미소중력, 의료제약에 新프런티어 가능성?

미국 우주 연구 기업 바르다 스페이스 인더스트리(Varda Space Industries)는 지구상에서는 제조 불가능한 새로운 의약품을 우주에서 제조하는 시도를 진행하고 있다. 바르다 스페이스 인더스트리는 민간 기업으로서 처음으로 우주에서 의약품을 합성하고 무손상으로 지구에 가져오는 데 성공했으며 미소중력 하에서 발생하는 결정화 프로세스가 지구 중력 환경으로 돌아온 후에도 유지된다는 것을 입증했다고 주장한다.

지난 5월 13일 3번째 팽이 모양을 한 캡슐 W-3가 저궤도상에서 2개월간 실험실 역할을 마치고 우주에서 지구 대기권에 진입해 호주 사막에 착륙했다.

바르다 스페이스 인더스트리 최고과학책임자인 에이드리언 라드세아는 미소중력 하에서 형성되는 결정 구조가 설령 같은 유효 의약품 성분이라 할지라도 지상에서 형성되는 것과는 다를 가능성이 있다고 밝혔다. 이런 구조 차이는 약제를 개량하거나 새로운 투여 경로를 실현하는 등 다양한 영향을 가져올 가능성이 있다고 한다.

지상에서는 중력이 소분자 결정화에 영향을 주어 분자가 불균일하게 응집하거나 성장하는 원인이 된다. 또 중력 하에서 발생하는 대류가 결정이 형성되는 과정에서 액체를 휘저어 추가적인 불안정성을 야기할 수 있다. 이에 반해 포물선 비행이나 국제우주정거장에서의 지난 수십 년에 걸친 실험을 통해 미소중력 환경은 결정화 프로세스를 안정화시키고 불균일한 성장으로 이어지는 영향을 제거한다는 게 밝혀졌다.

그에 따르면 미소중력은 대류나 침전과 같은 현상을 억제하기 때문에 결과적으로 얻어지는 결정은 크기나 구조가 더 균일해진다고 한다. 중력은 화학 반응 그 자체에는 거의 영향을 미치지 않지만 결정화의 유체역학이나 제조 스케일에서의 동태에는 큰 역할을 한다. 따라서 미소중력 환경을 이용하는 건 의약품 제조 방법에 근본적인 변화를 가져올 가능성을 내포하고 있다는 것이다.

결정화 초기 단계와 성장을 정밀하게 제어할 수 있게 되는 건 결정 입자 크기 분포, 같은 성분이라도 결정 구조가 다른 상태 제어, 입자 형상, 순도에 영향을 주어 저분자 의약품부터 생물학적 제제 원약 개발까지 폭넓게 응용할 수 있다고 설명한다.

우주에서의 분자 제조라는 아이디어 자체는 새로운 게 아니지만 재사용 가능한 상업용 로켓이 개발되기 전까지는 대규모 실현이 불가능하다고 여겨졌다. 바르다 스페이스 인더스트리가 2023년 6월 발사한 첫 캡슐인 W-1은 궤도상에서 수개월을 보낸 뒤 2024년 2월 지구 재진입에 성공했다. 이 캡슐에는 HIV 치료제인 리토나비르 성분이 탑재되어 있었는데 캡슐이 지구로 돌아왔을 때 그 안에는 예기치 않게 리토나비르의 III형이라 불리는 다형체가 포함되어 있었다. 이는 지상에서는 2022년에 이르러서야 겨우 특정된 새로운 결정 형태였다고 한다.

라세도아는 최근 발표된 중력이 강한 상태에 관한 연구에서는 예상 밖의 결과가 몇 가지 있었다며 가장 큰 발견은 액체를 교반하고 있는 상황 하에서조차 중력의 영향이 입자 크기에 영향을 준다는 것이었다고 말했다. 또 침강하려는 힘과 농도 구배 경합이 중력 증가에 따라 복잡해지는 경향이 있을 가능성도 시사됐다.

바르다 스페이스 인더스트리 측은 앞으로도 지상에서는 결정화에 문제가 있는 것으로 알려진 분자에 초점을 맞춰 지구에서는 합성 불가능한 의약품으로 가는 새로운 경로를 찾는 연구를 계속할 계획을 추진하고 있다. 현재 4번째 캡슐 W-4가 궤도상을 선회하고 있으며 W-5와 W-6는 2026년 초 발사가 예정되어 있다.

지난 9월 바르다 스페이스 인더스트리는 호주 발사 서비스 기업인 서든론치(Southern Launch)와의 제휴를 발표했다. 이 제휴를 통해 2028년까지 남호주 사막에 있는 쿠니바 시험장에 캡슐 20기를 착륙시킬 계획이다. 라세도아는 향후 10년 이내에 우주에서 제조한 약제를 인간에게 투여하는 것을 계획하고 있다고 밝혔다. 바르다 스페이스 인더스트리는 향후 수년간 발사와 귀환 횟수를 늘려 최종적으로는 매월 또는 그 이상 빈도로 캡슐을 지구로 돌려보내는 것을 목표로 하고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.