IC50

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1. 개요
2. IC50 결정
- 2.1. 기능적 길항제 분석 (Functional antagonist assay)
- 2.2. 경쟁 결합 분석 (Competition binding assays)
3. Cheng-Prusoff 방정식
4. pIC50
5. 활용
참조

1. 개요

IC50은 효능제의 최대 생물학적 반응의 절반을 억제하는 데 필요한 약물의 농도를 나타낸다. IC50은 기능적 길항제 분석과 경쟁 결합 분석을 통해 결정할 수 있으며, 두 길항제의 효능을 비교하는 데 사용될 수 있다. IC50 값은 측정 조건에 따라 달라지며, 쳉-프루소프 방정식을 사용하여 억제 상수(Ki)로 변환될 수 있다. IC50 값은 pIC50 척도로 변환되기도 하며, pIC50 값이 높을수록 더 강력한 억제제를 의미한다.

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IC50
약리학 정보
반수 억제 농도	약물이나 물질이 생물학적 과정의 50%를 억제하는 농도
정의
IC50	반수 최대 억제 농도
의미	특정 생물학적 또는 생화학적 기능을 50% 억제하는 시험관 내에서 억제제의 농도를 나타내는 척도
측정
측정 방법	정량적 측정
단위	몰 농도 (M, mM, μM, nM, pM)
적용
사용 분야	약리학, 생화학
관련 개념	EC50 Ki
세부 사항
유형	기능적 분석 결합 분석
해석 및 사용
약물 연구	약물의 효능을 나타내는 척도로 사용
효능 비교	화합물의 효능을 비교하는 데 사용
기타 응용	길항제 효능 결정 항체 및 기타 약물 스크리닝
계산
IC50 계산	경쟁 결합 연구에서 직접 계산 불가 Cheng-Prusoff 방정식을 사용하여 Ki 값으로 변환

2. IC50 결정

IC50은 약리학 연구에서 길항제 약물 효능의 척도로 사용된다. IC50은 흥분성 약물에 대한 EC50과 유사한데, EC50은 생체 내에서 최대 효과의 50%를 얻는 데 필요한 혈장 농도 또는 용량을 나타낸다.^[13] IC50은 기능 분석 또는 경쟁 결합 분석으로 결정할 수 있다.

IC50 값은 pIC50 척도로 변환되기도 하며, 이때 pIC50은 $\ce{pIC_{50}} = -\log_{10} \ce{(IC_{50})}$으로 계산된다. pIC50 값이 높을수록 억제 효능이 더 강력함을 의미하며, 몰 농도(mol/L 또는 M) 단위의 IC50을 사용한다.^[14]

IC50은 2병 유체 소비 테스트와 같은 생체 내 행동 측정에도 사용된다. 예를 들어, 약물이 투여된 물병의 소비가 50% 감소했을 때의 약물 농도를 해당 약물의 IC50으로 간주한다.^[15]

IC₅₀은 "half maximal (50%) '''i'''nhibitory '''c'''oncentration"의 약어이지만, 현재는 IC₅₀ 표기가 더 일반적이다. 대상이 되는 화합물은 종종 의약품 후보 물질이며, 이 값은 특정 약물 등이 생물학적 과정(또는 효소, 세포, 수용체, 미생물 등)의 절반을 억제하는 데 필요한 농도를 나타낸다. 따라서 IC₅₀ 값이 낮을수록 해당 물질의 억제 활성이 높다고 할 수 있다. 미국 식품의약국(FDA)에 따르면 IC₅₀은 ''생체 외''(in vitro)에서 50% 저해에 필요한 약물 농도를 의미하며, 이는 ''생체 내''(in vivo) 혈장 농도에서 50% 효과를 나타내는 농도를 의미하는 EC₅₀과 대조적이다.

2. 1. 기능적 길항제 분석 (Functional antagonist assay)

약물의 IC50은 용량-반응 곡선을 구성하고, 다양한 농도의 길항제가 작용제(agonist)의 활성을 억제하는 정도를 조사하여 결정할 수 있다.^[16] IC50 값은 작용제의 최대 생물학적 반응의 절반을 억제하는 데 필요한 길항제의 농도로 계산된다.^[4]^[9] IC50 값은 두 길항제의 효능을 비교하는 데 사용될 수 있다.

IC50 값은 측정 조건에 따라 크게 달라진다. 일반적으로 억제제의 농도가 높을수록 작용제 활성이 낮아진다. IC50 값은 작용제 농도가 증가함에 따라 증가한다. 또한 억제 유형에 따라 다른 요인이 IC50 값에 영향을 미칠 수 있다. ATP 의존성 효소의 경우 IC50 값은 특히 억제가 경쟁적 저해인 경우 ATP 농도와 상호 의존성을 가진다.

2. 2. 경쟁 결합 분석 (Competition binding assays)

이 분석에서는 단일 농도의 방사성 리간드(일반적으로 작용제)를 사용한다. 리간드는 낮은 농도로 사용되며, 일반적으로 K_d 값 이하로 사용된다. 방사성 리간드의 특정 결합 수준은 다른 경쟁 비방사성 화합물(일반적으로 길항제)의 다양한 농도 하에서 결정되어, 방사성 리간드 결합에 대한 경쟁력을 측정한다. 경쟁 곡선은 로지스틱 함수에 컴퓨터로 맞출 수도 있다.^[9]^[10]

이 상황에서 IC₅₀은 방사성 리간드의 특정 결합의 50%를 치환하는 경쟁 리간드의 농도이다. IC₅₀ 값은 정용기와 윌리엄 프루소프가 공식화한 '''Cheng-Prusoff 방정식'''을 사용하여 K_i로 변환된다.^[9]^[10]

3. Cheng-Prusoff 방정식

IC₅₀은 친화력의 직접적인 지표는 아니지만, 경쟁적 작용제와 길항제의 경우 쳉-프루소프 방정식을 통해 억제 상수(K_i)와 관련될 수 있다.^[6]

쳉-프루소프 방정식은 효소 반응과 세포 수용체에 대해 다음과 같이 나타낼 수 있다.

	식
효소 반응	$K_i = \frac{IC_{50}}{1+\frac{[S]}{K_m}}$
세포 수용체	$K_i = \frac{IC_{50}}{\frac{[A]}{EC_{50}}+1}$

위 식에서 K_i는 억제제의 결합 친화력, IC₅₀은 억제제의 기능적 강도, [S]는 고정된 기질 농도, K_m은 미카엘리스 상수로 효소 활성이 최대 절반이 되는 기질의 농도이다. (K_m은 효소에 대한 기질 친화력과 자주 혼동되지만, 실제로는 그렇지 않다.)^[6]
[A]는 고정된 효능제 농도, EC₅₀은 수용체의 최대 활성의 절반을 유발하는 효능제의 농도이다.^[7] K_i는 약물의 억제 상수이며, 경쟁 분석에서 리간드가 없을 경우 수용체의 50%를 점유하는 경쟁 리간드의 농도이다.^[5]

쳉-프루소프 방정식은 높은 효능제 농도에서 좋은 추정치를 생성하지만, 낮은 효능제 농도에서는 K_i를 과대 또는 과소 평가한다. 이러한 조건에서는 다른 분석법이 권장된다.^[7]

3. 1. 효소 반응

IC₅₀은 친화력의 직접적인 지표는 아니지만, 경쟁적 효능제와 길항제의 경우 쳉-프루소프 방정식에 의해 두 가지가 관련될 수 있다.^[6] 효소 반응의 경우, 이 방정식은 다음과 같다.

:

K_i = \frac{IC_{50}}{1+\frac{[S]}{K_m}}

여기서 K_i는 억제제의 결합 친화력, IC₅₀은 억제제의 기능적 강도, [S]는 고정된 기질 농도, K_m은 미카엘리스 상수로, 효소 활성이 최대의 절반이 되는 기질의 농도이다(그러나 효소에 대한 기질 친화력과 자주 혼동되지만, 실제로는 그렇지 않다).

쳉-프루소프 방정식은 높은 효능제 농도에서 좋은 추정치를 생성하지만, 낮은 효능제 농도에서는 K_i를 과대 또는 과소 평가한다. 이러한 조건에서는 다른 분석법이 권장된다.^[7]

3. 2. 세포 수용체

:

K_i = \frac\ce{IC50}{\frac{[A]}\ce{EC50}+1}

위 식에서 [A]는 효능제의 고정 농도이고, EC₅₀은 수용체의 최대 활성의 절반을 유발하는 효능제의 농도이다. 화합물에 대한 IC₅₀ 값은 실험 조건(예: 기질 및 효소 농도)에 따라 실험 간에 다를 수 있지만, K_i는 절대 값이다. K_i는 약물의 억제 상수이며, 경쟁 분석에서 리간드가 없을 경우 수용체의 50%를 점유하는 경쟁 리간드의 농도이다.^[5]

쳉-프루소프 방정식은 높은 효능제 농도에서 좋은 추정치를 생성하지만, 낮은 효능제 농도에서는 K_i를 과대 또는 과소 평가한다. 이러한 조건에서는 다른 분석법이 권장된다.^[7]

3. 3. 한계

친화력의 직접적인 지표는 아니지만, 경쟁적 효능제와 길항제의 경우 쳉-프루소프 방정식에 의해 IC50과 K_i는 관련될 수 있다.^[6] 쳉-프루소프 방정식은 높은 효능제 농도에서는 좋은 추정치를 제공하지만, 낮은 효능제 농도에서는 K_i를 과대 또는 과소 평가한다.^[7] 이러한 조건에서는 다른 분석법이 권장된다.^[7]

4. pIC50

IC50 값은 때때로 pIC50 척도로 변환되며, 이때 사용되는 식은 pIC50 = -log10(IC50)이다. (단, IC50은 몰 농도(M) 단위)^[14] 빼기 기호로 인해 pIC50 값이 높을수록 기하급수적으로 더 강력한 억제제를 나타낸다.^[14]

5. 활용

IC50 값은 두 길항제의 효능을 비교하는 데 사용될 수 있다. IC50 용어는 2병 유체 소비 테스트와 같은 생체 내 일부 행동 측정에도 사용된다. 동물이 약물로 묶인 물병의 소비를 줄이면 소비가 50% 감소하는 약물의 농도가 해당 약물의 액체 소비에 대한 IC50으로 간주된다.^[15]

참조

_[1] 웹사이트 IC50 versus EC50 https://www.fda.gov/[...] Slotervaart Hospital
_[2] 논문 Standard units for expressing drug concentrations in biological fluids 1983-07
_[3] 논문 Inbred mouse strains vary in oral self-selection of nicotine 1996-04
_[4] 서적 Assay Guidance Manual Eli Lilly & Company and the National Center for Advancing Translational Sciences 2017-11
_[5] 웹사이트 Receptor binding techniques: competition (inhibition or displacement) assays https://web.archive.[...] Glaxo Wellcome 2007-10-05
_[6] 논문 Relationship between the inhibition constant (K1) and the concentration of inhibitor which causes 50 per cent inhibition (I50) of an enzymatic reaction 1973-12
_[7] 논문 Estimation of competitive antagonist affinity from functional inhibition curves using the Gaddum, Schild and Cheng-Prusoff equations 1993-08
_[8] 웹사이트 IC50 versus EC50 http://www.fda.gov/o[...] 2011-08-23
_[9] 웹사이트 Assay Guidance // Assay Guidance Manual // Assay Operations for SAR Support http://www.ncgc.nih.[...] 2011-08-23
_[10] 웹사이트 Pharmacology Guide - Receptor binding techniques: competition (inhibition or displacement) assays http://www.pdg.cnb.u[...] 2011-08-23
_[11] 논문 Relationship between the inhibition constant (''K_I'') and the concentration of inhibitor which causes 50 per cent inhibition (''I''₅₀) of an enzymatic reaction
_[12] 논문 Estimation of competitive antagonist affinity from functional inhibition curves using the Gaddum, Schild and Cheng-Prusoff equations
_[13] 간행물 IC50 versus EC50 Slotervaart Hospital
_[14] 저널 인용 Standard units for expressing drug concentrations in biological fluids. https://onlinelibrar[...] 1983-07
_[15] 저널 인용 Inbred mouse strains vary in oral self-selection of nicotine http://link.springer[...] 1996-04
_[16] 간행물 Assay Operations for SAR Support Eli Lilly & Company and the National Center for Advancing Translational Sciences 2017-11

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