소개글
"신약개발 수학보고서"에 대한 내용입니다.
목차
1. 주사약의 농도 변화 파악을 위한 도함수 활용
1.1. 주사약의 농도 변화와 중요성
1.2. 미분과 도함수의 개념
1.3. 주사액의 농도범위와 최대약효시간
1.4. 혈중농도 그래프와 BLAST의 활용
1.5. 약물 농도 검사 및 바이오센서 기술
1.6. 다른 의료 분야에서의 미분방정식 활용 사례
2. 생물정보학 기반 신약 개발
2.1. 생물정보학 개요
2.2. 국내외 생물정보학 기관 및 데이터베이스
2.3. BLAST 프로그램 활용
2.4. BLOSUM 행렬의 활용
3. 딥러닝을 이용한 신약 개발
3.1. 딥러닝 기반 신약 개발 방법론
3.2. 기존 모델의 한계
3.3. 화합물 분자 표현법
3.4. Transformer 모델의 활용
3.5. MD-TF 모델 소개
4. 참고 문헌
본문내용
1. 주사약의 농도 변화 파악을 위한 도함수 활용
1.1. 주사약의 농도 변화와 중요성
주사약의 농도 변화와 중요성은 의료 분야에서 매우 중요한 주제이다. 주사액이 혈액으로 들어갈 때 혈액에 주사액의 농도 변화가 발생하는데, 이 농도 변화를 정확히 파악하지 못하면 오히려 우리 몸에 독이 될 수 있기 때문이다. 주사액의 농도를 정확히 파악하는 것이 중요한 이유는 다음과 같다.
첫째, 주사약의 농도 범위에는 약물의 효과가 나타나는 범위, 효과가 나타나지 않는 범위, 그리고 부작용이 나타나는 위험한 범위가 있다. 약물의 농도가 유효혈중농도 범위에 있을 때 약물의 효과가 나타나며, 이 범위 안에서도 농도가 가장 높을 때 약물의 효과가 가장 뚜렷하게 나타난다. 따라서 주사약의 농도가 적절한 수준에 있도록 관리하는 것이 중요하다.
둘째, 주사약의 농도 변화를 정확히 파악하기 위해서는 혈중농도 그래프를 살펴볼 필요가 있다. 혈중농도 그래프에서 최고혈중농도(Cmax)와 최고혈중농도 도달시간(Tmax)을 확인할 수 있는데, 이는 주사약의 농도를 결정하는 데 중요한 정보를 제공한다. Tmax는 약효의 속도를 알 수 있는 지표이며, Cmax는 주사약의 농도가 가장 높은 시점을 의미한다. 따라서 Tmax와 Cmax를 통해 주사약의 농도 변화를 파악할 수 있다.
셋째, 주사약의 농도 변화를 실시간으로 모니터링하고 제어하는 기술이 발달하고 있다. 바이오센서 기술을 이용하여 살아있는 동물의 체내 약물 농도를 실시간으로 감시하고, 적정량의 약물을 투여할 수 있는 루프 시스템이 개발되었다. 이러한 기술은 주사약의 농도 변화를 정확히 파악하고 적절한 투여량을 결정하는 데 도움을 줄 수 있다.
결과적으로 주사약의 농도 변화를 정확히 파악하는 것은 약물의 효과를 극대화하고 부작용을 최소화하는 데 매우 중요하다. 이를 위해서는 주사액의 농도 범위와 혈중농도 그래프 분석, 그리고 실시간 모니터링 및 제어 기술 등이 활용될 수 있다.
1.2. 미분과 도함수의 개념
미분과 도함수의 개념은 다음과 같다.
미분 또는 도함수는 어떤 함수의 정의역 속 각 점에서 함숫값의 변화량과 독립 변숫값의 변화량 비의 극한 혹은 극한들로 치역이 구성되는 새로운 함수이다. 간단히 말하면 어느 지점에서의 미분계수, 즉 순간 변화율을 구하는 것을 의미한다. 기하학적 의미로 보면 그래프에서 어느 한점에서의 접선의 기울기와도 같다. 이러한 미분과 도함수의 개념은 주사약의 농도 변화를 파악하는 데 있어서 매우 중요한 역할을 한다. 주사액이 혈액으로 들어갈 때 혈액 내 주사액의 농도 변화를 정확히 알지 못하면 오히려 우리 몸에 해를 끼칠 수 있기 때문이다. 따라서 주사액의 농도 변화를 파악하기 위해서는 주사액의 농도에 대한 함수를 구하고, 이 함수의 도함수를 구하여 순간 변화율을 파악해야 한다. 이를 통해 주사약의 농도가 최대가 되는 시점, 즉 최대약효시간을 찾을 수 있게 되는 것이다."
1.3. 주사액의 농도범위와 최대약효시간
약물의 혈중농도에는 세 가지 범위가 존재한다. 첫째, 약물의 효과가 나타나는 농도범위로, 이는 약물의 농도가 유효혈중농도 범위에 있을 때이다. 둘째, 약물의 효과가 나타나지 않는 농도범위로, 약물의 농도가 유효혈중농도 범위보다 낮을 때이다. 셋째, 약물의 부작용이 나타나는 위험한 농도범위로, 약물의 농도가 유효혈중농도 범위보다 높을 때이다.
유효혈중농도는 약물이 약효를 나타내기 위해 필요한 혈액 중의 약물 농도이다. 약물의 효과가 가장 뚜렷하게 나타나는 시점은 약물의 혈중농도가 가장 높을 때, 즉 최대약효시간이다. 따라서 약물의 효과가 나타나는 농도범위 내에서 농도가 가장 높은 최대약효시간을 구하는 것이 적정한 주사약의 농도를 결정하는데 도움이 될 것이다.
1.4. 혈중농도 그래프와 BLAST의 활용
혈중농도 그래프와 BLAST의 활용은 다음과 같다.
약물의 혈중농도를 나타내는 그래프를 살펴보면, 가장 높게 나타나는 약물의 농도를 '최고혈중농도(Cmax)'라 하고, 이에 도달하는 시간을 '최고혈중농도 도달시간(Tmax)'이라 한다. Tmax는 약효의 속도를 알 수 있는 지표로 활용된다. 또한 약물의 농도가 피크가 된 후 그 절반까지 줄어드는데 걸리는 시간을 '반감기(T1/2)'라고 하며, 반감기가 길수록 약물이 몸속에 오래 머물며 효과도 오래 간다는 것을 의미한다. 그리고 그래프의 아래쪽 면적인 AUC는 몸속에서 약물이 얼마나 많이 이용되었는지를 나타낸다.
이러한 혈중농도 그래프에서 나타나는 지표들은 약물의 효과를 예측하고 적정 용량을 결정하는 데 활용된다. 특히 Tmax는 접선을 그었을 때 기울기가 0이 되는 지점이므로, 이를 도함수를 통해 구할 수 있다. 즉, 주사약의 농도가 가장 높은 시점인 Tmax를 찾기 위해 혈중농도에 대한 도함수를 활용...
참고 자료
https://www.dongascience.com/news.php?idx=18033
https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=ybfarmacista&logNo=220066782844
https://www.amc.seoul.kr/asan/healthinfo/easymediterm/easyMediTermDetail.do?dictId=4803
https://www.joongang.co.kr/article/316158
https://www.lgsl.kr/cur/HODA2012100158
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wikipedia, BLOSUM https://en.wikipedia.org/wiki/BLOSUM
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https://en.wikipedia.org/wiki/Multiple_sequence_alignment
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고주온,2015 Bric 연재지 초심자를 위한 생물학+정보학 _12_- NCBI BLAST+의 내부
Scinece Direct, https://www.sciencedirect.com/topics/medicine-and-dentistry/multiple-sequence-alignment (2023.07.06.)
위키백과, 진화, https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A7%84%ED%99%94
홍유빈외(2021), 신약개발을 위한 Transformer 기반의 딥러닝 모델, 한국정보과학회
컴퓨터를 이용한 신약 개발, https://blog.daum.net/biomarket/7629187
