의약화학

(Medicinal Chemistry)

영어 표현에서와 같이, '약을 만드는데 이용하는 화학'을 의미하지만, 일반적으로는 '신약개발에 활용되는 유기합성화학(이후 유기합성으로 표시)'을 주로 의미한다.  

유기합성과 의약화학의 가장 큰 차이점은 만드는 대상에 있다. 유기합성의 대상은 세상의 모든 유기화합물이 대상이 되지만, 의약화학은 그 대상이 약(Drug)으로 개발하거나 생물학적 효과를 나타낼 수 있는 물질로 한정된다. 또한 의약화학에서는 비용효율성을 고려하여 여러 유기합성 방법 중 일부만을 선택적으로 활용한다.  

의약화학자는 먼저 약효가 있을 것으로 예상되는 새로운 화학구조를 설계한 후, 화학물질 간의 합성 반응을 통해 새로운 물질을 세상에 창조한다. 합성된 물질은 여러가지 약효 또는 물리화학적 성질과 관련된 테스트를 거치게 되며, 개선된 화합물을 만들기 위해서는 화합물 구조 변화가 물질의 특성에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 가설을 설정하고 검증하는 작업을 통해 화학구조를 최적화 해나간다. 축적된 실험적 데이터를 바탕으로 화학구조와 약리활성 간의 상관관계를 파악하면 SAR (Structure-Activity Relationship), 화학구조와 물리화학적 특성 간의 상관관계를 확인하면 SPR (Structure-Property Relationship)이라고 한다. SAR과 SPR은 일종의 가설로 정해져 있지 않고 데이터가 축적될수록 가설의 신빙성이 높아지게 된다. 설정된 가설 하에서 다시 구상되어진 화학구조는 합성과 평가의 과정을 반복하며, 이러한 '설계-합성-평가-분석'의 일련의 과정들이 의약화학의 주요 내용을 이룬다.

  

일반적으로 제약회사에서는 이러한 의약화학 업무를 수행하는 부서를 '합성신약팀' 또는 '합성연구팀'으로 명명한다. 하지만 유기합성 분야만 있는 것은 아니다. 실제로 약 원료의 실제 형태가 되는 염, 수화물, 용매화물 및 결정학적 특성과 관련된 분야 (Preformulation)나 녹는점, 용해도, 분광학 등과 같이 물질의 특성을 분석하는 분석화학, 공장에서 대량생산을 위한 합성공정 연구도 넓은 범주의 의약화학에 포함될 수 있다. 

의약화학은 무에서 유를 창조하는 작업으로, 세상에 존재하지 않는 화합물의 화학구조를 떠올리고 그것을 실제로 만드는 발명의 과정이다. 따라서, 신규성과 진보성에 대한 판단을 바탕으로 특허로서 권리를 보장받을 수 있다. (특허와 관련부분은 다른 장에서 자세히 설명하기로 한다.) [구조-활성 최적화를 완성하기 위해서나  비교를 위해 기존과 동일한 물질을 합성하기도 한다] 의약화학에서 물질을 만드는 과정은 단계에 따라 '반응, 합성, 제조, 생산'으로 나눌 수 있다. 반응단계의 산출물은 반응조건이고, 합성단계는 물질코드와 데이터(주로 NMR, Mass), 제조단계는 제조량과 순도, 생산단계에서는 수율과 스펙 충족 여부가 결과로서 중요한 부분이다. 유기합성은 새로운 반응을 개발하는 합성방법론을 연구하는 것에 비해, 의약화학은 잘 적립된 합성반응을 주로 쓰고 특정한 반응이 물질의 합성에 주로 사용되고 있다. 

Common chemical reactions in drug discovery and development

* 출처: Nature Review Drug Discovery. VOLUME 17 | OCTOBER 2018 | 709. Expanding the medicinal chemistry synthetic toolbox.