워크플로 최적화를 위한 맞춤형 솔루션

CAS는 세계 각국의 특허청 및 연구 기반 조직과의 협력을 통해 기업의 전략적 목표에 부합하는 혁신적인 맞춤형 워크플로를 개발하고 있습니다.
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CAS Insights 출시, 과학 혁신 동향과 기회 추적을 위한 새로운 목표 소개

CAS Insights는 CAS 컨텐츠 컬렉션과 과학 전문 지식을 바탕으로 비즈니스 및 연구 분야의 리더에게 과학과 기술 전반의 최신 동향에 대한 관점을 제공합니다.
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예측적인 화학적 역배합(deformulation)으로 제형 문제를 반대 시각에서 볼 수 있습니다.

Andrea Jacobs , Senior Manager, CAS Product Management

photo of bottles depicting cosmetic formulations

역배합(deformulation)은 알려진 생성물의 정확한 구성을 결정하는 프로세스입니다. 성분의 알려진 상대적 비율부터 각 성분의 정확한 양을 결정합니다. 역배합(deformulation)은 화학적 역설계라고도 합니다.

조직은 화학 제품 역배합으로 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다.

  • 기존 제형에서 새로운 레시피를 추정합니다.
  • 경쟁 지능을 향상시킵니다.
  • 경쟁 제품을 벤치마킹합니다.
  • 위조물을 식별합니다.
  • 자사 브랜드 제품을 개발합니다.

연구원들이 화학 물질과 재료를 발견하고 최적화하는 데 머신 러닝을 활용하는 추세로 변화되었으며 역배합(deformulation)은 일반적으로 분석화학 방법을 활용한 실험 형태로 수행되고 있습니다. 화학적 배합에 대한 구조적 데이터가 상대적으로 적다는 사실은 많은 AI 기반 역배합(deformulation) 노력을 방해합니다. 널리 사용되는 제형 데이터 중 상당 수가 불완전하며 성분 기록과 양적인 측면에서 일관되지 않습니다.

데이터 중심의 제형 레시피를 빠르게 제안하기 위한 예측 모델 교육

Industrial Engineering Chemistry Research가 발표한 심층, 발생 신경망을 이용한 예측 화학적 배합(Toward Predictive Chemical Deformulation Enabled by Deep Generative Neural Networks)에서는 무감독 생성 모델인 VAE(Variational AutoEncoder)가 데이터 중심의 제형 레시피를 빠르게 제안하도록 훈련시킬 수 있음을 설명합니다.

CAS 과학자가 엄선한 제형 데이터를 습득한 VAE 신경망은 발한 억제제, 구강 관리제 등의 다양한 제품에 기존 방식보다 일반적으로 성능이 더 우수한 의미 있는 제형 표현을 학습합니다. 이 글에서는 이러한 접근 방식이 "근접 이웃 방법보다 훨씬 정확한 추정값을 생성하고 이전에 알려진 제형과 크게 다른 제형으로 보다 정확하게 추론될 수 있으며 산업적으로 관련이 있는 기능에 대해 많은 데이터를 활용할 수 있는 방법을 제공"한다고 주장합니다.  

CAS Content Collection™의 엄선된 제형은 제형과 그 구성 요소의 화학적 특성(chemical identity)에 대한 일관되고 고도로 구조화된 표현을 제공합니다. CAS는 전문 기술과 과학적 전문성을 모두 활용하는 특별한 엄선 프로세스에 따라 각 제형의 화학적 구성 요소와 그 그룹 및 양을 지속적으로 식별할 수 있습니다. 저자는 “CAS 데이터세트가 없었다면 역배합(deformulation) 용도로 사용하는 이러한 생성 방법의 실질적인 유효성 검증이 불가능했을 것"이라고 말합니다.

"심층, 발생 신경망을 이용한 예측 화학적 배합(Toward Predictive Chemical Deformulation Enabled by Deep Generative Neural Networks)" 전문에서 관련 내용을 확인하실 수 있습니다. 

보다 정확한 역배합(deformulation) 예측에 관심이 있으신가요? CAS Custom Services는 사용자의 고유한 요구를 충족시킬 수 있는 CAS만의 전문 기술, 과학적 전문성, 또한 탁월한 콘텐츠를 제공합니다.  

식물 생육에 있어 숨겨진 온실 가스 방출

Lisa Babcock-Jackson, Information Scientist at CAS, Willem Schipper , Owner, Willem Schipper Consulting

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소는 식품의 온실 가스 방출 문제에 있어 많은 비난을 받지만 식물성 식품 또한 사람들이 잘 모르는 온실 가스 발자국을 야기합니다. 물론 가축이 큰 요인인 것은 사실이지만 비료 생산과 같은 “숨겨진 측면” 또한 먹거리 체계에 준하는 137억 톤의 CO2를 유발합니다.

비료, 식물 보조제(질소, 인, 칼륨 등), 토양 관리 방식은 숨겨진 요인입니다. 질소, 인, 칼륨은 농업에 중요한 물질이지만 공급, 생산 및 공급망으로 인해 온실 가스가 방출됩니다.


인 재활용과 지속 가능한 비료 생산에 대한 최신 과학계 및 시장 동향에 대한 전문가의 의견을 확인해 보십시오. 11월 9일 오전 9시(EDT)에 시작되는 유익한 라이브 웨비나에 초대합니다. 등록하기


GHG의 주요 방출원인 암모니아

세계 인구의 지속적인 증가와 함께 2019 FAO 보고서에서는 비료 생산을 위한 질소 수요가 계속 증가할 것이라고 예측했습니다. 비료 생산을 위한 전통적인 암모니아 생산 방식(예: 하버 보슈법)은 암모니아 비료의 가용성을 촉진할 뿐만 아니라 상당한 이산화탄소 방출을 유발합니다. 그러나 이러한 질소 수요를 충족하기 위한 많은 방법은 현재 전통적인 암모니아 생산 방식에 집중되어 있으며 이에 따라 온실 가스도 계속 증가합니다.

보다 친환경적인 생산이 가능한 암모니아

보다 친환경적인 암모니아 생산을 위한 많은 연구가 진행되고 있습니다. 기본 원리는 수소 공급 원료를 지속 가능한 에너지를 사용한 전기 화학적인 방법으로 만드는 것입니다. 그러나 질소를 광화학 또는 전기 화학 방식으로 환원시키는 최신 화학 개념을 사용할 수도 있습니다. 그림 1은 질소를 직접 전기 화학 방식으로 환원시키는 원리를 보여줍니다. Hochman 등의 분석에 따르면 물 전기 분해 요법과 하버 보슈법을 사용하는 대안보다 직접 전기 촉매 방식이 비용 면에서 훨씬 더 저렴한 것으로 밝혀졌습니다.

지속 가능한 방식의 질소 고정
그림 1: 재생 에너지와 물, 질소를 사용한 암모니아의 직접 촉매 합성(출처: Gal Hochman, Al. S, 등, 암모니아 생성을 위한 직접 전기 화학 질소 환원 방식의 잠재적인 경제적 타당성, ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2020 8 (24), 8938-8948. 

친환경 암모니아 생성 독려

유럽연합 집행위원회는 경제적인 관점에서 수입 상품에 대해 이산화탄소 방출 관세 부과를 계획하고 있습니다. 이 관세 계획은 수입업자가 엄격한 기후 변화 정책을 준수해야 하는 EU 제조업체보다 유리한 위치에 서는 것을 방지하기 위한 EU의 해결책입니다. 관련 법규는 2023년 1월부터 2026년 말까지 3년에 걸쳐 단계적으로 적용됩니다.

천연 가스 가격의 불안정과 최근의 지정학적 환경은 유럽이 천연 가스 기반 암모니아 생산에 대한 혁신적인 대안을 모색하도록 하는 강한 동인입니다. 이러한 배경은 암모니아 생산을 위한 보다 경제적인 대규모 전기 분해 요법과 함께 친환경 암모니아 생산 방식의 경쟁력을 높여줄 것입니다.

천연 자원으로서의 인에 대한 의존

최근 몇 년 동안 “인(phosphorus) 위기”에 대한 연구가 이어졌으며 농업 생산 측면의 경제성, 오염, 비료 남용, 인 천연 자원에 대한 지정학적 통제가 모두 대표적인 문제점으로 밝혀졌습니다. 가능한 인암 채굴량과 그 "타당성"에 대한 문제는 여전히 존재합니다.  

이는 식량 및 물 안보 문제로 이어지며 인구 증가와 함께 가속화될 것입니다. 인산으로 인한 물 오염 관리를 위한 비용은 결과적인 녹조 현상에 따른 독효과만큼이나 높습니다.

인 재활용 - 순환 경제 기회

폐수는 인산염의 주요 공급원이며 추출을 통해 회수해야 합니다. 폐수, 바이오 고형물, 하수 오물에 포함된 인을 재활용하기 위한 첫 단계는 약품 침전법, 미생물을 활용한 최신 생물학적 인 제거법에서 시작됩니다.

2001년 이래로 비료 양분 회수와 관련된 폐수 처리 방법에 대한 과학 문헌 발표가 전반적으로 증가했습니다(그림 1). 가장 인기 있는 연구 주제는 생물학적 처리 공정이었으며 물리적 방법과 화학적 방법이 그 뒤를 이었습니다. 양분 회수는 인 재활용을 위한 복잡한 전체 프로세스의 한 측면입니다.

폐수 처리 방식 분류
그림 2: 비료 양분 회수와 관련된 폐수 처리 방법에 대한 과학 문헌 

조분석 침전은 폐수에서 인을 제거하는 방법으로 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이 방법은 폐수 처리 설비의 성능을 향상시키지만 인 회수 가능성은 낮습니다.

그러나 폐수에서 인을 추출하는 것은 첫 단계일 뿐이며 특히 기존 비료를 대상으로 하는 경우 유용한 형태로 복구하는 것이 그 다음 과제입니다. 전통적인 비료 생산 방식은 회수된 물질을 제품에 다시 활용하는 데 제약이 뒤따랐습니다.

하수 오니, 하수 찌꺼기로 비료를 만드는 다양한 방법이 이미 개발되고 있습니다. 관련 공정은 일반적으로 인 함유 폐수에서 시작되며 중대한 화학 변화 과정을 거쳐 가치 체인에 포함될 수 있는 물질을 얻을 수 있습니다. 예를 들어 인 재활용 기술은 집중적인 건조 및 농축 단계를 포함하여 관리가 필요한 큰 에너지 요구 사항을 수반할 수 있습니다.

자세히 보기

전문가들은 보다 지속 가능한 비료 생산을 위한 전반적인 과학 및 시장 동향에 대해 어떤 의견을 갖고 있을까요? 친환경적인 암모니아 생성 및 인 재활용에 대한 Willem Schipper Consulting의 Willem Schipper 박사와 CAS의 Lisa Babcock-Jackson 박사가 제공하는 특별한 통찰력을 확인해 보십시오.

11월 9일 오전 9시(EDT)에 시작되는 지속 가능한 비료에 대한 시장 및 과학계 동향 등록하기. 

지속 가능한 비료 생산을 위한 새로운 시장 및 과학 동향

Lisa Babcock-Jackson, Information Scientist at CAS, Willem Schipper , Owner, Willem Schipper Consulting

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비료, 인산염 또는 다른 중요한 농업 관련 제품을 생산하고 있다면 지속 가능성이 큰 과제임을 잘 알고 있을 것입니다. 인산염 재활용, 지속 가능한 암모니아 생산, 대체 비료 생산에 대한 최신 정보를 확인해 보십시오. 최근 시장, 과학 연구, 미래의 기회를 알아볼 수 있는 관련 출판 동향에 대한 통찰력도 얻을 수 있습니다.
 
Willem Schipper Consulting의 Willem Schipper와 CAS의 Lisa Babcock-Jackson이 폐기물 관리 및 농업 분야의 노력을 재정립하게 될 미래의 기회를 소개합니다.

R&D의 다크 데이터: 지식 관리를 통해 숨겨진 가치를 발견하는 방법

Jennifer Sexton , Director/CAS Custom Services

cas data space knowledge management

R&D의 다크 데이터: 지식 관리를 통해 숨겨진 가치를 발견하는 방법

Gartner는 다크 데이터를 “조직이 일상적인 비즈니스 활동 과정에서 수집, 처리 및 저장하지만 일반적으로 다른 목적으로는 사용하지 못하는 정보 자산”으로 정의하고 있습니다. 어떤 데이터가 있는지 또는 어떻게 접근할 수 있는지 알지 못하므로 데이터에서 얻을 수 있는 통찰력이 말그대로 어둠 속에 묻혀 있게 됩니다.

연구 개발(R&D)팀은 장기간에 걸친 엄청난 양의 복잡한 데이터를 축적합니다. 이러한 데이터를 올바르게 활용하면 정확한 의사 결정과 함께 혁신을 촉진할 수 있는 유용하고 방대한 정보원이 될 수 있습니다. 그러나 검색이 제한적인 연결되지 않은 여러 데이터베이스 시스템에서 데이터를 분류하게 되면 실제로 관련이 있는 부분에 접근하기가 매우 어렵고 시간도 많이 소요됩니다.

CAS 지식 관리 그래픽
그림 1: 구조화되지 않고 접근이 불가능한 데이터로는 미래 신약 개발을 촉진할 수 없습니다. 

실제로 기업의 내부 데이터를 연구원들이 검색하지 못할 수 있으며 그에 따라 불필요하게 실험이 반복되어 시간과 비용 문제가 발생할 수 있습니다. 데이터 접근이 용이하지 않은 것은 물론 현재 데이터 관리 시스템이 내부 데이터를 외부 소스와 연결하는 데 어려움을 겪을 수 있으며, 그로 인해 보다 포괄적이고 완벽한 지식 관리 기회를 잃는 결과가 초래될 수 있습니다.

조직이 저장하는 데이터의 55%가 다크 데이터인 것으로 추정됩니다. 그러나 전세계 비즈니스 및 IT 관련 임원과 관리자 중 90%가 미래 성공을 위해서는 모든 조직이 이처럼 구조화되지 않은 데이터의 가치를 이끌어내야 한다는 데 동의하고 있습니다.

간단히 말해, 정보를 계속 수집 및 저장하기만 하고 사용하지 않으면 계속 다크 데이터로 남아 있게 됩니다. 그렇다면 조직이 이 중요한 R&D 데이터를 활용하려면 어떻게 해야 할까요? 다음은 데이터의 숨겨진 가치를 활용할 수 있는 몇 가지 방법입니다.

1. 가장 중요하지만 숨겨져 있는 R&D 데이터의 위치 판별

사일로화된 R&D 데이터의 장벽을 완화하는 데 있어 중요한 첫 번째 단계는 신약 개발을 촉진하는 데 가장 중요한 데이터 컬렉션을 판별하는 것입니다. 조직 내 관계자가 실험 결과와 관련 자료에 직관적으로 접근할 수 있도록 해야 합니다.

조직이 수집을 위해 시간과 자원을 투자했지만 이후 재사용하지 않고 다크 데이터로 남겨둔 정보가 있나요? 과거 실험 데이터와 연구 결과를 어둠에서 꺼냄으로써 현명한 투자 가치를 되찾고 반복 실험을 방지할 수 있습니다.

2. 지식 관리 전략을 통한 R&D 데이터 활용

R&D 지식 관리는 정보 수집뿐 아니라 의사 결정에 도움이 될 수 있는 계획적인 데이터 관리를 포함해야 합니다. 조직은 데이터를 검색이 가능하고 연결되어 있으며 접근이 용이한 방식으로 분류함으로써 유용한 지식으로 전환시킬 수 있습니다. 데이터를 항상 사용하는 것은 아니지만 관련 정보가 필요할 때 검색이 가능해야 합니다.

조직은 데이터가 가진 통찰력을 활용하려면 R&D 데이터 분류를 위한 데이터 관리 프레임워크를 구축할 수 있는 올바른 IT 솔루션과 전문성을 확보해야 합니다. 한 가지 공통된 과제는 정보원 간에 과학 용어를 일치시키는 것입니다. 과학적 문맥의 일관성을 확보하지 못하면 데이터베이스 검색 과정에서 중요한 정보를 놓칠 수 있습니다.

CAS는 전문 용어, 존재론, 분류학과 특허 물질 비교 기술 및 과학자의 전문 역량을 함께 활용하여 과학 언어를 표준화하고 있습니다. 이로써 연구원들이 필요한 중요 정보를 쉽게 찾을 수 있습니다.

3. 정확한 분류와 함께 접근이 가능한 R&D 데이터의 이점 활용

체계적으로 정리되고 쉽게 접근할 수 있는 R&D 데이터는 효율성을 높여줍니다. 필요한 데이터를 빠르게 검색할 수 있을 뿐만 아니라 불필요한 실험을 반복하지 않아도 되므로 시간과 비용을 모두 절약할 수 있습니다. 또 다른 주요 이점은 빠르고 향상된 전략적 의사 결정으로 조직이 경쟁력을 유지하는 데 도움을 줄 수 있다는 것입니다.

CAS는 단순히 데이터를 찾는 것을 넘어 정보를 내부적으로, 그리고 전세계 과학계와 연결합니다. 맞춤형 지식 관리 솔루션에 대한 이 사례 연구는 조직의 문서를 CAS Content CollectionTM 또는 특정 산업의 요구에 맞게 엄선된 데이터로 안전하게 연결하여 내부 데이터의 가치를 높일 수 있는 방법을 보여줍니다. 내부 연구의 개념을 전세계 다른 유사 간행물 및 특허에 연결하여 동향은 물론 협업자와 경쟁자까지 파악할 수 있습니다.

CAS 지식 관리 그래픽
그림 2. 조직 데이터를 공개된 전세계 과학 정보에 연결. 

맞춤형 지식 관리 설계 사례

CAS Custom ServicesSM는 기존 데이터를 구조화된 형식으로 저장 및 연결할 수 있는 솔루션을 구축하므로 모든 직원들이 중요한 R&D 데이터에 쉽고 효율적으로 액세스할 수 있습니다.


CAS 솔루션으로 정확히 어떤 이점을 얻을 수 있는지 알아보십시오.
CAS가 귀사의 특별한 지식 관리 요구를 어떻게 충족시킬 수 있는지 궁금하신가요? CAS Custom Services에 문의하십시오.
 


CAS는 공개된 전세계 과학 정보를 엄선하기 위해 사용한 것과 유사한 프로세스로 디지털 자산의 잠재력을 극대화하는 데 도움을 줄 수 있습니다. CAS의 지식 관리 솔루션은 일반적인 키워드 검색을 넘어 과학적 문맥을 이해하는 데 도움이 됩니다. 조직은 내부 문서를 엄선, 연결, 분석해 숨겨진 문서의 전체 텍스트를 검색하고 유사한 개념과 물질을 연결하며 특정 검색 요점에 맞게 조정된 개념별로 데이터를 검색할 수 있습니다.

조직의 데이터를 전세계 과학계에 연결해 정확한 의사 결정, 보다 빠른 혁신을 지원하며 데이터 가치를 높일 수 있습니다.

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그림 3. 통찰력 확보로 R&D 데이터의 잠재력을 발굴함으로써 데이터 중심 의사 결정을 지원합니다. 

CAS의 혁신적인 정보 솔루션이 대규모 건강-기술 조직의 신약 개발을 촉진한 사례를 알아보십시오. CAS 사례 연구, “내부 R&D 데이터의 가능성 확인: 검색 가능한 통찰력을 위한 엄선 및 연결”을 다운로드해서 자세히 알아보십시오.

전세계의 배기 가스 배출량을 효과적으로 줄일 수 있는 원자력

Tatyana Konovalova , Information Scientist/CAS

원자력 인포그래픽

 

많은 사람들이 원자력을 무섭거나 위험한 에너지로 생각하지만 위험을 줄이고 핵 폐기물을 효과적으로 재활용하며 오염을 줄일 수 있는 원자력에 대한 새로운 접근법이 있습니다. CAS의 최신 기사에서 원자력에 대한 평가를 재정립하는 새로운 추세와 재활용 접근법을 확인해 보십시오.

분자 접착제 및 표적 단백질 분해 관련 ACS 웨비나

Janet Sasso , Information Scientist, CAS

분자 접착제와 표적 단백질 분해제가 신약 개발 분야를 변화시키고 있습니다. 이 방법은 관심 있는 단백질을 유비퀴틴-프로테아좀 경로의 E3 유비퀴틴 리가아제에 '고착'시켜 단백질 전환에 도움을 주고 인체 내에서 과도하거나 손상된 단백질을 제거하는 것입니다. CAS의 최신 기사를 통해 종양, 염증 및 면역 질환 치료 분야에서 이 방법의 새로운 활용 현황과 함께 단백질 표적, 과학 메커니즘 측면 등을 자세히 알아보십시오.

분자 접착제 웨비나 이미지

패널 참여자 Janet Sasso의 전문 견해

이 웨비나는 Angela Zhou의 진행으로 2022년 10월 5일 개최되었으며 참석한 주요 외부 전문가는 다음과 같습니다.

Philip Chamberlain 박사와 Benjamin Ebert 박사

시작은 동향 분석, 연구 트렌드, 주요 표적 리가아제, 새로운 연구 조직과 치료 영역에 대한 연관성 이해를 위한 시간에 집중되었습니다. 자세한 내용은 상세 Insight 보고서를 참조하십시오. 

웨비나 주요 내용

Ebert 박사가 시클로스포린과 같은 천연 분자 접착제와 FK-506과 같이 단백질 파괴를 위해 E3 리가아제를 활용하지 않는 분자 접착제에 대한 이야기로 토론을 시작했습니다. 그는 또한 현장과 Dana-Farber에서 심층 연구가 진행 중인 탈리도마이드 유사체를 자세히 소개했습니다. 이 새로운 구조체의 메커니즘을 식별하고 이해하는 데 도움을 주기 위해 유전자 라이브러리와 유전자 검사의 실질적인 과제도 함께 논의했습니다.

Chamberlain 박사는 분자 접착제가 신체의 세포 기계에 새로운 기능을 제공하는 방식에 대한 설명으로 발표를 시작했습니다. 중점 내용은 프로토타입 접착제로서의 탈리도마이드 유사체, 전사 인자 IKZ F1에 대한 종 저항성과 관련한 이 기술 개발의 과제, 최기성의 주요 동인으로서의 SALL4 식별이었습니다. 마지막으로 그는 분자 접착제에 특화된 라이브러리 설계, 검사 및 검증과 관련된 문제에서 얻은 교훈을 토대로 몇 가지 실질적인 조언을 제공했습니다.

웨비나를 마치면서, 기본적인 분자 접착제 구성부터 보다 전문적인 모델링 질문까지 참석자들의 다양한 질문이 이어졌습니다. 간단히 말해, 패널 참가자들은 분자 접착제, 표적 단백질 분해제, 질병 치료와 관련하여 현재 충족되지 않은 높은 요구를 발전시킬 수 있는 미래 기회를 강조했습니다. 웨비나 녹화본과 관련 슬라이드는 여기서 확인하실 수 있습니다.

인포그래픽 - Bioorthogonal Chemistry 분야의 노벨상 관련 연혁

CAS Science Team

bioorthogonal chemistry  타임라인

이 분야에 처음 관심을 갖는 사람이든, 전문가든 모두가 생물 직교 화학에 대한 종합적인 리소스를 활용할 수 있습니다. CAS의 최신 Insight Report에 나타난 해당 분야의 동향에 대한 깊이 있는 견해, 상호 심사를 거친 세부적인 Bioconjugate Chemistry 학술지, Bioorthogonal chemistry에서 당류의 역할에 대한 짧은 기사, click chemistry과 bioorthogonal chemistry를 간략히 안내하는 기사를 읽어보십시오.

 

클릭 화학과 생물 직교 화학에 대한 핵심 통찰력

CAS Science Team

Photo of Nobel Prize medal

2022년 노벨 화학상은 클릭 화학과 생물 직교 화학 개발 업적을 이룬 Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal, K. Barry Sharpless가 수상했습니다. 이들은 대기 또는 생물학적 조건 하에서 분자를 빠르게 연결하는 데 사용할 수 있는 반응을 연구했습니다. 이 연구는 다양한 응용이 가능하며 중합체, 제약 분야부터 생물학적 기전 연구, 새로운 생물학적 치료법 개발에까지 활용되고 있습니다.


생물 직교 화학에 대한 CAS 리소스: Insight 보고서, 생체 접합 화학 관련 학술지, 생물 직교 화학에서 당류
의 역할에 대한 기사


클릭 화학이란?

클릭 화학은 단편을 보다 복잡한 구조로 조립하기 위한 빠르고 구체적인 반응의 집합입니다. 클릭 화학이라는 용어는 K. Barry Sharpless 교수가 처음 사용한 용어로, 그는 효소의 활성 부위에서 작은 분자를 결합하여 효소 억제제를 만들 수 있다고 생각했습니다. 그는 동료인 Morten Meldal 교수와 함께 1,2,3-트리아졸을 만들기 위해 아지드화물과 단말 알카인의 휘스겐 환 첨가 반응의 위치 선택적 구리-촉매 버전을 개발했습니다. 이 방법은 간편성과 신뢰성으로 인해 중합체, 항체, 약제를 준비하기 위한 용도로 사용되었습니다. 중합체 용도로 티올-엔, SuFEx 반응과 같은 다른 클릭 반응도 개발되었습니다.

CAS 데이터베이스의 약 30,000건의 문서는 “클릭 화학” 개념을 사용했습니다. CAS 데이터베이스에서 “클릭 화학"을 처음 참조한 것은 1999년이었습니다(“클릭 화학: 병합 프로세스와 신약 개발 화학을 위한 개념”(H. C. Kolb 공저), Book of Abstracts, 217th ACS National Meeting, Anaheim, Calif., March 21-25 (1999), ORGN-105 발행인: 미국화학학회, Washington, D.C.) 단체가 아지드화물-알킨 환 첨가 반응을 가장 먼저 참조한 것은 2002년이었습니다. Sharpless 그룹이 클릭 화학에 대해 가장 많이 이용한 문서, “클릭 화학: 몇몇 바람직한 반응의 다양한 화학 기능”은 11000회 이상 인용되었습니다

생물 직교 화학이란?

직교 화학(1990년대 후반 Carolyn Bertozzi가 처음 사용한 용어)은 생물학적 조건(상온 또는 유사 온도, 수용액, 생물학적 분자 존재, 낮은 농도)에서 빠르게 발생할 수 있는 반응을 설명합니다. 세포 내에는 많은 분자가 다양한 작용기를 가지며 단일 작용기와 함께 선별적으로 발생하는 반응은 생물학적 시스템의 동작을 이해하는 데 유용합니다.

Carolyn Bertozzi와 연구진은 생물학적 시스템의 당질 연구에 사용할 에스테르 치환 트리아릴포스핀이 포함된 아지드화물의 슈타우딩거 반응을 처음 개발했습니다. 상온의 생물학적 조건에서 아지드화물-알킨 첨가 환화가 빠르게 나타나는 데 필요한 구리 촉매제는 세포에 독성을 갖습니다. Bertozzi 연구진은 1960년대 초 Wittig와 Krebs가 수행한 연구를 기반으로 스트레인 순환 알킨(strained cyclic alkyne)을 개발했습니다. 순환 알킨은 상온에서 촉매제 없이 스트레인-촉진 아지드-알카인 첨가 환화(Strain-Promoted Azide-Alkyne Cycloaddition, SPAAC)를 수행한 후 생세포에서 사용할 수 있습니다. SPAAC는 생세포 내 생물학적 프로세스를 보고 이해하는 데 중요한 역할을 해 왔습니다. 다른 다양한 생물 직교 반응도 개발되었습니다.  

지금까지 CAS 데이터베이스의 약 3000건 문서에서 "생물 직교 화학"이라는 용어를 사용했으며 가장 처음 참조한 사례는 Bertozzi 교수 실험실의 박사 과정 학생 G. A. Lemieux의 박사 학위 논문이었습니다. Bertozzi 교수 연구실의 생물 직교 반응 개발 연구 사례는 “메커니즘에서 마우스로: 2가지 생물 직교 반응 이야기”에 나와 있습니다. 생물 직교 반응에 대한 개요 정보는 별도 보고서에 나와 있습니다. 이 문서는 생물 직교 화학을 논의하는 Bertozzi 그룹이 가장 많이 인용한 글로, 2400번 넘게 인용되었습니다.

노벨상 수상까지의 여정

생물 직교 화학은 지난 20년 동안 많은 성장을 이루었으며 최근 더 폭넓게 활용되고 있는 것으로 나타났습니다. 이 분야에서 주목할 만한 개발 및 응용 사례를 연도별로 정리해 보았습니다.  

생물 직교 화학의 연도별 발전 현황
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또한 CAS 컨텐츠 컬렉션을 분석하여 간행물에서의 생물 직교 용어 사용 증가 현황과 생물 직교 화학 분야에서의 사용 증가를 비교했습니다.

생물 직교 화학 관련 간행물 동향
그림 2: CAS 컨텐츠 컬렉션에서의 생물 직교 화학 관련 간행물 동향

이 표를 보면 2010년과 2020년 사이 생물 직교 화학을 가장 많이 사용한 단일 용도가 이미징이고 그 다음이 제약 분야라는 것을 알 수 있습니다. 라벨 표기를 위해 생물 직교 화학을 사용한 사례가 약제 관련 용도의 문서 횟수와 거의 비슷하다는 것으로 보고되었습니다. 그러나 라벨 표기는 특징이 정해지지 않은 다양한 용도를 나타낼 수 있습니다. 유사한 수의 문서가 기계 또는 질량 분석 연구용 히드로겔 또는 진단 시약에서 생물 직교 화학을 사용했습니다.

생물 직교 화학에 기대할 수 있는 기회

이미징, 진단, 약물 전달 분야는 이러한 접근에 따라 크게 바뀌고 있지만 다음 영역의 경우 더 많은 기회를 기대할 수 있습니다.

  • 생물학적 안정성이 향상된 반응 파트너 개발 연구 또는 촉매제 불필요에 따른 방법 간소화(독성 감소)
  • 다양한 라벨 표기로 보다 간편한 생물학적 기전 연구 및 진단 시약의 신뢰성 향상
  • 광작동(light-activated) 화학 개선으로 유기체 손상 최소화 및 살아 있는 유기체 내 깊은 곳까지 영상 촬영 가능 
     

이러한 방법을 통해 합성의 용이성 및 신뢰성과 함께 생물학적 기전에 대한 이해도가 높아지고 보다 효과적이고 선별적인 치료 개발이 가능해졌습니다. 이러한 업적은 화학, 생물학, 의학 전반의 기술 발전에 이바지했으며 불가능한 일을 가능하게 만들었습니다. 이 분야에 대한 CAS만의 고유한 견해가 궁금하시다면 생물 직교 화학의 미래 기회를 예측할 수 있는 이전 동향을 토대로 한 CAS Insight 보고서를 다운로드하거나 상호 심사를 거친 간행물을 참조하십시오.

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