정석재 연구실의 대표적인 연구 축 가운데 하나는 난용성 약물과 항암제를 효과적으로 전달하기 위한 나노입자, 미셀, 리포좀 기반 제형 개발이다. 연구실은 docetaxel, doxorubicin과 같은 항암 약물을 대상으로 고분자 미셀, 지질 기반 리포좀, 다당류 유도체 나노입자 등을 설계하여 약물의 용해도, 안정성, 체내 이용률을 높이는 전략을 발전시켜 왔다. 이는 기존 제형이 갖는 낮은 생체이용률, 전신 독성, 다약제내성 문제를 동시에 완화하려는 약제학적 접근이라는 점에서 의미가 크다. 특히 hyaluronic acid, chondroitin sulfate, phenylboronic acid와 같은 기능성 소재를 접목하여 종양 미세환경과 수용체 특이성을 활용하는 표적 전달 기술이 두드러진다. CD44 수용체와 sialic acid 상호작용을 이용한 종양 표적화, 산성 pH에서의 약물 방출 조절, 종양 내부 침투성 향상과 같은 요소들은 연구실의 논문들에서 반복적으로 확인된다. 이러한 시스템은 단순한 약물 운반체를 넘어, 종양 조직 내 축적과 세포 흡수를 증대시키고 다약제내성을 극복하는 정밀 전달 플랫폼으로 발전하고 있다. 또한 이 연구는 치료와 영상 기능을 결합한 테라노스틱스 방향으로도 확장된다. 요오드화 hyaluronic acid 올리고머 기반 나노어셈블리, 근적외선 형광 이미징을 활용한 종양 추적 등은 약물전달과 진단을 통합하려는 시도를 보여준다. 궁극적으로 연구실의 나노약물전달 연구는 항암 치료 효율을 높이고 부작용을 줄이는 동시에, 임상 적용 가능성이 높은 차세대 제형 기술을 제시하는 데 초점을 두고 있다.

정석재 연구실은 전통적인 제형 연구를 넘어, 약물의 흡수·분포·대사·배설 과정을 정량적으로 예측하는 약동학 모델링 연구를 활발히 수행하고 있다. 최근 수행 중인 과제에서도 PBPK 시뮬레이션과 공개 문헌 데이터를 활용하여 전임상 동물 및 인간 대상 PK 파라미터 데이터베이스를 구축하고, ADMET 예측 체계를 고도화하는 연구가 핵심 과제로 제시된다. 이는 실험 중심 약제학을 계산 기반 신약개발로 확장하는 중요한 흐름이다. 연구실의 학술 발표 이력을 보면 whole-body PBPK, 조직 분포 예측, 흡입제의 CFD-PK 통합 모델, 환경성 화합물과 대사체의 체내동태 모델링 등 다양한 응용 주제를 다뤄 왔다. 또한 ABN401과 같은 표적항암제의 전임상 PK/PD 관계 분석처럼 약물 농도와 약효의 연결을 정량화하는 연구도 수행하였다. 이러한 접근은 후보물질의 용량 설정, 종간 외삽, 임상시험 설계, 독성 예측에 직접적으로 기여하며, 약물 개발 과정의 효율을 크게 높일 수 있다. 앞으로 이 연구는 데이터베이스 구축, 연합학습, 문헌 기반 파라미터 추출과 결합되면서 더 정교한 예측 모델로 발전할 가능성이 높다. 특히 macromolecular therapeutics와 같이 복잡한 체내동태를 보이는 치료제에 대해 PBPK 기반 해석을 적용하면, 실험적 한계를 보완하고 맞춤형 약물 설계에도 활용할 수 있다. 따라서 이 연구실의 PBPK 및 PK/PD 연구는 제형 개발과 더불어 신약개발의 의사결정 전반을 지원하는 핵심 기반기술로 볼 수 있다.

정석재 연구실의 또 다른 핵심 분야는 약물수송체의 기능과 조절 기전을 규명하여 약물의 흡수, 조직 분포, 장기 축적, 약물상호작용을 이해하는 연구이다. 연구실은 OAT, OCT, OATP, BCRP, MDR1(P-gp) 등 다양한 수송체를 대상으로 세포주 발현 시스템과 동물 모델을 활용해 기능적 특성을 분석해 왔다. 이는 특정 약물이 왜 어떤 조직에 선택적으로 분포하는지, 왜 경구 생체이용률이 낮은지, 왜 병용투여 시 체내거동이 달라지는지를 설명하는 데 중요한 기반을 제공한다. 연구실의 발표와 논문에서는 종 차이에 따른 수송체 기능 비교, SNP에 따른 기능 변화, 염증이나 nitrosative stress와 같은 병태생리 조건에서의 수송체 조절, 그리고 transporter-mediated drug-drug interaction 평가 시스템 개발이 반복적으로 등장한다. 예를 들어 olaparib의 BCRP 매개 수송, atorvastatin과 lobeglitazone의 간 분포 상호작용, MDR1 억제에 따른 indinavir 흡수 증가 등은 모두 수송체 기반 약동학의 응용 사례다. 이러한 연구는 단순 기전 규명에 머물지 않고 초기 신약 발굴 단계에서의 스크리닝 체계로 연결된다는 점에서 실용성이 높다. 이 연구 분야는 개인맞춤약물치료와도 밀접하게 연결된다. 유전적 다형성, 질환 상태, 병용 약물에 따라 수송체 기능이 달라질 수 있기 때문에, 이를 반영한 약물 선택과 용량 조절이 중요해진다. 정석재 연구실은 세포 실험, 전임상 약동학, 수학적 모델링을 연계하여 이러한 문제를 통합적으로 다루고 있으며, 결과적으로 안전하고 예측 가능한 약물 사용 전략 수립에 기여하고 있다.