간단하게 알아보는 생리학 기반 약동학 모델 (physiologically based pharmacokinetic model, PBPK model)

지나치려고 했는데, 이 블로그에 검색해서 들어오는 검색어에 "PBPK" 네 글자가 보였기 때문에, 지나칠 수 없었다.

이 검색어를 검색할 수 있는 사람은 최소한 의학 또는 약학 전공자, 또는 신약 개발 프로젝트 등에 관여하고 계시는 그 외 공학 또는 수학 등의 전공자일 것으로 생각한다. 하지만, 한국어 검색어를 입력하셨다는 것은 영어 설명보다 '스윽' 보고 이해할만한 내용을 원하신다고 이해하고 대략의 개요를 적어본다.

PBPK 모델이라는 단어를 어디서 보셨다면, 다연히 "생리학 기반" 이라는 단어도 함께 보셨을 것으로 생각한다. '도대체 어떤 생리학에 기반을 한다는 것인가?' 라는 생각을 글쓴이도 했었기 때문이다. 이 모델에서 말하는 생리학은 주로 1) 각 기관/조직이 순환계와 연결된 구조, 2) 각 조직/기관의 해부학적인 부피 또는 무게, 3) 순환하는 액체의 유속 (예: 심박출량, 조직마다의 혈류량, 림프 순환이 있다면 림프의 유속), 4) 소화기관의 투과도, 5) 대사 효소나 막 수송체의 조직 별 발현량, 7) 신장에서의 사구체 여과율 등 조직의 투과도 등을 말한다. 앞의 모든 단계가 없어도, 1), 2), 3) 정도만 포함된 모델도 PBPK 모델이라고 흔히 부른다. 기본적으로 "약동학" 모델이기 때문에 특정 약물의 약동학에 기여한다고 생각되는 그 외 생물학적인 '속도' 단계가 추가될 수도 있다. 예를 들면, 8) 막 수용체와의 친화도 또는 결합/해리 속도, 9) 그 외 약동학에 영향을 준다고 생각되는 단백질의 농도/양 (예: TMDD 모델) 이 있을 수 있다. 신장과 같은 기관을 명시한 구획(compartment)도 사구체, 헨리 고리 등을 명시적으로 나눠둔 모델일 수도 있지만, 단순한 하나의 구획이어도 충분히 PBPK model이 된다. 모델을 '왜 구축했는지', 모델의 용도에 따라, 모델을 구축/검증할 때 사용한 데이터의 종류에 따라 충분히 다양할 수 있다.

앞 문단으로 한국어 글을 찾아보시는 분들의 궁금증은 대체로 해결되었을 것 같지만, 조금 덧붙여 본다. PBPK 모델링을 활용한 연구를 읽다 보면, 'whole-body' (줄여서 WB-PBPK) 라거나 'minimal' (줄여서 mPBPK) 이라는 단어가 앞에 붙어있는 경우가 있다. Whole-body PBPK model은 간, 심장, 근육, 지방과 같이 해부학적으로도 부피/무게가 크고, 특정 약물의 약동학을 설명하는데도 분포 용적에서 어느정도 기여도를 차지하는 대부분의 기관/조직을 명시적으로 나타낸 모델이다. 이에 반해 mPBPK 모델은 분포가 느리거나 빠른 조직/기관을 한 두개의 구획(compartment)으로 합쳐두고, 일부 관심이 있는 조직/기관만 따로 명시적인 구획으로 나타내기도 한다.

약동학 모델의 예시; k: 속도상수; CO: 심박출량; Q: 혈류량; CL: 제거클리어런스; fd: 분포 분획

요약하자면, PBPK model 이라는 단어가 처음 들으면 거리감을 느끼게 할 수 있지만, 속도 상수가 아닌 혈류 속도나 림프 흐름 등의 생리학적인 요소들로 각 구획을 이어둔, 그리고 각 구획이 생리학적으로 의미가 부여된 compartment model의 일종이라고 생각할 수 있다. 이렇게 생각하고 모델을 다시 보시면, 생각보다 어렵지 않게 다가올 것이라 생각한다.

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