- 약학과 정승현 교수 연구팀, 생리학적 기반 약동학(PBPK) 모델 활용

…간기능 저하 환자의 카페인 노출 증가와 섭취량 조절 전략 제시 -

▲국립순천대 약학과 이세인 학부생(왼쪽)과 정승현 지도교수

국립순천대학교(총장 이병운) 약학대학 약학과 이세인 학부생(6학년)이 제1저자로 참여한 연구논문이 약물독성 및 약물동태 분야의 국제 저명 학술지(SCIE)인 Environmental Toxicology and Pharmacology에 최종 게재됐다.

이번 연구는 국립순천대학교 약학과 정승현 교수 연구팀이 주도적으로 수행하였으며, 약학과 이세인 학부생이 제1저자, 정승현 교수가 교신저자로 연구를 총괄하였다. 본 연구는 학부생 연구심화실무실습 교과와 연계하여 수행된 연구성과라는 점에서도 의미가 크다.

연구팀은 세계적으로 가장 널리 섭취되는 중추신경계 각성물질인 카페인(caffeine)을 대상으로, 생리학적 기반 약동학(Physiologically Based Pharmacokinetic, PBPK) 모델을 구축하였다. 이를 통해 정상인뿐 아니라 간경변증(Child?Pugh A 및 B 단계) 환자에서 간기능 저하에 따른 카페인의 체내 노출 변화를 정량적으로 예측하였다.

카페인은 체내에서 대부분 간의 CYP1A2 효소에 의해 대사된다. 따라서 간경변 환자의 경우 간기능 저하와 함께 대사능력이 감소하여 동일한 양의 카페인을 섭취하더라도 정상인보다 체내 노출이 크게 증가할 수 있다. 그러나 지금까지는 이러한 변화를 정량적으로 예측하거나 환자 맞춤형 섭취량을 제안할 수 있는 연구가 매우 부족하였다.

연구팀은 국내외 임상 약동학 데이터를 기반으로 PBPK 모델을 구축하고, 다양한 용량에서 모델의 예측 정확성을 검증하였다. 이후 간경변 환자의 병태생리학적 변화를 모델에 반영하여 간기능 저하 정도에 따른 카페인 노출 증가를 성공적으로 재현하였다. 또한 반복 섭취 상황을 모의(simulation)하여 정상인과 동일한 체내 노출 수준을 유지하기 위한 노출 기반(exposure-guided) 카페인 섭취량 조절 전략도 함께 제시하였다.

연구 결과, 정상인과 동일한 체내 노출 수준을 유지하기 위해서는 Child?Pugh A 환자는 정상인의 약 51%, Child?Pugh B 환자는 약 18% 수준으로 카페인 섭취량을 줄이는 것이 적절할 가능성이 예측되었다. 또한 민감도 분석을 통해 CYP1A2 대사능, 간 용적, 혈장 단백질 변화 등이 카페인 노출을 결정하는 핵심 인자임을 확인하였다. 이러한 결과는 간질환 환자의 카페인 섭취 관리뿐 아니라 향후 간기능 저하 환자의 약물 용량 최적화 연구에도 활용될 수 있는 기반을 제시하였다.

이번 연구는 실제 임상자료를 기반으로 구축한 기전적 모델을 이용하여 간질환 환자의 카페인 노출을 정량적으로 예측하고, 노출 기반 섭취량 조절 전략을 제안한 최초 수준의 연구 중 하나라는 점에서 학술적 의미가 크다. 특히 최근 의료·약학 분야에서 주목받고 있는 모델 기반 정밀약학(Model-Informed Precision Dosing) 연구의 새로운 활용 가능성을 제시했다는 평가를 받고 있다.

정승현 교수는 "카페인은 가장 널리 소비되는 물질이지만 간질환 환자에서는 동일한 섭취량이라도 체내 노출이 크게 증가할 수 있습니다. 이번 연구는 생리학적 기반 약동학 모델을 활용하여 이러한 변화를 정량적으로 예측하고, 환자 맞춤형 카페인 섭취 전략을 제시했다는 점에서 의미가 있습니다. 앞으로도 다양한 의약품과 기능성 성분을 대상으로 PBPK 모델 기반의 정밀약학 연구를 지속적으로 확대하여 환자 맞춤형 약물치료와 안전성 향상에 기여하겠습니다."라고 밝혔다.

▲논문정보 Se-In Lee, Chi-Ho Lee, Ji-Hun Jang, Seung-Hyun Jeong, Physiologically based pharmacokinetic modeling of caffeine in patients with liver cirrhosis: Implications for exposure-guided dose adjustment, Environmental Toxicology and Pharmacology, Volume 125, 2026, 105095, ISSN 1382-6689, https://doi.org/10.1016/j.etap.2026.105095 (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1382668926001730)