36만 8천 건의 특허가 밝히는 신약 개발의 미래
특허는 혁신 과정에서 매우 유용한 시점을 포착합니다. 기술이 보호받을 가치가 있을 만큼 성숙하면서도, 해당 분야의 흐름이 대중화되기 전 그 방향성을 미리 보여주기 때문입니다. 최근 ACS Webinars와 공동 주최한 CAS Insights 웨비나에서 세 명의 CAS 과학자들은 2020년부터 2025년까지 전 세계 100여 개 특허청에 출원된 36만 8천 건 이상의 제약 특허 패밀리를 분석하여 제약 산업의 지형도를 제시했습니다.
- Angela Zhou는 분석 방법론과 산업적 관점에서의 주요 출원 주체를 소개했습니다.
- Kavita Iyer는 새롭게 부상하는 치료 방식과 분자 표적을 상세히 설명했습니다.
- Janet Sasso는 질환 영역별 혁신이 가속화되는 곳과 정체된 곳을 추적했습니다.
분석 전반에서 나타나는 가장 뚜렷한 신호는 바로 다변화입니다. 더 많은 치료 방식, 더 많은 표적, 그리고 더 많은 질환 영역이 집중적인 연구 관심을 받고 있습니다.
환경 분석을 위해 구축된 데이터 기반
Angela Zhou는 데이터 자체에 대한 설명으로 시작했습니다. 이번 분석은 인간이 직접 큐레이션한 최대 규모의 과학 정보 저장소인 CAS Content Collection™에서 추출한 36만 8천 건의 특허 패밀리를 기반으로 했습니다. 특허 패밀리는 여러 국가에 출원된 동일한 혁신을 하나로 통합하여, 법적 활동이 아닌 실제 연구 노력을 측정합니다. 모든 특허는 이미 전문가에 의해 색인화되어, 전체 데이터셋에서 약 8만 5천 개의 고유한 과학적 개념과 760만 개의 고유한 화학 및 생물학적 물질을 도출했습니다.
이 방법론은 해당 데이터를 자연어 처리(NLP) 및 AI 지원 분석과 결합했으며, 도메인 전문가들이 추출된 주제를 정리, 중복 제거 및 검증하는 과정을 거쳤습니다. Angela는 이 작업의 핵심이 포괄적인 데이터, 고급 분석, 그리고 과학적 판단의 결합에 있다고 강조했습니다. 결과는 시각화되어 독자들이 한눈에 전체 지형을 파악할 수 있도록 했습니다.
산업적 측면에서 볼 때, 지난 6년간 제약 특허의 총 산출량은 일정하게 유지되었습니다. Angela는 소유권 현황도 조사했습니다. 상위 50개 제약사 대부분은 자체 출원한 특허를 보유하고 있으나, 일부는 타사로부터 상당한 지분을 확보하고 있습니다. Novo Nordisk는 약 20%의 비중으로 인수 특허 분야에서 선두를 달리고 있으며, Sino Biopharmaceutical과 China Resources가 그 뒤를 이었습니다. 기술을 임상 단계로 발전시키려는 소규모 연구 조직에게 이러한 패턴은 라이선스나 인수 가능성이 높은 기업을 파악하는 지표가 됩니다.
치료 방식: 대체가 아닌 다변화
이어 Kavita Iyer가 치료 방식에 대해 설명했습니다. 저분자 화합물은 화학적 이점, 규모의 경제, 비용 효율성, 경구 투여 가능성 등 100년 넘게 쌓아온 강점을 바탕으로 여전히 특허 점유율에서 우위를 차지하고 있습니다. 그러나 더 주목할 점은 성장 속도입니다. 세포 및 유전자 치료제, RNA 치료제, 항체 치료제가 저분자 화합물을 앞지르고 있으며, 신약 개발 분야의 AI 및 머신러닝, 방사성 의약품과 같은 소규모 카테고리가 가장 빠르게 성장하고 있습니다.
분석 내용을 설명하기 위해 Kavita는 보고서의 핵심인 CAS TrendScape 맵을 활용했습니다. 각 맵에서 육각형의 크기는 해당 주제와 관련된 특허 문서의 수를 나타내며, 색상은 성장 속도를 의미합니다. 따뜻한 오렌지색과 붉은색일수록 빠른 증가세를 보입니다. 초기 단계의 주제는 규모가 작지만 빠르게 성장하는 경향이 있고, 규모가 크고 확립된 분야는 성장 속도가 느립니다. 가장 유망한 기회는 대개 상당한 연구 축적과 빠른 성장 속도를 동시에 보여주지만, 경쟁이 적은 '화이트 스페이스'를 찾는 연구자라면 작고 밝은 색의 육각형으로 표시된 빠르게 성장하는 주제에 주목할 수 있습니다.
몇 가지 주목할 만한 치료 방식 신호는 다음과 같습니다:
- 표적 단백질 분해. 지난 5월, 미국 FDA가 유방암 치료제로 세계 최초의 단백질 분해 유도제(PROTAC)인 vepdegestrant(Arvinas/Pfizer)를 승인하면서 이 분야는 중요한 이정표를 세웠습니다. 특허 활동은 선택성과 효능을 결정하는 E3 리가아제 결합체와 링커 구성 요소에 집중되어 있습니다. PROTAC의 표적은 기존의 호르몬 수용체 표적을 넘어 키나아제 등으로 다변화되고 있습니다. 분자 접착제(Molecular glues)는 여전히 비교적 개방적이고 빠르게 성장하는 분야이며, 링커는 여러 치료 방식에서 공통적으로 사용되는 핵심 구성 요소로 반복 등장합니다.
- RNA 치료제. mRNA 치료제는 팬데믹 당시의 mRNA 백신을 넘어 지속적으로 성장하고 있으며, 저해 RNA(siRNA)는 접합 화학 및 전달 기술을 중심으로 활발한 연구가 이루어지는 대규모 성숙 시장으로 남아 있습니다. 자가 증폭 RNA, 원형 RNA, CRISPR와 연계된 가이드 RNA 등 새로운 하위 유형에 대한 관심도 높아지고 있습니다. BioNTech은 2022년 이후 특허 활동이 급증하며 명실상부한 특허 선도 기업으로 부상했습니다.
- 항체 치료제. 이 지도의 차가운 색상의 큰 육각형들은 해당 분야가 성숙 단계에 접어들었으며 상당한 수준의 활동이 지속되고 있음을 보여줍니다. 단일클론항체 시장은 정체기에 접어든 반면, 이중특이성 및 다중특이성 항체와 항체-약물 접합체(ADC)는 특히 면역항암제 분야를 중심으로 빠르게 성장하고 있습니다. 나노바디와 단일 도메인 항체는 아직 초기 단계임을 반영하듯 학계에서 더 활발히 연구되고 있습니다.
- 세포 및 유전자 치료제. 키메라 항원 수용체(CAR) 치료법이 시장을 주도하고 있으며, 이는 CAR-T가 혈액암 치료에서 거둔 성공에 힘입은 결과입니다. 특허 활동은 주로 CAR 구조와 구성 요소에 집중되어 있습니다. 지난 6월, 중국 국가약품감독관리국(NMPA)이 위암의 Claudin 18.2를 표적으로 하는 최초의 고형암용 CAR-T 치료제인 사트리카브타진 오토류셀(CARsgen사의 Satri-cell)을 승인한 것은 두 번째 이정표가 되었습니다. CAR-NK 및 CAR-대식세포 접근법은 고형암 치료와 독성 문제 해결에 잠재적 이점을 가진 기성품(off-the-shelf) 형태의 대안으로 부상하고 있습니다.
기업 포트폴리오 전반에서 다각화는 구조적으로 이루어지고 있습니다. 10년 전에는 한두 가지 방식에 의존하던 주요 기업들이 이제는 4~5가지 치료 방식을 아우르는 특허를 보유하고 있습니다. 브리스톨 마이어스 스큅(BMS)과 아스트라제네카는 저분자 화합물에서 항체 및 세포·유전자 치료제로 영역을 확장하고 있으며, 일라이 릴리는 RNA 분야로, 전통적으로 항체 중심이었던 리제네론 역시 RNA 분야로 진출하고 있습니다.
분자 표적: 기존의 성공 공식을 넘어
이번 분석을 통해 2,000개 이상의 분자 표적이 확인되었으며, 효소와 수용체가 신규 연구 분야의 선두를 차지했습니다. 카비타(Kavita)는 수용체, 후성유전학적 표적, CD 항원이라는 세 가지 영역에 집중했습니다. 수용체는 승인된 대부분의 약물이 작용하는 기반이며, 후성유전학적 약물은 기전상 독특하고 최근 확장 중인 계열이고, CD 항원은 CAR-T, ADC 및 관련 치료 방식 전반에서 중요하기 때문입니다.
수용체 분야에서는 기존의 잘 알려진 표적 외의 영역으로 관심이 이동하고 있습니다. 통증 및 염증 분야의 TRP 채널, 암 치료를 위해 면역 세포에 발현되는 C-형 렉틴 수용체, 그리고 간 표적 siRNA 전달을 가능하게 하는 ASGPR 등이 대표적입니다. 주요 수용체 계열 중 소마토스타틴 수용체 아형 2(SSTR2)는 펩타이드 수용체 방사성 핵종 치료의 핵심이며, 멜라노코르틴 수용체는 대사 및 희귀 비만 질환에서 주목받고 있습니다. 또한 칸나비노이드 수용체 연구는 중추신경계 부작용을 피하면서 말초에만 작용하는 약물을 개발하려는 의도를 보여줍니다. 안젤라(Angela)는 팬데믹 기간 동안 집중적으로 연구된 ACE2가 등장한 것은 이번 분석 방법론이 실제 유의미한 신호를 포착하고 있음을 확인해 주는 긍정적인 지표라고 언급했습니다.
For epigenetic targets patent activity now extends to SWI/SNF complex subunits, which are frequently mutated in cancer, and to protein arginine methyltransferase 5 (PRMT5), with several inhibitors in each class reaching clinical trials. Patent activity indicates considerable diversification as compared to first generation epigenetic therapeutics which were centered on HDAC and DNMT inhibitors. Even for the established HDAC targets, priorities have shifted from pan-inhibitors toward isoform-specific designs.
CD 항원 중에서는 잘 알려진 CD19, CD20, CD38, CD47이 여전히 핵심적인 위치를 차지하고 있지만, 연구 범위는 다른 면역 세포 표적으로 확장되고 있습니다. T세포 악성 종양을 위한 CD7(자가 표적화를 피하기 위해 CRISPR로 편집하여 CD7을 제거한 CAR-T 프로그램 유도), 자가면역 질환과 암에서 상반된 방식으로 활용 가능한 CD25, 치료 저항성 암 줄기세포의 CD133 등이 그 예입니다.
질환 영역: 혁신이 가속화되는 곳과 그렇지 않은 곳
자넷 사소(Janet Sasso)는 질환 영역별 분석을 발표하며 발표를 마무리했습니다. 암은 전체 특허 출원의 약 15%를 차지하는 가장 큰 단일 범주이며, 감염병, 신경계 질환, 면역 매개 질환이 그 뒤를 잇고 있습니다. 거의 모든 범주에서 기업이 대부분의 특허를 출원하고 학계가 나머지를 차지하고 있는데, 자넷은 이를 상업적 관심의 척도가 아닌 파이프라인의 연속성으로 해석했습니다. 학계는 초기 발견을 주도하는 경향이 있고, 기업은 개발, 규모 확대, 상용화 과정을 담당합니다. 학계의 비중이 높다는 것은 해당 분야가 초기 단계임을 의미하는 경우가 많습니다.
이번 분석은 17개 질환 범주에 걸쳐 1,700개 이상의 성장 주제를 매핑했으며, 가장 빠르게 움직이는 분야가 반드시 가장 큰 시장은 아니라는 점을 보여주었습니다.
- 섬유화 질환은 보고서에서 가장 광범위한 지도 중 하나를 차지하며 7개 장기 시스템에 걸쳐 있습니다. 섬유화는 단일 질환이라기보다 여러 장기에서 공통된 경로를 통해 나타나는 반복적인 기전으로 작용하며, 장기별 프로그램보다는 플랫폼 전략이 더 유리합니다.
- 유전 질환은 유전자 치료제, 안티센스 올리고뉴클레오타이드, 효소 대체 요법을 통해 치료가 가능해지면서 혁신의 흔적이 뚜렷하게 나타나는 희귀 질환이 많아졌다는 점이 두드러집니다. 헌팅턴병은 HTT 메신저 RNA를 표적으로 하는 유전자 침묵 프로그램을 통해 성장 측면에서 선두를 달리고 있습니다.
- 대사 질환은 당뇨병과 지질 클러스터를 넘어 다각화되고 있으며, 희귀 지질 질환이 가장 깊이 있는 연구 활동을 주도하고 있습니다. 비만 및 체중 관련 질환은 GLP-1의 성공과 함께 일라이 릴리의 1일 1회 경구용 GLP-1 알약과 같은 새로운 전달 경로가 도입되면서 다시 주목받고 있습니다.
- 호흡기 질환은 모든 범주 중 빠르게 성장하는 주제의 비율이 가장 높았으며, 천식, 알레르기성 기도 질환, 직업성 및 방사선 유발 섬유화 질환에 집중되어 있습니다.
자넷은 정체된 분야에 대해서도 솔직하게 언급했습니다. 감염병 분야는 성숙한 항균제 시장을 반영하듯 낮고 안정적인 성장세를 보입니다. 비뇨기 질환은 혁신이 기기, 수술, 진단 분야로 이동하면서 고성장 영역이 거의 나타나지 않고 있습니다. 류마티스 관절염이나 건선과 같은 자가면역 질환은 거의 정체 상태입니다. 그녀는 이러한 분야가 정체된 이유는 근본적인 과학적 한계가 아니라 상업적 유인책의 부족 때문이며, 바로 이 지점에서 새로운 치료 옵션이 필요하다고 주장했습니다.
그녀는 우선순위를 정할 때 고려해야 할 네 가지 신호를 제시했습니다. 생물학적 기전이 명확하고 적절한 치료 방식과 연결된 곳에 성장이 집중되므로 기전을 따를 것, 희귀 질환을 치료 가능한 영역으로 볼 것, 단일 프로그램이 아닌 플랫폼 관점에서 생각할 것, 그리고 정체된 분야를 과학의 한계가 아닌 미충족 수요의 신호로 읽을 것을 강조했습니다.
향후 전망
카비타는 팀의 다음 분석 내용을 미리 공개하며 발표를 마쳤습니다. 연구팀은 치료 방식과 표적을 개별적으로 검토하는 대신, 이들이 어떻게 결합되는지를 연구하고 있으며 특허 건수 대비 성장률을 기준으로 치료 방식-표적 조합을 도표화하고 있습니다. 특허 건수는 적지만 성장률이 높은 영역의 조합은 특허 포화도가 낮고 기회가 열려 있음을 의미합니다. 예를 들어, ADC와 FGFR2의 조합은 검증된 고성장 조합인 반면, ADC와 CXCR2의 조합은 아직 개발된 접합체가 없는 진정한 블루오션 영역임을 보여줍니다.
세 가지 발표를 관통하는 핵심은 지도 그 자체가 가진 가치였습니다. 안젤라가 마무리 발언에서 언급했듯이, 개별 연구는 종종 범위가 좁고 프로젝트 중심적인 경향이 있습니다. 반면, 전체적인 조망(landscape view)은 연구자들이 자신의 연구가 인접 분야와 비교해 어떤 위치에 있는지, 새롭게 떠오르는 타겟과 모달리티는 무엇인지, 그리고 지난 5년과 향후 5년이 어떻게 다른지를 파악하는 데 도움을 줍니다.
전체 웨비나 시청하기
안젤라 저우(Angela Zhou), 카비타 아이어(Kavita Iyer), 자넷 사소(Janet Sasso)의 발표 내용과 전체 방법론, CAS TrendScape 지도, 청중 질의응답을 확인하시려면 ACS 웨비나를 통해 온디맨드 녹화 영상을 시청해 주십시오.
전체 분석 내용은 CAS 인사이트 보고서인 특허 인텔리전스를 통한 제약 혁신의 미래 실현에서 확인하실 수 있으며, 여기에는 전체 CAS TrendScape 지도와 기초 데이터가 포함되어 있습니다.
청중 질의응답
패널 토론 마지막 순서로 청중분들의 다양한 질문에 답변하는 시간을 가졌습니다. 주요 내용을 요약해 드립니다.
질문: 5년 전 유사한 보고서와 비교했을 때 가장 큰 차이점은 무엇인가요?
답변: 가장 뚜렷한 차이는 치료 모달리티와 분자 타겟 모두에서 나타난 다변화입니다. 5년 전 분석에서는 이 분야들의 발전이 훨씬 미미했을 것입니다. 그 이후로 기술은 특히 바이오 의약품, 유전자 치료제, 세포 치료제 분야에서 빠르게 발전했으며, 현재 지도상에서 5~10년 전보다 훨씬 더 두드러지게 나타나고 있습니다. 저분자 화합물은 여전히 고유한 장점 덕분에 전체 연구 노력의 큰 비중을 차지하지만, 바이오 의약품은 합리적 설계의 용이성, 잠재적으로 더 빠른 개발 기간, 그리고 종종 더 높은 타겟 특이성 등 고유한 가치를 제공합니다. 또한 이 기간 동안 약물 개발이 가능한 영역이 더욱 확대되었습니다. 과거에는 약물 개발이 불가능하다고 여겨졌던 타겟들이 PROTAC과 같은 접근 방식을 통해 공략 가능해졌습니다. PROTAC은 저분자 화합물로 단백질을 직접 억제하는 대신, 단백질의 크기와 상관없이 이를 분해할 수 있습니다. 단일 유전자 돌연변이로 인한 유전 질환 역시 최근 CRISPR 기반 치료제의 발전(2025년 승인 사례 포함)에 힘입어 탄력을 받고 있습니다.
질문: CAS TrendScape 지도의 분류 체계는 CAS 사전(lexicon)과 어떻게 대응하며, 제약 분야에서 이 사전은 얼마나 자주 업데이트되나요?
답변: CAS 사전은 과학 문헌과 특허를 색인하는 데 사용되는 표준화된 용어 및 온톨로지(CAS Concepts)입니다. 이번 분석은 해당 사전을 활용하는 동시에 자연어 처리(NLP)를 적용하여 연구자와 저자들이 현재 사용하는 용어로 자신의 연구를 어떻게 설명하는지 포착했습니다. 두 가지를 비교했을 때, 추출된 주제의 약 80%가 기존 사전의 개념과 일치했으며, 분석을 통해 새로운 용어들도 발견되었습니다. 사전은 이러한 유형의 체계적인 분석과 새로운 논문 및 특허를 읽으며 새로운 용어를 식별하는 개별 분석가들의 제안을 통해 지속적으로 업데이트됩니다. 이 프로젝트의 유용한 부산물 중 하나는 현장의 최신 용어를 다시 사전으로 피드백한다는 점입니다.
질문: 바이오 의약품, RNA, 세포 치료제에 대한 막대한 투자에도 불구하고 여전히 저분자 화합물이 특허 건수에서 우위를 점하고 있습니다. 이는 신약 개발의 전환 속도에 대해 무엇을 시사하나요?
답변: 데이터는 저분자 화합물이 대체되지 않을 것임을 보여줍니다. 저분자 화합물은 확장성, 화학적 특성, 비용 측면에서 고유한 장점을 가지고 있어 사라지지 않을 것입니다. 바이오 의약품이 저분자 화합물을 밀어내는 것이 아니라, 변화의 핵심은 대체가 아닌 다변화에 있습니다.
질문: 최초의 PROTAC 승인이 갖는 임상적, 전략적 의미는 무엇인가요?
답변: 이번 승인은 PROTAC이 인간에게 효과가 있으며 필요한 생체 이용률과 치료 효능을 달성할 수 있다는 임상적 개념 증명을 제공합니다. 또한 규제 경로를 확립했습니다. 하나의 PROTAC이 3상 임상을 모두 완료함에 따라 향후 승인을 가속화할 수 있는 파이프라인이 마련되었습니다. 설계 방식 자체도 중요합니다. 단백질 분해를 위해서는 두 단백질을 결합해야 하는데, 단일 저분자 화합물로는 이를 수행하기 어렵습니다. 반면 PROTAC은 타겟 단백질에 결합하는 분자와 분해제에 결합하는 분자, 이렇게 두 개의 저분자 화합물을 연결하여 이들을 근접하게 만듭니다. 이는 의약 화학자들에게 합리적 설계를 위한 더 다루기 쉬운 출발점을 제공하며, 특히 단백질 포켓 내 결합 친화도 예측을 개선함으로써 분자 접착제 설계와 같은 난제를 해결하는 데 AI가 이 작업을 더욱 발전시킬 수 있습니다.
질문: 물질 조성 특허와 별도의 제형 특허는 동일한 특허 패밀리로 간주되나요?
답변: 특허 출원 방식에 따라 다릅니다. 제형 특허가 원래의 물질 조성 특허의 연속 출원(continuation)이나 분할 출원(divisional)으로 제출된 경우, 동일한 모출원에 우선권을 주장하므로 분석에서는 이를 하나의 패밀리로 그룹화합니다. 만약 제형 특허가 자체적인 새로운 우선권 날짜를 가진 독립적인 출원으로 제출되었다면 별도의 패밀리로 계산됩니다.
질문: 분석에서 기업 특허와 대학 특허를 구분하는 것은 어떤 의미인가요?
답변: 이 구분은 특허 소유권, 구체적으로는 특허 양수인(assignee)을 의미합니다. 기업이 양수인으로 출원한 특허는 기업 특허로 계산됩니다. 소유권은 변경될 수 있습니다. 기업이 대학으로부터 특허를 매입하면 해당 특허는 현재 소유자를 반영하여 기업 특허로 분류됩니다.
질문: 동시 출현(co-occurrence) 분석은 전통적인 특허 건수 집계가 밝혀내지 못하는 어떤 점을 보여주나요?
답변: 특정 모달리티의 특허가 얼마나 증가하는지 세는 것만으로는 관련된 타겟에 대한 맥락을 제공하지 못합니다. 동시 출현 분석은 그 맥락을 더해줍니다. 특정 질병에 대해 잘 검증되어 저분자 화합물 연구가 활발한 타겟이라도 바이오 의약품 관련 활동이 전혀 없다면, 이는 잠재적인 기회를 의미할 수 있습니다. 분석은 데이터에 기반하므로 반복을 통해 의미가 도출됩니다. 단일 동시 출현은 큰 의미가 없지만, 수백 번 반복되는 조합은 조사할 가치가 있는 패턴임을 시사합니다. 목표는 연구 및 특허 기회가 존재하는 새로운 조합과 화이트 스페이스(white space)를 식별하는 것입니다.
질문: 차세대 생물학적 개입, 특히 유전 질환에 대한 데이터 분석의 의미는 무엇인가요?
답변: 많은 유전 질환은 희귀하며, AI는 문헌을 분석하고 파편화된 증거들을 연결하는 능력을 크게 향상시킵니다. 전 세계에 흩어진 과학 논문, 임상 데이터, 전자의무기록 등의 연구 결과를 통합함으로써 개별적으로는 희귀한 질환에 대한 포괄적인 이해가 가능해집니다. 이는 결과적으로 해당 질환의 치료 가능성을 높이고 제약 산업 측면에서도 이전보다 더 실질적인 접근을 가능하게 합니다.
