의약품이나 제품이 보건 당국의 승인을 받고 나면 그 제품 자체를 변경하거나 제조 방식을 바꾸기가 매우 어려워집니다."라고 Bailey는 설명했습니다. 보건 당국이 의약품을 승인하면 여러 국가에 걸쳐 자원 집약적인 규제 승인을 받아야 하므로 의약품의 수명 기간인 15~20년 동안 환경에 미치는 영향이 고정됩니다.
다케다는 2035년까지 운영 및 시설에서, 2040년까지 전체 가치 사슬에서 순 배출량 제로를 달성하는 등 야심찬 환경 목표를 달성하기 위해 노력하고 있습니다. 설계를 통한 지속가능성 프로그램 프로그램은 유효 성분, 제형, 포장, 의료 기기를 총체적으로 검토하여 이러한 기업 목표를 개별 의약품에 대한 실행 가능한 전략으로 전환합니다.
수명 주기 평가는 자원 추출부터 제조, 유통, 환자 사용 및 폐기에 이르기까지 환경에 미치는 영향을 파악하는 데 도움이 됩니다. Bailey의 팀은 다양한 약물 유형이 독특한 환경적 요인을 가지고 있음을 발견했습니다. 합성 분자 의약품의 경우 제조 공정에 사용되는 재료가 가장 큰 발자국을 남깁니다. 업계 벤치마킹에 따르면 1kg의 활성 성분을 생산하려면 평균 182kg의 재료가 필요하며, 이는 1% 미만의 투입물이 제품이 되는 반면 99%는 폐기물이 된다는 의미입니다. 용매는 합성 분자 공정에서 폐기물 질량의 약 60%를 차지합니다.
세포 배양 생물공정을 통해 제조된 생물학적 제제는 다른 패턴을 보여줍니다. 청정실 조건을 유지하는 생산 시설의 에너지 소비가 대부분의 탄소 발자국을 주차지니다. 생물학적 제제는 제품 1kg당 약 7,500kg의 재료 투입이 필요하지만, 약 95% 는 물로 구성되어 있습니다.
기계 화학 및 수화학, 기존 관행에 도전하다
두 패널 모두 기계 화학과 수중/수상 화학을 화학 반응이 일어나는 방식에 대한 근본적인 가정에 도전한다는 점에서 흥미로운 친환경 과학 동향으로 꼽았습니다. "제가 수년간 알아차린 가장 큰 오해 중 하나는 많은 사람들이 자신의 업무와의 연관성을 보지 못하거나 관련이 없다고 생각한다는 것입니다."라고 Cannon은 말하며, 그린 케미스트리가 모든 하위 분야에 적용된다는 점을 강조했습니다.
Bailey는 다케다가 약 8년 동안 수중 화학 분야에서 연구를 진행하여 이러한 접근 방식을 구현하는 데 상당한 진전을 이루었다고 언급했습니다. "유기 용매는 저희 제품 생산에 있어 가장 큰 문제 중 하나입니다. 그래서 유기 용매 사용을 줄이기 위해 저희가 할 수 있는 모든 일은 정말, 정말 큰 영향을 미칠 수 있습니다."라고 그는 설명했습니다. 수질 화학은 주로 유기 용매 대신 물을 사용하는 공정을 포함하여 유사한 절차를 유지하기 때문에 기존 장비에 쉽게 적응할 수 있습니다.
기계 화학은 제약 회사가 운영 경험이 부족할 수 있는 다양한 장비 유형을 필요로 합니다. 압출기 및 연속 비드 밀을 사용한 작업은 가능성을 보여주지만 기계 화학 공정을 확장하는 가장 안전한 방법에 대한 의문은 여전히 남아 있습니다. 이러한 어려움에도 불구하고 다케다가 기계 화학 분야에서 파트너십을 유지하는 이유는 이 기술이 유기 용매 소비를 줄일 수 있는 상당한 잠재력을 제공하기 때문입니다.
Cannon은 이러한 동향이 기존 관행에 대해 근본적인 의문을 제기하고 있음을 되돌아보았습니다. 그녀는 신시내티 대학교의 James Mack의 연구를 언급했는데, 그는 화학자들이 특정한 제약 속에서 훈련된다는 점, 특히 원료 물질을 용매에 녹이는 방식을 중심으로 배운다는 점을 설명했습니다. 그녀는 "이 분야의 과학자들은 모두 이런 관행을 바라보며 '우리가 정말 굳이 용해해야 할까? 이 물질들을 반응시키는 다른 방법은 없을까? 사용할 수 있는 다른 형태의 에너지는 무엇이 있을까?'라고 묻고 있습니다. 저는 바로 그 지점에서 혁신이 일어난다고 생각합니다."라고 말했습니다.
AI는 지속 가능한 개발을 가속화합니다
다케다는 지속 가능한 프로세스 개발의 여러 차원에서 AI를 성공적으로 구현했습니다. Bailey는 베이지안 최적화기가 중간 처리량 또는 고처리량 스크리닝과 결합하여 팀이 신속하게 최적의 반응 조건을 식별하는 데 도움을 주는 방법을 설명했습니다. 카메라와 레이저만을 사용해 분말의 입자 크기 분포를 측정하는 머신 러닝 모델을 MIT 연구팀과 협력하여 개발한 것을 비롯해 AI를 활용한 분석 방법은 흥미로운 결과를 만들어냈습니다.
Bailey와 Cannon은 AI가 그린 케미스트리 커뮤니티에서 주목받고 있는 분야로 예측 독성학을 강조했습니다. 화학자들은 일반적으로 독성학에 대한 교육이 부족하지만, 이러한 지식은 분자 설계에 매우 중요합니다. 그들은 결국 대규모 제조로 이어질 수 있는 재료 선택 결정에 있어 이러한 지식의 중요성을 강조했습니다.
지속 가능한 화학 기업을 향한 행동
두 패널리스트 모두 화학 기업 모든 이들이 자신의 작업이 환경 지속가능성에 어떤 영향을 미치는지 생각해보라고 격려하며 마무리했습니다. Bailey는 현재의 환경 문제를 인정하면서도 혁신을 위한 흥미로운 기회를 강조했습니다. Cannon도 같은 취지에서 "핵심은 여러분이 지금 취할 수 있는 실천을 찾는 것이라고 생각합니다. 이 분야에는 그런 도전이 필요하고, 여러분과 같은 사람들이 함께해 주는 것이 필요합니다."라고 덧붙였습니다.
이번 웨비나는 친환경 과학 동향이 실험실 기술부터 기업 전략, 교실 교육부터 규제 준수에 이르기까지 폭넓게 확장되고 있음을 보여주었습니다. Cannon이 언급했듯이, 중심 과학으로서의 화학은 다른 많은 분야에 큰 영향을 미칠 잠재력을 지니고 있으며, 이러한 책임을 더욱 적극적으로 받아들이는 것은 지속가능성 운동을 크게 발전시키는 데 기여할 것입니다.
전체 웨비나 시청하기
패널리스트들의 더 많은 통찰력을 알아보려면 전체 웨비나 녹화 영상을 시청하세요. 친환경 과학 동향이 과학적 분야 전반에 걸쳐 연구 및 개발을 어떻게 형성하고 있는지에 대해 더 깊이 이해할 수 있을 것입니다.
