368,000건의 특허가 밝히는 신약 개발의 미래
특허는 혁신 과정에서 매우 유용한 시점에 위치합니다. 기술을 보호할 가치가 있을 만큼 충분히 성숙하면서도, 해당 분야의 흐름이 명확해지기 전에 그 방향을 알려줄 만큼 빠르기 때문입니다. 최근 ACS Webinars와 공동 주최한 CAS Insights 웨비나에서 세 명의 CAS 과학자들은 이러한 신호를 활용하여 제약 분야의 지형도를 그렸습니다. 이들은 2020년부터 2025년까지 전 세계 100여 개 특허청에서 발행된 368,000건 이상의 제약 특허 패밀리를 분석했습니다.
- Angela Zhou는 분석 방법론과 산업적 관점에서의 출원 현황을 소개했습니다.
- Kavita Iyer는 새롭게 부상하는 치료 양식과 분자 표적을 상세히 설명했습니다.
- Janet Sasso는 질병 영역별 혁신이 가속화되는 곳과 정체된 곳을 추적했습니다.
분석의 모든 단계에서 나타나는 가장 명확한 신호는 다변화입니다. 더 많은 양식, 더 많은 표적, 그리고 더 많은 질병 영역이 심도 있는 연구의 관심을 받고 있습니다.
동향 분석을 위해 구축된 데이터 기반
Angela Zhou는 데이터 자체에 대한 설명으로 시작했습니다. 이번 분석은 과학 정보의 최대 규모 인간 큐레이션 저장소인 CAS Content Collection™에서 추출한 368,000건의 특허 패밀리를 기반으로 했습니다. 특허 패밀리는 여러 특허청에 출원된 단일 혁신을 하나로 통합하여 중복을 방지합니다. 이러한 통합은 법적 활동이 아닌 연구 노력을 측정한다는 점에서 중요합니다. 모든 특허는 이미 전문가에 의해 색인화되어, 전체 데이터셋에서 약 85,000개의 고유한 과학적 개념과 760만 개의 고유한 화학 또는 생물학적 물질을 도출했습니다.
이 방법론은 해당 데이터를 자연어 처리(NLP) 및 인공지능 지원 분석과 결합했으며, 전 과정에서 도메인 전문가들이 추출된 주제를 정리, 중복 제거 및 검증했습니다. Angela는 이 결합을 이번 작업의 핵심으로 정의했습니다. 포괄적인 데이터, 고급 분석, 그리고 과학적 판단이 함께 어우러져 결과를 시각화함으로써 독자들이 한눈에 동향을 파악할 수 있도록 했습니다.
산업 수준에서 제약 특허의 총 산출량은 지난 6년간 일정하게 유지되었습니다. Angela는 소유권도 조사했습니다. 상위 50개 제약사 중 대부분은 자체 출원한 특허를 보유하고 있지만, 일부는 타사로부터 상당한 지분을 확보하고 있습니다. Novo Nordisk는 약 20%의 비중으로 인수 특허 분야를 선도했으며, Sino Biopharmaceutical과 China Resources가 그 뒤를 이었습니다. 임상 단계로 기술을 발전시키려는 소규모 연구 조직에게 이러한 패턴은 라이선스나 매입 가능성이 가장 높은 기업을 가리키는 지표가 됩니다.
치료 양식: 대체가 아닌 다변화
다음으로 Kavita Iyer가 양식에 대한 논의를 이어갔습니다. 저분자 화합물은 화학, 규모, 비용 및 경구 생체 이용률 측면에서 지난 100년간의 우위를 바탕으로 여전히 특허 물량을 주도하고 있습니다. 더 주목할 만한 점은 성장률입니다. 세포 및 유전자 치료제, RNA 치료제, 항체 치료제가 모두 저분자 화합물을 앞지르고 있으며, 신약 개발 분야의 인공지능 및 머신러닝, 방사성 의약품과 같은 소규모 카테고리가 가장 빠르게 가속화되고 있습니다.
분석 내용을 읽기 위해 Kavita는 보고서의 핵심인 CAS TrendScape 지도를 설명했습니다. 각 지도에서 육각형의 크기는 해당 주제와 관련된 특허 문서의 수를 반영하며, 색상은 성장률을 나타냅니다. 따뜻한 주황색과 빨간색일수록 더 빠른 증가세를 의미합니다. 초기 주제는 작지만 빠르게 성장하는 경향이 있고, 규모가 크고 확립된 영역은 더 느리게 성장합니다. 가장 유망한 기회는 일반적으로 상당한 연구 축적과 빠른 성장률을 동시에 보여줍니다. 다만, 경쟁이 적은 '화이트 스페이스'를 찾는 연구자라면 작고 밝은 색상의 육각형으로 표시된, 특허 수는 적지만 빠르게 성장하는 주제를 살펴볼 수 있습니다.
몇 가지 주목할 만한 양식 신호는 다음과 같습니다:
- 표적 단백질 분해이 분야는 지난 5월, 미국 FDA가 세계 최초의 단백질 분해 표적 키메라(PROTAC) 치료제인 베프데제스트란(Arvinas/Pfizer)을 유방암 치료제로 승인하면서 중요한 이정표를 세웠습니다. 특허 활동은 선택성과 효능을 결정하는 구성 요소인 E3 리가아제 결합제와 링커에 집중되어 있습니다. PROTAC의 표적은 기존의 호르몬 수용체 표적을 넘어 키나아제 등으로 다변화되고 있습니다. 분자 접착제는 여전히 비교적 개방적이고 빠르게 성장하는 분야이며, 링커는 여러 양식에 걸쳐 중요한 공통 구성 요소로 반복해서 등장합니다.
- RNA 치료제. mRNA 치료제는 팬데믹 기간의 mRNA 백신을 넘어 지속적으로 성장하고 있으며, 소간섭 RNA(siRNA)는 접합 화학 및 전달 기술을 중심으로 활동이 집중되는 대규모의 성숙한 분야로 남아 있습니다. 자가 증폭 RNA, 원형 RNA, CRISPR와 결합된 가이드 RNA를 포함한 새로운 하위 유형들이 점점 더 많은 관심을 끌고 있습니다. BioNTech은 2022년 이후 활동이 증가하며 확실한 특허 선도 기업으로 부상했습니다.
- 항체 치료제. 여기의 지도는 더 차가운 색상의 더 큰 육각형을 보여주는데, 이는 성숙한 분야에서 상당한 수준의 지속적인 활동이 이루어지고 있음을 나타냅니다. 단일클론항체의 성장은 정체된 반면, 이중특이성 및 다중특이성 항체와 항체-약물 접합체 (ADC)는 특히 면역 종양학 분야에서 더 빠르게 성장하고 있습니다. 나노바디와 단일 도메인 항체는 초기 단계임을 반영하듯 학계에서 더 많이 다루어지고 있습니다.
- 세포 및 유전자 치료제. 키메라 항원 수용체(CAR) 치료법이 주도하고 있으며, 이는 CAR-T 가 혈액암에서 거둔 성공에 힘입은 것으로, 특허 활동은 CAR 구조와 구성 요소에 집중되어 있습니다. 6월에는 중국 NMPA가 위암의 Claudin 18.2를 표적으로 하는 최초의 고형암용 CAR-T 치료제인 사트리카브타진 오토류셀(CARsgen의 Satri-cell)을 승인하며 두 번째 이정표를 세웠습니다. CAR-NK 및 CAR-대식세포 접근법은 고형암과 독성 문제에서 잠재적 이점을 가진 기성품(off-the-shelf) 대안으로 부상하고 있습니다.
기업 포트폴리오 전반에 걸쳐 다변화는 구조적으로 나타나고 있습니다. 대부분의 선도 기업들은 10년 전 흔했던 한두 가지 양식이 아닌 4~5가지 양식에 걸쳐 특허를 출원하고 있습니다. 브리스톨 마이어스 스큅(Bristol Myers Squibb)과 아스트라제네카(AstraZeneca)는 저분자 화합물에서 항체 및 세포·유전자 치료제로, 일라이 릴리(Eli Lilly)는 RNA로, 역사적으로 항체를 우선시했던 리제네론(Regeneron) 역시 RNA 분야로 영역을 확장하고 있습니다.
분자 표적: 확립된 전략을 넘어서
이번 분석을 통해 2,000개 이상의 분자 표적이 확인되었으며, 효소와 수용체가 신흥 주제의 수를 주도하고 있습니다. 카비타(Kavita)는 수용체, 후성유전학적 표적, CD 항원이라는 세 가지 영역에 집중했습니다. 수용체는 승인된 대부분의 약물의 기반이 되고, 후성유전학적 약물은 기전적으로 뚜렷하며 최근 확장되는 계열을 대표하며, CD 항원은 CAR-T, ADC 및 관련 양식 전반에 걸쳐 중요하기 때문에 선정되었습니다.
수용체 분야에서는 잘 알려진 표적과는 다른 표적으로 관심이 이동하고 있습니다. 통증 및 염증의 TRP 채널, 암을 위해 면역 세포에서 발현되는 C-형 렉틴 수용체, 그리고 간 표적 siRNA를 가능하게 하는 전달 수용체로서의 성격이 강한 ASGPR 등이 그 예입니다. 주요 수용체 계열 중 소마토스타틴 수용체 아형 2(SSTR2)는 펩타이드 수용체 방사성 핵종 치료의 기반이 되며, 멜라노코르틴 수용체는 대사 및 희귀 비만 질환에서 두드러지고, 칸나비노이드 수용체 연구는 중추신경계 부작용을 피하는 말초 제한적 약물을 개발하려는 의지를 보여줍니다. 안젤라(Angela)는 팬데믹 기간 동안 집중적으로 연구된 ACE2의 등장이 이 방법론이 실제 신호를 포착함을 확인하는 긍정적 대조군 역할을 했다고 언급했습니다.
현재 후성유전학적 표적 에 대한 특허 활동은 암에서 빈번하게 돌연변이가 발생하는 SWI/SNF 복합체 서브유닛과 단백질 아르기닌 메틸트랜스퍼라제 5(PRMT5)로 확장되었으며, 각 계열의 여러 억제제가 임상 시험 단계에 도달했습니다. 특허 활동은 HDAC 및 DNMT 억제제에 집중되었던 1세대 후성유전학적 치료제와 비교하여 상당한 다변화를 보여줍니다. 확립된 HDAC 표적의 경우에도 우선순위가 범용 억제제에서 이소형 특이적 설계로 이동했습니다.
CD 항원 중 잘 알려진 표지자인 CD19, CD20, CD38, CD47은 여전히 핵심적인 역할을 하지만, 활동 범위는 다른 면역 세포 표적으로 확대되고 있습니다. T세포 악성 종양을 위한 CD7(자가 표적화를 피하기 위해 CRISPR로 편집하여 CD7을 제거한 CAR-T 프로그램 촉진), 자가면역 질환과 암에서 상반된 방식으로 활용될 수 있는 표적인 CD25, 그리고 치료 저항성 암 줄기세포의 CD133 등이 그 예입니다.
질환 영역: 혁신이 가속화되는 곳과 그렇지 않은 곳
Janet Sasso는 질환 영역에 대한 관점으로 발표를 마무리했습니다. 암은 전체 출원의 약 15%를 차지하며 단일 카테고리로는 가장 큰 비중을 유지하고 있으며, 감염병, 신경계 질환, 면역 매개 질환이 그 뒤를 잇고 있습니다. 거의 모든 카테고리에서 기업이 출원의 대부분을 차지하고 학술 기관이 나머지를 차지하는데, Janet은 이를 상업적 관심의 척도가 아닌 파이프라인의 연속성으로 해석했습니다. 학술 그룹은 초기 발견을 주도하는 경향이 있고, 기업은 개발, 규모 확대, 상업화 과정을 수행합니다. 학술적 비중이 높다는 것은 종종 해당 분야가 초기 단계임을 나타냅니다.
이 분석은 17개 질환 카테고리에 걸쳐 1,700개 이상의 성장 주제를 매핑했으며, 가장 빠르게 움직이는 분야가 반드시 가장 큰 시장은 아닙니다.
- 섬유성 질환 은 보고서에서 가장 광범위한 맵 중 하나를 보여주며 7개의 장기 시스템에 걸쳐 있습니다. 섬유증은 단일 질환이라기보다 장기 전반에 걸쳐 공유된 경로를 통해 해결되는 반복적인 메커니즘으로 작용하므로, 장기별 프로그램보다는 플랫폼 전략이 선호됩니다.
- 유전 질환 은 유전자 치료, 안티센스 올리고뉴클레오타이드, 효소 대체 요법을 통해 치료가 가능해지면서 혁신의 발자취가 뚜렷하게 나타나는 희귀 질환이 많다는 점에서 두드러졌습니다. 헌팅턴병은 HTT 메신저 RNA를 표적으로 하는 유전자 침묵 프로그램을 통해 (성장 측면에서) 선두를 달리고 있습니다.
- 대사 질환 은 당뇨병과 지질 클러스터를 넘어 다변화되고 있으며, 희귀 지질 장애가 가장 깊은 활동을 주도하고 있습니다. 비만 및 체중 장애는 일라이 릴리의 1일 1회 경구용 GLP-1 알약과 같은 새로운 전달 경로를 포함하여 GLP-1의 성공과 함께 다시 주목받고 있습니다.
- 호흡기 질환 은 천식, 알레르기성 기도 질환, 직업성 및 방사선 유발 섬유성 질환에 집중되어 있으며, 모든 카테고리 중 가장 높은 비율의 급성장 주제를 보였습니다.
Janet은 정체된 영역에 대해서도 가감 없이 언급했습니다. 감염병은 성숙한 항균제 시장을 반영하듯 낮고 꾸준한 성장세를 보이고 있습니다. 비뇨기 질환은 고성장 영역이 거의 없으며, 혁신은 기기, 수술, 진단 분야로 이동하고 있습니다. 류마티스 관절염 및 건선과 같은 자가면역 질환은 거의 정체 상태입니다. 그녀는 이러한 분야가 정체된 이유는 근본적인 과학이 아닌 상업적 인센티브가 제약 요인이기 때문이며, 바로 이곳에 새로운 치료 옵션이 필요하다고 주장했습니다.
그녀는 우선순위를 정할 때 고려해야 할 네 가지 신호를 청중에게 제시했습니다. 생물학적 기전이 잘 정의되고 적절한 양식(modality)과 일치하는 곳에 성장이 집중되므로 기전을 따를 것, 희귀 질환을 치료 가능한 것으로 간주할 것, 단일 프로그램이 아닌 플랫폼으로 생각할 것, 그리고 정체된 영역을 과학의 한계가 아닌 미충족 수요의 신호로 읽을 것을 강조했습니다.
다음 단계
Kavita는 팀의 다음 분석에 대한 미리보기로 발표를 마쳤습니다. 연구 그룹은 양식과 표적을 별도로 조사하는 대신, 이들이 어떻게 공존하는지를 연구하며 특허 볼륨 대비 성장률을 기준으로 양식-표적 조합을 도표화하고 있습니다. 볼륨은 낮지만 성장률이 높은 영역의 조합은 특허 포화도가 낮고 기회가 열려 있음을 시사합니다. 예를 들어, FGFR2와 결합된 ADC는 검증된 급성장 조합인 반면, CXCR2와 결합된 ADC는 아직 개발 중인 접합체가 없는 진정한 화이트 스페이스를 나타냅니다.
세 가지 발표를 관통하는 핵심은 맵 자체의 가치였습니다. Angela가 마무리에서 언급했듯이, 개별 연구는 종종 좁고 프로젝트 중심적이며, 랜드스케이프 뷰는 연구자들이 자신의 연구가 인접 분야와 비교하여 어디에 위치하는지, 신흥 표적과 양식이 어디에 주목받고 있는지, 그리고 지난 5년이 향후 5년과 어떻게 비교되는지를 파악하는 데 도움을 줍니다.
전체 웨비나 보기
전체 방법론, CAS TrendScape 맵, 청중 Q&A를 포함하여 Angela Zhou, Kavita Iyer, Janet Sasso의 발표를 직접 들으려면, ACS Webinars를 통해 온디맨드 방식으로 녹화본을 시청하십시오..
전체 분석 내용은 CAS Insights Report를 참조하십시오. 특허 인텔리전스를 통한 제약 혁신의 미래 실현, 전체 CAS TrendScape 맵 세트 및 기초 데이터를 포함합니다.
청중 질문
패널 토론이 끝난 후, 청중으로부터 받은 여러 질문에 답변할 기회가 있었습니다. 다음은 그 요약입니다.
질문: 5년 전 유사한 보고서와 비교했을 때 가장 큰 차이점은 무엇입니까?
답변: 가장 뚜렷한 차이점은 치료 양식과 분자 표적 모두에서 나타나는 다변화입니다. 5년 전 분석에서는 이러한 분야의 개발이 훨씬 적었을 것입니다. 그 이후로 기술은 특히 생물학적 제제, 유전자 치료, 세포치료법 분야에서 빠르게 발전했으며, 현재는 5~10년 전보다 훨씬 더 두드러지게 나타나고 있습니다. 저분자 화합물은 고유한 장점 때문에 여전히 전체 연구 노력의 큰 비중을 차지하지만, 생물학적 제제는 합리적 설계에 대한 적합성, 잠재적으로 더 빠른 개발 일정, 그리고 종종 더 높은 표적 특이성을 포함한 고유한 가치를 제공합니다. 또한 이 기간 동안 약물 개발이 가능한 영역이 더 넓어졌습니다. 한때 약물 개발이 불가능하다고 여겨졌던 표적들이 PROTACs와 같은 접근 방식을 통해 도달 가능해졌으며, 이는 저분자 화합물에 직접 의존하여 억제하는 대신 단백질의 크기에 관계없이 분해할 수 있게 되었습니다. 단일 유전자 돌연변이로 인한 유전 질환 역시 최근의 CRISPR 기반 치료제 와 같은 발전으로 탄력을 받았으며, 그중 하나는 2025년에 승인되었습니다.
질문: CAS TrendScape 맵 분류는 CAS 어휘집과 어떻게 대응하며, 제약 분야에서 어휘집은 얼마나 자주 업데이트됩니까?
답변: CAS 어휘집은 과학 문헌 및 특허를 색인하는 데 사용되는 통제 용어(CAS Concepts)의 표준화된 어휘 및 온톨로지입니다. 이번 분석은 해당 어휘집을 활용하는 동시에 자연어 처리(NLP)를 적용하여 연구자와 저자가 현재 용어로 자신의 연구를 어떻게 설명하는지 파악했습니다. 두 가지를 비교했을 때, 추출된 주제의 약 80%가 기존 어휘집 개념과 일치했으며, 분석을 통해 새로운 용어들도 드러났습니다. 어휘집은 이러한 종류의 체계적인 분석과 새로운 기사 및 특허를 읽으면서 새로운 용어를 표시하는 개별 분석가의 제안을 통해 지속적으로 업데이트됩니다. 이 프로젝트의 유용한 부산물은 현장의 최신 용어를 다시 어휘집으로 피드백한다는 점입니다.
질문: 생물학적 제제, RNA, 세포치료법에 대한 막대한 투자에도 불구하고 저분자 화합물이 여전히 특허 부피를 압도하고 있습니다. 이것이 신약 개발의 전환 속도에 대해 무엇을 시사합니까?
답변데이터에 따르면 저분자 화합물은 대체되지 않을 것입니다. 저분자 화합물은 확장성, 화학적 특성, 비용 측면에서 고유한 이점을 가지고 있어 사라지지 않을 것입니다. 바이오 의약품이 저분자 화합물을 대체하는 것은 아닙니다. 이러한 변화는 대체가 아닌 다각화의 과정입니다.
질문: 최초의 PROTAC 승인이 갖는 임상적 및 전략적 의미는 무엇입니까?
답변: 이번 승인은 PROTAC이 인체에서 작용하며 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 자체도 중요합니다. 분해를 위해서는 두 단백질을 결합해야 하므로 단일 저분자 화합물만으로는 이 작업을 수행하기 어렵지만, PROTAC은 표적 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, 인공지능은 특히 단백질 포켓 내 결합 친화도 예측을 개선함으로써 분자 접착제 설계와 같은 더 어려운 문제를 해결하는 데 이 작업을 더욱 발전시킬 수 있습니다.
질문: 물질 조성 특허와 별도의 제형 특허가 동일한 특허 패밀리로 간주됩니까?
답변: 특허 출원 방식에 따라 다릅니다. 제형 특허가 원래의 물질 조성 특허의 연속 출원 또는 분할 출원으로 제출된 경우, 동일한 모출원에 우선권을 주장하게 되며 분석 시 이를 하나의 패밀리로 그룹화합니다. 제형 특허가 자체적인 새로운 우선권 날짜를 가진 독립적인 출원으로 제출된 경우, 별도의 패밀리로 간주됩니다.
질문: 분석에서 기업 특허와 대학 특허를 구분하는 것은 무엇을 의미합니까?
답변: 이 구분은 특허 소유권, 구체적으로는 특허 양수인을 의미합니다. 기업이 양수인으로 제출한 특허는 기업 특허로 간주됩니다. 소유권은 변경될 수 있습니다. 기업이 대학으로부터 특허를 매입하면 해당 특허는 현재 소유자를 반영하는 분석에 따라 기업 특허로 계산됩니다.
질문: 동시 발생 분석은 전통적인 특허 수치 집계가 밝혀낼 수 없는 어떤 정보를 제공합니까?
답변: 특정 모달리티의 특허가 얼마나 증가하는지 집계하는 것만으로는 관련된 표적에 대한 맥락을 제공하지 못합니다. 동시 발생 분석은 이러한 맥락을 더해줍니다. 특정 질병에 대해 잘 검증되어 저분자 화합물 연구가 활발히 진행되고 있지만 바이오 의약품 관련 활동은 없는 표적이 있을 수 있으며, 이는 잠재적인 기회를 시사합니다. 분석은 데이터에 기반하므로 반복을 통해 의미가 도출됩니다. 단일 동시 발생은 큰 의미가 없지만 수백 번 반복되는 쌍은 조사할 가치가 있는 패턴을 나타냅니다. 목표는 연구 및 특허 기회가 존재하는 신흥 조합과 공백 영역을 식별하는 것입니다.
질문: 특히 유전 질환에 대한 차세대 생물학적 개입과 관련하여 데이터 분석이 갖는 의미는 무엇입니까?
답변: 많은 유전 질환은 희귀하며, 인공지능은 문헌 마이닝과 흩어진 증거를 연결하는 데 상당한 역량을 더해줍니다. 발표된 과학 데이터, 임상 데이터, 전자 환자 기록을 포함하여 전 세계의 연구 결과를 연결함으로써 개별적으로는 희귀한 질환에 대해 보다 포괄적인 그림을 그릴 수 있게 되며, 이는 이전보다 질환을 더 다루기 쉽게 만들고 산업적으로도 더 실행 가능하게 만들 수 있습니다.
