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최근의 바이오기술(BT), 정보기술(IT) 및 나노기술(NT)의 발전으로 질병을 단백질의 분자적인 수준에서 이해와 마이크로 칩을 이용한 자동화 분석이 가능하게 됨에 따라, 이들 BT-IT-NT 융합기술의 결정체인 단백질 칩은 현재의 의학을 미래형인 '맞춤약물요법' 시대로 이끄는 선두기술로 주목받고 있다.
단백질 칩(Protein chip)은 바이오 칩의 한 종류로서 작은 기판위에 수십 내지 수만 개의 질병과 관련된 표적단백질의 항체를 심고 혈액이나 눈물을 투여한 후 항체와 반응하는 표적단백질(항원)이 있는지를 파악해 질병을 진단하는 장치이다.
단백질 칩은 아직까지 연구 및 개발이 진행 중인 미래형 기술이지만, DNA 칩보다 질병 예측성이 높아 성공적인 제품개발시에는 높은 시장성장이 예상되어 산업ㆍ경제적 가치가 매우 높은 기술산업으로 인식되고 있다.
'맞춤약물요법'이란 개개인의 유전적요인 및 혈중단백질 프로파일 정보를 고려하여 질병의 조기진단, 약물반응성, 약물대사, 용량, 투약시간을 예측하게 하여 부작용 없이 최대의 치료효과를 얻는 개인별 맞춤형 치료법을 일컫는다.
단백질 칩 관련 시장은 2002년에 전 세계적으로 930억원에서 매년 31%의 높은 성장으로 2007년에는 3,600억원 시장으로 예상되며, 우리나라의 경우 2001년 20억원 정도로 시장규모가 미미하지만 이후 급격하게 증가하여 2007년에는 2,000억원으로 예상된다.
주요 업체로는 Ciphergen이 1999년에 시장진출 이후에 Ciphergen사, Lumicyte사, Biacore사가 전세계 단백질 칩 시장의 90%를 차지하고 있다.
단백질 칩은 물리화학적으로 불안정한 단백질간의 결합반응을 유도하여 분석하는 것이 필수이므로 단백질의 고정화기술과 단백질반응의 분석기술이 핵심이나 단백질의 특성상 아직도 기술적으로 해결해야 할 문제들이 많다.
이러한 기술적 문제를 반영하듯, 단백질 칩 관련 연구는 주로 표적단백질 발굴기술, 아미노산으로 구성된 3차원 구조의 표적단백질을 입체적 구조변형 없이 칩의 고체상 지지체(금속 또는 유리판 등)에 고정화하는 기술, 단백질-단백질 반응 분석기술, 시스템 장치기술이며 이와 관련된 출원이 다수를 차지하고 있다.
단백질 칩 관련 국내 특허출원 현황을 살펴보면 1999년 최초출원부터 2003년까지 총 75건이 출원되었는데, 매년 100%의 높은 출원 증가율을 보였다.
기술내용별로는 표적단백질 개발 기술이 31%(23건)로 가장 많았고, 단백질의 칩 표면 고정화기술 28%(21건), 분석기술 22%(17건), 시스템 장치기술 19%(14건)의 순이다.
출원인 국적별로는 내국인 출원이 압도적으로 많은 83%(62건), 외국인 출원이 17%(13건)이며,(도6) 기술별로도 내국인은 표적단백질 개발기술과 단백질 고정화기술이 각각 21건과 19건으로 출원이 가장 많았고, 외국인은 분석기술이 가장 많은 9건을 출원하였다.
출원인별로 특허출원 동향을 살펴보면, 내국인은 삼성과 LG가 각각 6건, 포항공대와 서강대학이 각각 5건, 한국과학기술원 4건, 제노마인 3건의 순이고, 외국인은 싸이퍼젠바이오시스템 2건, 예일유니버시티 2건, 노바티스 1건 순이다.
단백질 칩의 용도를 결정하는 표적단백질은 암을 포함한 질병 관련 단백질이 가장 많은 53%(12건), 식물성장 관련 단백질이 6건(26%), 환경오염 관련 단백질이 17%(4건)의 순이다.
'맞춤약물요법'의 선두기술인 단백질 칩의 실용화를 위해서는 질병 및 개인별 특이 단백질 발굴, 단백질의 칩 표면에 고정화기술, 표준화된 분석기술의 완성이 무엇보다 중요하므로, 향후에도 이 기술분야에 대한 연구가 활발히 진행되어 더욱 급격한 특허출원 증가가 예상된다.
세계 최고 수준의 반도체 칩 양산기술과 정보통신 인프라 보유, 국가적 차원의 바이오와 나노기술의 적극적지원 등의 국내 현실을 고려해 볼 때, 우리나라는 BT-IT-NT 융합기술 산업분야에 대하여 국제적 우위를 점유할 잠재적 가능성이 매우 높다고 판단된다.
단백질 칩은 BT-IT-NT 첨단의 융합기술임에도 불구하고, 내국인이 전체 특허출원의 82%로 압도적인 출원은 반도체 관련 생산기술을 보유한 삼성과 LG가 단백질의 칩표면 고정화기술 개발을 주도하고, 국내대학과 벤처기업은 표적단백질 기술개발을 집중하고 있기 때문이다.
따라서, 우리나라의 기업, 연구소, 대학은 각자 보유한 단백질 칩 관련 핵심기술의 공동연구나 기술제휴를 통하여 국제적으로 경쟁력 있는 새로운 기술개발 및 특허화 전략으로 단백질 칩 시장을 선점하여야 할 것이다.
'바이오 칩'이란 다양한 종류의 생체물질을 단위면적의 고체상 지지체의 표면에 고집적으로 미세배열 한 것으로서 표면에 붙이는 생체물질에 따라 DNA 칩, 단백질 칩, 셀 칩, 뉴론 칩 등의 다양한 종류의 칩으로 나눌 수 있으며, 또한 미세유체학 기술과 합쳐져서 랩온어칩으로 발전하고 있다. (랩온어칩; 생물 및 화학시료를 가지고 시료의 분리, 정제, 혼합, 반응, 세척, 검출 등 다양한 작업을 하나의 칩에서 할 수 있게 만든 것)
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