이 연구실은 신약 탐색의 출발점이 되는 저분자 화합물 라이브러리를 효율적으로 설계하고 구축하는 연구를 핵심 축으로 수행하고 있다. 특히 약품화학과 의약화학의 관점에서 약물성(drug-likeness)을 고려한 헤테로고리 화합물, 퓨즈드 고리계 화합물, 핵산 유사체 등 다양한 골격을 체계적으로 확장하여 신규 화학공간을 확보하는 데 집중한다. 이는 기존에 알려진 구조에 단순 치환기를 붙이는 수준을 넘어서, 탐색 가치가 높은 독창적 스캐폴드 자체를 발굴하고 대량화 가능한 합성 플랫폼으로 연결한다는 점에서 의미가 크다. 연구 방법론 측면에서는 고체상 합성(solid-phase synthesis)을 적극 활용하여 다단계 반응을 간결하게 수행하고, 세척 중심의 정제로 합성 효율을 높이는 전략이 두드러진다. 실제로 thiazolotriazinone, thiazolopyridinone, guanine 유도체 등 다양한 계열의 라이브러리를 구축하며, 실시간 ATR-FTIR 모니터링과 단계별 수율 최적화를 통해 반응 재현성과 확장성을 확보하고 있다. 또한 다변화 지점(diversity elements)을 정교하게 설계하여 구조-활성 상관관계(SAR) 연구에 적합한 화합물 세트를 생산함으로써, 히트 발굴 이후의 선도물질 최적화 단계까지 연계할 수 있는 기반을 마련한다. 이러한 연구는 단순한 합성 기술 개발에 머물지 않고 실제 신약개발 파이프라인과 연결된다는 점에서 응용성이 높다. 복합 화합물 라이브러리, 신약탐색용 저분자 라이브러리, 희귀·난치성 질환 대응용 후보군 발굴 등의 국가 연구과제와 연계되어 있으며, 향후 특정 표적 단백질에 대한 선택적 억제제나 조절제를 도출하는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 결국 이 연구 주제는 대규모 화합물 다양성을 정밀한 의약화학 설계와 결합해 신약개발의 초기 성공 확률을 높이는 플랫폼 연구라고 볼 수 있다.

연구실은 최근 저분자 헤테로고리 화합물 기반의 DNA 인코딩 라이브러리(DEL) 구축 연구를 통해 차세대 신약탐색 플랫폼 개발을 본격화하고 있다. DEL은 각각의 화합물에 DNA 바코드를 부여하여 방대한 수의 화합물을 한 번에 합성·저장·스크리닝할 수 있게 하는 기술로, 제한된 자원으로도 높은 탐색 효율을 달성할 수 있다는 장점이 있다. 이 연구실은 독창적인 헤테로고리 골격을 중심으로 on-DNA 합성법을 개발하고, 수만 종 이상의 신규 스캐폴드를 포함하는 라이브러리 구축을 목표로 하고 있다. 핵심은 DNA와 양립 가능한 반응 조건을 개발하면서도 의약화학적으로 의미 있는 구조 복잡성과 다양성을 동시에 확보하는 것이다. 일반적인 조합화학이 합성 후 개별 평가에 초점을 둔다면, DEL은 표적 단백질과의 결합 친화도를 대규모 병렬 방식으로 평가할 수 있어 탐색 속도를 획기적으로 높인다. 이를 위해 연구실은 DELT 적용 신규 합성법과 표준작업지침(SOP) 정립까지 포함한 플랫폼화를 지향하고 있으며, 실제로 새로운 헤테로고리 스캐폴드의 DNA 결합형 합성을 가능하게 하는 공정 개발에 집중하고 있다. 이 연구는 향후 난치성 질환, 대사질환, 염증질환, 항암제 개발 등 다양한 치료 영역에서 초기 히트 발굴 시간을 줄이고 성공 가능성을 높이는 데 기여할 수 있다. 특히 기존 라이브러리에서 충분히 다뤄지지 않았던 신규 골격을 대량 확보함으로써 표적 특이성이 높고 특허성도 우수한 후보군을 도출할 가능성이 크다. 따라서 본 연구 주제는 의약화학, 화합물 라이브러리 공학, 생물학적 스크리닝 기술이 결합된 고효율 신약탐색 인프라 구축 연구로 평가할 수 있다.

이 연구실은 합성 기술 자체뿐 아니라 실제 질환 표적에 작용하는 신약후보물질 발굴에도 지속적으로 기여해 왔다. 특허와 과제 이력을 보면 HIF-1α, 11β-HSD1, CYP2B, HMGB1/TLR4 관련 경로 등 대사질환, 염증성 질환, 혈관질환, 항암 영역의 중요한 생체표적을 겨냥한 저분자 화합물 개발이 이루어지고 있음을 알 수 있다. 이는 구조 설계, 합성, 생물활성 평가, 활용 용도 확장까지 포함하는 전형적인 표적 기반 의약화학 연구의 흐름을 보여준다. 구체적으로는 벤조피란-트리아졸 유도체의 항암 및 대사질환 적용, C-메틸로테노이드계 화합물의 혈관염증 억제, 선택적 효소 유도제 개발, 패혈증 치료용 저분자 파이프라인 구축 등 실제 치료 가능성을 염두에 둔 연구가 확인된다. 이러한 연구는 단순히 활성이 있는 분자를 찾는 데 그치지 않고, 선택성, 약물대사, 독성, 전임상 후보물질화 가능성까지 고려하는 방향으로 진행된다. 즉, 연구실의 화합물 설계는 화학적 참신성뿐 아니라 질환기전과 약리학적 실행 가능성을 함께 반영한다. 이러한 표적 기반 연구는 연구실이 보유한 화합물 라이브러리 플랫폼과 결합될 때 더욱 큰 시너지를 낸다. 대규모 합성 라이브러리에서 발굴한 히트 화합물을 질환 표적에 맞추어 신속히 최적화할 수 있고, 특허 출원과 기술사업화로 이어질 가능성도 높다. 결과적으로 이 연구 주제는 조합화학으로 생성된 구조 다양성을 실제 치료 후보물질 발굴로 연결하는 응용 의약화학의 중심 영역이며, 학술성과 산업적 파급력을 동시에 가진다.

연구실의 또 다른 중요한 연구 방향은 화학생물학적 접근을 통해 단백질 변형과 생체분자 상호작용을 규명하는 것이다. 대표적으로 히스톤 라이신 아세토아세틸화(Kacac)를 동적인 신규 번역후수정으로 규명한 연구는 대사산물인 케톤체가 단순 에너지원이 아니라 유전자 발현 조절과 연결될 수 있음을 보여주었다. 이는 화학적 도구와 생화학적 분석을 결합해 새로운 생체 현상을 정의한 사례로, 의약화학 연구실이 분자생물학·후성유전학 영역까지 확장될 수 있음을 시사한다. 해당 연구에서는 합성 펩타이드, HPLC co-elution, MS/MS 분석, Western blot, 동위원소 표지 등 정밀한 화학·생화학 기법이 사용되었고, HBO1이 acetoacetyltransferase로 기능할 수 있다는 점도 제시되었다. 더불어 연구실은 단백질 아세토아세틸화를 선택적으로 인지하는 항체 생산 관련 특허를 보유하고 있어, 단순 발견을 넘어 검출 도구 개발과 후속 응용 연구로 확장하고 있다. 이러한 접근은 특정 변형의 생리적 역할을 규명하고 질환 연관성을 탐색하는 데 매우 중요하다. 또한 초기 연구에서 비소 결합 단백질을 동정한 사례처럼, 연구실은 생체분자의 결합 파트너를 규명하고 독성·대사·세포반응과 연결하는 화학생물학 연구 경험도 보유하고 있다. 이런 역량은 향후 신약 표적 검증, 바이오마커 탐색, 약물 작용기전 분석에 직접적으로 활용될 수 있다. 따라서 본 주제는 합성화학과 생물학 사이의 경계를 연결하며, 신약개발의 기초 이해를 심화시키는 분자 수준의 기전 연구로 정리할 수 있다.