실시간 LC-MS/MS 기반 Bedside 모니터링 기술 현황과 제약사 도입 전략

― TDM의 패러다임을 바꾸는 초고속 분석 기술의 현재와 미래

실시간 LC-MS/MS 기반 Bedside 모니터링 기술 현황과 제약사 도입 전략

환자의 혈중 약물 농도를 실시간에 가깝게 파악하고, 그 결과를 바로 치료에 반영하는 기술은 오랫동안 임상의 숙원이었다. 기존의 Therapeutic Drug Monitoring(TDM)은 대부분 중앙시험실 중심의 LC-MS/MS 분석에 의존해 왔고, 분석 속도와 시료 운송 시간, 결과 리포팅까지의 딜레이 때문에 ‘실시간 의사결정’이라는 개념과는 거리가 있었다.

그런데 최근 몇 년 사이, 해외 연구기관과 장비 업체들을 중심으로 초소형 LC-MS/MS, 현장형(POC) cartridge 기반 분석 플랫폼, 실시간 ion-sensing 기술 등이 빠르게 등장하면서 상황이 눈에 띄게 달라지기 시작했다. 더 이상 LC-MS/MS가 ‘대형 장비실에서만 운영되는 고전적 장비’가 아니라, 병상(bedside)에 가까운 위치에서 진짜 모니터링 도구로 활용될 수 있는 가능성이 열리고 있다는 점이 매우 흥미롭다.

이 글에서는 임상현장에서 실현 가능해지고 있는 실시간 LC-MS/MS 기반 bedside 분석 기술의 현황, 그리고 제약사가 이 변화 속에서 어떤 전략을 갖고 움직여야 하는지를 심층적으로 살펴본다.

1. 기존 TDM의 한계: “실시간”이라는 말의 벽

TDM은 특정 약물의 혈중 농도를 일정 주기로 측정해 치료효과와 독성 발생 위험을 조절하는 과정이다. 그런데 실제로 병동에서 시료를 채취한 뒤 이를 중앙실험실로 보내고, LC-MS/MS queue에 들어가며, 분석이 끝나기까지는 빠르면 2–3시간, 대부분은 5–24시간의 지연이 발생한다.

이 시간 동안 환자의 상태는 충분히 변할 수 있다. 특히 다음과 같은 약물에서는 실시간 모니터링의 필요성이 더욱 절실하다.

• Narrow therapeutic index drugs
• 항암제, 면역억제제
• 항전간제, 항응고제
• 패혈증 환자에게 투여하는 β-lactam antibiotics

실제 병원에서는 “약물 투여 후 30분 내 농도 확인”이 필요하다고 판단하는 경우가 자주 있지만, 현실적으로는 거의 불가능하다. 이러한 mismatch는 결국 치료 최적화를 어렵게 만들며, PK variablility가 높은 환자에서는 오히려 부작용을 증가시키는 요인이 되기도 한다.

따라서 많은 임상의들은 TDM이 단순 모니터링을 넘어, 의사결정을 실시간 보조해주는 도구로 진화해야 한다고 주장해 왔다. 그리고 바로 이 지점에서 micro-sampling, chip-based LC-MS/MS, ambient ionization 등 다양한 기술적 시도가 태동하기 시작했다.

2. 실시간 LC-MS/MS 기술을 가능하게 한 핵심 혁신들

실시간 또는 quasi-real-time LC-MS/MS를 가능하게 만든 기술적 축은 크게 세 가지이다.

2.1 Micro-sampling 기반 초소량 시료 분석

DBS(Dried Blood Spot), VAMS(Volumetric Absorptive Microsampling), hemaPEN 등 소량혈액 기반 플랫폼은 단순히 편리함 때문에 개발된 것이 아니다. 실시간 모니터링 환경에서 가장 큰 병목이었던 혈액 채취와 시료 전처리 시간을 획기적으로 줄이기 위한 기술적 진보이기도 하다.

• 혈액 10–20 µL 수준
• minimal sample prep
• protein precipitation 없이 direct infusion 가능성
• 환자가 병상에서 self-sampling까지 가능

특히 VAMS 기반 실시간 TDM은 이미 유럽 일부 병원에서 연구가 활발히 진행 중이며, LC-MS/MS 분석 시간 자체보다 시료 처리 속도를 줄이는 효과가 크다.

2.2 초소형·고속 LC-MS/MS 장비

과거 LC-MS/MS는 이동도 어려운 대형 장비였지만, 지금은 소형화·고속화가 급격히 진행되고 있다.

• compact MS (mini MS)
• sub-1 minute LC run time
• capillary LC 및 microfluidic LC
• column switching 기반 online sample cleanup

특히 해외 장비사들은 1분 이하 LC gradient, 혹은 LC 없이 direct MS 모드를 활용한 ‘bedside LC-MS/MS’ 개념을 실제 장비 수준으로 구현하고 있다. 장비 크기가 작아진다는 것은 단순히 설치 공간 문제가 아니라, 병동 내에서 decentralized TDM station을 운영할 수 있다는 가능성을 의미한다.

2.3 Ambient ionization 기반 on-site 분석

대표적인 기술로 DESI, DART, Paper-Spray MS가 있다.
Paper-Spray MS는 특히 TDM과 궁합이 좋다.

• 시료를 필터지 위에 미량 붙여 바로 분석
• practically zero sample prep
• 1분 미만 분석
• 높은 selectivity

면역억제제, 항정신성 약물, 항경련제 등에 대해 이미 프로토타입 수준의 연구가 많이 발표되고 있으며, 기존 LC-MS/MS보다 분리능은 떨어질 수 있지만, 임상적 range를 맞추는 실용성은 충분히 확보되고 있다는 점이 주목할 만하다.

3. 실시간 bedside LC-MS/MS가 실제로 가능한 운영 모델

실시간 모니터링은 병원마다 인프라가 다르기 때문에, 단일한 운영 모델로 정답을 만들 수 없다. 대신 아래와 같은 세 가지 모델이 병원과 제조사가 가장 많이 논의하는 형태다.

모델 1) 병동-내 소형 LC-MS/MS 스테이션 운영 모델

• 성인 ICU / NICU / Oncology ward
• 약물 투여 직후 혈액 10–20 µL micro-sampling
• ward station으로 즉시 전달
• 5–10분 내 결과 제공

장점

• 가장 빠르고 임상적 의사결정에 즉시 반영 가능
  단점
• 장비 유지비용, 숙련도 필요
• 품질관리(QC) 체계 요구

모델 2) RT-LC-MS/MS Core Lab + Pneumatic Tube 시료 전달 모델

병동에서는 micro-sampling만 수행하고, 시료는 수 초 단위로 전송되어 1분 이하 LC-MS/MS에 바로 투입된다.

• 대형병원에서 현실적
• 자동화 compatibility 높음
• 인력 교육 부담 감소

실시간이라고 보기에는 약간의 지연이 발생할 수 있지만, 기존 5–20시간 latency에 비하면 혁신적인 수준이다.

모델 3) Cartridge 기반 On-demand Bench-top 장비

가장 미래지향적이며, 장비사들이 가장 적극적으로 개발하는 방향이다.

• 시료 10–20 µL
• 일회용 cartridge에서 extraction → separation → MS detection까지 one-pass
• 의료진이 training 없이 운영 가능

국내에서도 POC(현장형) TDM 장비 개발이 활발히 논의되고 있으며, 면역억제제 및 항암제 모니터링에서 우선 도입될 가능성이 높다.

4. 해외 동향: 병원·장비사·바이오텍이 먼저 움직이는 이유

4.1 북미·유럽 병원: ICU 중심으로 도입 검토 활발

예:

• Mayo Clinic
• University Hospital Basel
• Cleveland Clinic
• King’s College Hospital

이들 기관은 sepsis 환자 β-lactam 농도 실시간 모니터링, 면역억제제 TDM의 30분 내 결정 등을 실제 연구 단위에서 구현하고 있다.

4.2 장비사: micro-LC-MS/MS + cartridge 전쟁

미국, 유럽, 일본 장비사들은 모두 ‘bedside 분석’을 미래 핵심 시장으로 보고 R&D를 집중 투자하고 있다.

특히 트렌드는 다음과 같다.

• high-throughput → ultra-fast
• automation → decentralization
• lab-centered → patient-centered

4.3 제약사의 움직임

대부분의 글로벌 제약사는 다음 이유로 실시간 LC-MS/MS 플랫폼과의 협력을 시작하고 있다.

1. 약물 라벨에 TDM 기반 precision dosing 문구 추가 가능성
2. 상업화 단계에서 동반진단(CoDx) 형태의 제품화
3. PK variability가 높은 약물의 경쟁력 확보
4. 실사용데이터(RWD) 확보 용이

특히 oncology 분야에서는 real-time PK가 치료 반응 예측 모델링과 연결되면서, 임상 개발 전략 전체가 바뀌는 분위기다.

5. 제약사가 실제로 취해야 할 도입 전략

기술이 발전한다고 해서 제약사가 자연스럽게 이를 적용할 수 있는 것은 아니다. 실시간 LC-MS/MS 기반 bedside 모니터링은 단순한 TDM 기술의 확장이 아니라, 약물 개발 전체 프로세스의 변화를 요구하는 새로운 패러다임이다.

5.1 전략 1: 임상 초기부터 RT-PK sampling을 protocol에 반영

• dose-escalation 단계에서 real-time PK 추적
• safety signal 확인 속도 증가
• PK variability 파악 → 용량 조절 전략 수립 용이

특히 oncology, ATMP(세포·유전자 치료제)에서는 필수적이다.

5.2 전략 2: companion TDM platform을 함께 개발

글로벌 제약사 대다수가 채택한 전략이다.
약물 + analytical platform을 하나의 ecosystem으로 묶는 방식이다.

• 제약사: 약물 특성 기반 assay concept 설계
• 장비사: 장비·cartridge 개발
• 병원: validation + RWD 확보

결국 “약물–모니터링–치료반응–용량조절”이 하나의 cycle로 통합되는 구조를 만들어야 한다.

5.3 전략 3: Bioanalytical bridging 체계 정비

병동 옆 LC-MS/MS station에서 얻은 PK 데이터가 global pivotal study에서 생성된 PK 데이터와 상호 비교 가능해야 한다.

• calibration harmonization
• matrix harmonization
• cross-platform bridging
• global site reproducibility 확보

이는 단순 기술 이슈가 아니라 규제수용성(regulatory acceptability)과 직결된다.

5.4 전략 4: RWE 기반 AI dose-optimization과 결합

실시간 모니터링의 진짜 가치는 즉각적인 dose-adjustment다.
이를 위해 AI 기반 PK/PD 예측 플랫폼과 결합하는 것이 필수적이다.

예:

• Bayesian dosing platform
• AI-driven PK model update
• 환자군별 variability estimation
• toxicity prediction

제약사는 실시간 LC-MS/MS 플랫폼으로 수집된 데이터를 AI 모델 교육에 활용함으로써, 약물의 상업적 가치까지 크게 높일 수 있다.

6. 한국 제약사가 도입할 때 고려해야 할 포인트

한국 병원 환경은 미국·유럽과 다르고, 국내 규제체계 역시 특성이 있다. 따라서 아래 요소를 반드시 고려해야 한다.

① 장비 인허가 경로 명확화 필요

• in vitro diagnostic(IVD)로 볼지
• 일반 연구용 장비(RUO)로 진입 후 확장할지
• companion diagnostic으로 협력할지

② 비용 문제

국내 병원의 의료수가 체계에서는 즉시 적용이 쉽지 않는다.
따라서 초기에는 oncology·NICU 등 high-value 분야 중심으로 도입할 필요가 있다.

③ carrier test 필요성

한국 환자군의 PK variability가 글로벌 데이터와 다르기 때문에, 제약사는 real-world bridging study를 준비해야 한다.

④ 병원 인력 교육·운영 모델 표준화

특히 소형 LC-MS/MS 기반 bedside 분석은 품질 관리가 핵심이다.

7. 결론: Real-time LC-MS/MS는 단순 TDM의 업그레이드를 넘어, 치료 패러다임 자체를 바꾼다

실시간 LC-MS/MS 기반 bedside 모니터링은 몇 년 전까지만 해도 연구자들의 미래 기술에 가까웠다. 그러나 지금은 성장 속도가 훨씬 빠르며, 이미 일부 병원에서는 임상적으로 의미 있는 수준의 real-time TDM이 가능해지고 있다.

이 패러다임 변화는 제약사에게도 분명한 기회가 된다.

• 약물의 PK/PD 이해도 증가
• 치료 전략 고도화
• 임상시험 효율성 향상
• 상업적 경쟁력 확보
• AI 모델과 결합한 next-generation precision dosing 실현

앞으로 5~10년간, 실시간 LC-MS/MS는 TDM의 중심을 넘어 환자 맞춤치료의 핵심 엔진 역할을 하게 될 가능성이 매우 크다.

한국 제약사 역시 이 흐름을 선제적으로 파악하고, 장비사·병원과의 협력 구조를 일찍부터 설계하는 것이 새로운 경쟁력이 될 것이다.