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[IPHASE]혈장 단백 결합 분석: 평형투석 및 한외여과 기법과 약물-약물 상호작용(DDI)에서의 응용
드림셀
2025-06-12
조회수 204
안녕하세요 IPHASE 공식 대리점 드림셀입니다.
드림셀에서 IPhase의 Plasma Protein Binding Assay를 소개해드립니다.
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Keywords
Plasma Protein Binding(PPB), Binding rate of plasma protein(BRPP), Equilibrium Dialysis, Equilibrium Dialysis Device, Equilibrium Dialysis Membrane, Rapid Equilibrium Dialysis(RED), Ultrafiltration, Drug-drug interactions(DDI), ADME
PPB와 BRPP의 중요성
약물동태학(pharmacokinetics) 연구에서 혈장 단백 결합(Plasma Protein Binding, PPB)과 혈장 단백 결합 속도(Binding Rate of Plasma Protein, BRPP)는 약물의 약리학적 거동을 결정짓는 핵심 인자입니다. 이들은 약물의 흡수(absorption), 분포(distribution), 대사(metabolism), 배설(excretion) 등 ADME 특성에 직접적인 영향을 미칩니다.
PPB가 높은 약물은 대부분 혈장 단백질에 결합된 상태로 존재하여 실제로 작용할 수 있는 자유 약물(free fraction)의 농도가 낮아지며, 이는 약물의 치료 효과와 독성에 영향을 미칠 수 있습니다.
한편, 혈장 단백 결합 속도(BRPP)는 약물과 단백질 간 상호작용의 동역학적 특성을 보여주며, 시간에 따른 결합 및 해리 과정을 정량적으로 설명합니다.
이러한 파라미터들의 정밀한 측정을 위해 평형투석(Equilibrium Dialysis)과 한외여과(Ultrafiltration) 같은 분석 기법이 사용되며, 특히 약물-약물 상호작용(Drug-Drug Interaction, DDI) 평가와 신약 개발 과정에서 핵심 도구로 활용됩니다.
Equilibrium Dialysis (평형투석)
평형투석은 혈장 단백 결합률과 결합 속도를 측정하는 고전적인 생화학적 분석 기법입니다. 이 방법에 사용되는 평형투석 장치는 반투과성 막(semi-permeable membrane)으로 분리된 두 개의 챔버로 구성됩니다. 한쪽 챔버에는 단백질과 리간드가 혼합된 시료를, 다른 쪽에는 완충 용액을 넣습니다.
시간이 지나면 자유 상태의 리간드는 평형투석막을 통해 자유롭게 확산되어 양쪽 챔버의 농도가 같아질 때까지 이동합니다. 반면, 단백질에 결합된 리간드는 막을 통과하지 못해 단백질이 있는 챔버에 남게 됩니다.
평형 도달 후, 완충 용액의 리간드 농도를 측정하여 자유 리간드의 분율을 확인할 수 있으며, 전체 리간드 농도와 비교하여 결합 친화도, 결합 용량, 또는 생물학적 시료 내 자유 약물 농도를 계산할 수 있습니다.
평형투석은 높은 정확도가 장점이나, 시료가 평형에 도달하는 데 3시간에서 48시간이 소요되는 단점이 있습니다.
Rapid Equilibrium Dialysis (급속 평형투석, RED)
급속 평형투석은 기존 평형투석을 고처리량 방식으로 개선한 기술로, 복잡한 생체 시료 내 소분자의 자유 분율을 빠르고 효율적으로 측정합니다.
RED 시스템에서는 약물-단백질 복합체가 포함된 시료와 완충 용액이 반투과성 막으로 분리된 멀티웰 플레이트의 인접 챔버에 각각 분주됩니다. 최적화된 막 표면적, 플레이트 구조, 교반 조건으로 수 시간 내에 평형 상태에 도달할 수 있습니다.
자유 약물만이 막을 통과할 수 있어, 평형 도달 후 완충 용액의 약물 농도를 분석하면 자유 분율을 직접 측정할 수 있습니다.
RED 장치는 기존 평형투석보다 처리 속도가 빠르면서도 정확도를 유지하여, ADME 분석에서 병렬 처리(한 번의 실험으로 여러 샘플을 동시에 분석)에 매우 적합합니다.
Ultrafiltration (한외여과)
한외여과는 용액 내 자유 상태의 소분자를 단백질과 분리하는 막 기반의 신속한 분리 기술입니다.
시료는 반투과성 막 위에 놓이며, 막의 기공은 단백질이나 단백질-약물 복합체는 차단하고 자유 상태의 소분자와 용매만 통과시킵니다. 이 과정은 외부 압력이나 원심력으로 진행됩니다.
막 아래 수집되는 여과액에는 결합되지 않은 분석물질만 포함되어, 이를 측정함으로써 자유 약물이나 자유 리간드의 수준을 직접 정량할 수 있습니다.
이 방법은 별도의 긴 인큐베이션 없이도 단백질 결합을 빠르게 평가할 수 있어, 약물동태학 및 ADME 분석에서 고처리량 방식으로 널리 활용됩니다.
Implications in Drug–Drug Interactions (약물-약물 상호작용에서의 의미)
약물-약물 상호작용에서는 두 약물이 같은 혈장 단백질 결합 부위를 공유할 때 서로를 경쟁적으로 치환할 수 있습니다. 이로 인해 치환된 약물의 자유 분율이 일시적으로 증가하여 약물의 효능이나 독성이 증폭되거나, 분포 용적 및 체내 청소율이 변동될 수 있으며, 이는 새로운 평형 상태가 형성될 때까지 지속됩니다.
임상적으로 혈장 단백 결합률과 결합 속도가 높은 약물은 이러한 치환성 상호작용에 취약합니다. 따라서 이런 약물의 병용 투여 시에는 약물 농도를 면밀히 모니터링하고, 필요한 경우 용량 조절로 예기치 않은 약물 노출 변화를 방지해야 합니다.
Conclusion (결론)
혈장 단백 결합과 결합 속도는 약물동태학의 핵심 인자로서 약물의 흡수, 분포, 치료 효과에 결정적 영향을 미칩니다.
이러한 파라미터의 정량화를 위해 평형투석, 급속 평형투석, 한외여과가 널리 사용됩니다.
ED는 정확도 면에서 여전히 표준으로 인정받으며, RED는 속도와 정확성을 모두 갖춘 고처리량 대안으로 주목받고 있습니다. 한외여과는 정확도는 다소 제한적이나 매우 빠른 선별이 가능한 장점이 있습니다.
이러한 분석 기법들은 단백 결합률이 높은 약물 간의 경쟁적 치환으로 인한 자유 약물 농도 변화를 평가하는 데 필수적입니다. 이러한 농도 변화는 약물의 독성 증가나 치료 효과 변화와 같은 임상적 위험을 초래할 수 있습니다.
신약 개발이 복잡해짐에 따라, PPB와 BRPP를 정확히 평가할 수 있는 적절한 분석법 선택은 안전한 치료 전략 수립, 용량 조절, 임상 위험 감소에 기여합니다.
이러한 기법들을 약물동태학 연구에 활용하면 약물의 ADME 과정 변화를 예측하고 조절하는 능력이 향상되어, 신약 개발과 임상 치료의 안전성 및 효율성을 높일 수 있습니다.
원문이 궁금하신 분들은 아래 링크를 통해 확인하실 수 있습니다
Plasma Protein Binding Assay: Equilibrium dialysis and Ultrafiltration Methods and Application in DDIs.