생체시료에서의 약물 안정성 시험 설계 및 해석 방법

약물 분석을 실제로 수행하다 보면 단순히 ‘분석법을 개발한다’는 말로는 설명할 수 없는 수많은 고려사항과 디테일한 판단들이 존재한다는 걸 느끼게 됩니다. 그중에서도 약물의 안정성(stability) 시험은 우리가 다루는 분석의 신뢰성을 좌우하는 매우 중요한 과정 중 하나입니다. 특히 시료 종류가 혈장(plasma), 혈청(serum), 소변(urine), 혹은 조직(homogenate) 등으로 다양해지면서, 각 시료의 특성에 맞춰 시험 설계를 세심하게 조정해야 하죠. 오늘은 이 생체시료별 약물 안정성 시험에 대해, 실무에서의 고민과 전략을 중심으로 이야기해보려 합니다.

---

1. 왜 약물 안정성 시험이 중요한가?

먼저, 약물 분석에서 '안정성 시험'이 어떤 의미를 가지는지 간단히 짚고 넘어가야겠죠. 우리는 주로 생체시료 내 약물 농도를 측정해 약동학(PK) 데이터를 확보하고, 궁극적으로는 임상적 의미를 도출하게 됩니다. 그런데 시료 채취 후 분석까지의 시간 동안 약물이 분해되거나, 특정 조건 하에서 농도가 변한다면 어떻게 될까요?

예를 들어, 혈장에서 약물이 20% 이상 분해됐는데도 이를 모른 채 분석 결과를 보고한다면, 실제보다 훨씬 낮은 혈중 농도 값을 기반으로 해석이 이뤄지게 되고, 이는 약물의 효과나 안전성에 대한 잘못된 판단으로 이어질 수 있습니다. 따라서 약물의 안정성은 단순한 실험 조건이 아니라, 전체 연구의 신뢰성을 결정짓는 '기초 체력'과 같은 개념이라고도 할 수 있습니다.

---

2. 시료별 안정성 차이: 혈장 vs. 혈청 vs. 소변

생체시료의 종류에 따라 약물의 안정성 특성이 현저히 달라집니다. 아래 표는 일반적으로 고려해야 하는 주요 항목들을 비교한 것입니다.

구분	혈장(Plasma)	혈청(Serum)	소변(Urine)
단백질 함량	높음	높음	매우 낮음
효소 활성	있음	있음 (응고 후 다소 감소)	거의 없음
pH	약 7.4 (중성)	약 7.4	5.5~8.0 (개인차 있음)
보존 조건	-20℃ 또는 -80℃ 냉동	동일	pH 조절 필요
일반적 안정성 이슈	효소에 의한 분해, 단백결합	유사	pH 의존성 분해 가능성
주의사항	EDTA, heparin 등 항응고제 선택 중요	응고 인자 제거	채취 직후 안정화제 추가 필요

 

2-1. 혈장 (Plasma)

가장 많이 사용되는 시료입니다. 항응고제를 첨가한 채로 원심분리하여 얻는데, EDTA, Heparin, Citrate 등 다양한 종류가 사용되며 약물에 따라 적절한 선택이 필요합니다. 예를 들어, 특정 금속 이온을 안정화시키는 약물이라면 EDTA가 약물과 상호작용을 일으켜 분석 결과에 영향을 줄 수 있습니다.

혈장은 효소 활성이 살아있기 때문에, 특히 esterase나 protease에 의해 약물이 분해되는 경우가 많습니다. 이로 인해 실온 안정성(Room temperature stability) 시험에서는 시간에 따른 약물 농도 감소를 뚜렷하게 관찰할 수 있습니다.

2-2. 혈청 (Serum)

혈장을 얻을 때와 달리 응고 인자가 제거된 시료입니다. 단백질 구성은 유사하지만, 응고 과정에서 일부 효소 활성이 감소하는 특성이 있습니다. 하지만 이 역시 안정성 시험에서는 충분히 고려되어야 하며, 응고 시간이 길어지면 일부 약물은 응고과정 중 효소 반응으로 변형될 수 있습니다.

또한, serum은 단백결합율 측정에 유리한 시료이기도 합니다. 다만, 단백질-약물 상호작용이 높으면 동결-해동(Freeze-thaw) 과정 중 단백변성에 따른 약물 농도 변화가 발생할 수 있어, 이에 대한 시험 설계도 필수입니다.

2-3. 소변 (Urine)

소변은 분석 매트릭스가 상대적으로 간단한 편입니다. 단백질도 거의 없고, 효소 활성이 낮아 약물의 안정성은 가장 높은 편에 속합니다. 하지만 함정이 하나 있습니다. 바로 ‘pH’입니다.

소변은 개인에 따라 pH가 5.5에서 8.0까지 매우 다양하고, 동일 개인에서도 식이, 약물 복용 등에 따라 쉽게 변화합니다. 약물이 pH에 민감하다면, 소변 내에서의 안정성은 생각보다 불안정할 수 있습니다. 따라서 안정화제를 첨가하거나, 시험 전 시료 pH를 측정하고 균질화하는 과정이 요구됩니다.

---

3. 안정성 시험 설계 시 고려할 조건들

실제 분석법을 개발하고 validation을 진행할 때 우리는 일반적으로 다음과 같은 조건에서 안정성 시험을 설계합니다.

시험 조건	의미	예시 시간
Short-term (Bench-top)	실온에서 일정 시간 보관 후 분석	4~24시간
Long-term	냉동 조건에서 장기 보관	7일, 14일, 30일, 90일 등
Freeze-thaw	-20℃ 또는 -80℃ 상태에서 반복 해동 후	3회 이상
Processed sample stability	추출 후 분석기 대기 중 변화 여부	24~48시간
Auto-sampler stability	장비 내 샘플 트레이 보관 시 변화	24시간 이상

 

이때 중요한 것은 ‘최악의 조건을 기준으로’ 설계하는 것입니다. 단순히 실험실에서 조건을 맞춰서 확인하는 것이 아니라, 실제 임상시험 현장 또는 분석 지연 가능성을 고려한 worst-case scenario를 반영해야 하죠.

---

4. 실무에서의 시행착오: 흔한 실수와 극복법

제가 개인적으로 겪었던 사례 중 하나는, 혈장 안정성 시험 중 약물이 20% 이상 감소하면서 원인을 찾지 못해 애를 먹었던 경험입니다. 알고 보니 항응고제로 사용한 Heparin이 해당 약물의 반감기를 단축시키는 비특이적 상호작용을 일으킨 것이었고, 이후 EDTA로 변경하자 안정성이 확보되었습니다.

또 다른 경우는 소변 시료에서 발생했습니다. 소변 내 pH가 5.0 근처로 떨어진 샘플에서 약물이 변성되어 분석 시 피크가 split되는 현상이 발생했습니다. 이후 phosphate buffer로 시료를 중화해 문제를 해결한 경험이 있습니다.

---

5. 분석 장비와 조건의 영향: LC-MS/MS 기반에서의 고려사항

LC-MS/MS는 약물 분석의 핵심 기술입니다. 하지만 아무리 민감한 장비라도 안정성 시험이 제대로 되지 않으면 의미가 없습니다.

1. 매트릭스 효과(Matrix Effect): 시료 내 성분이 이온화를 방해하는 경우, 분석 신호의 재현성이 떨어지게 됩니다. 혈장/혈청은 단백질과 인지질 등이 많아 이 효과가 큽니다.
2. Internal Standard 선택: 안정성이 확인된 IS를 사용해야 합니다. 불안정한 IS는 분석 편차의 주요 원인이 됩니다.
3. Ion suppression 회피 전략: Solid Phase Extraction(SPE)이나 단백침전 후 희석 등의 전처리 전략이 안정성 향상에도 기여할 수 있습니다.

---

6. 결론: 안정성 시험은 ‘분석의 기본기’이자 신뢰의 출발점

약물 안정성 시험은 실험실에서의 실무와 현장 상황을 동시에 고려해야 하는, 생각보다 복잡하고도 중요한 작업입니다. 생체시료별로 다른 특성을 파악하고, 분석 목적에 맞는 전략을 설계하는 것이 결국 분석 결과의 신뢰도와 직결됩니다.

때로는 이러한 시험 설계와 데이터 해석이 지루하게 느껴질 수 있습니다. 하지만 이 과정을 정교하게 설계하고 문제를 해결해 나가는 것이야말로, 우리가 데이터 기반 의사결정에 기여하는 진짜 전문가라는 증거 아닐까요?

앞으로도 약물 분석 분야에서 안정성 시험은 더욱 정밀하게 발전할 것이고, 그 중심에는 ‘현장을 잘 아는 연구원’이 있을 겁니다. 우리가 바로 그 주인공이죠.

생체시료에서의 약물 안정성 시험 설계 및 해석 방법