국가독성과학연구소는 화학물질의 유해성을 과학적으로 규명하고 국민건강과 산업안전을 뒷받침하는 독성 연구기관이다. 독성기전 연구, 인체 유해성평가, 시험법개발 및 표준화 등 국민안전과 관련된 연구를 수행하고 있다.

국가독성과학연구소 호흡기안전연구센터는 가스·에어로졸 등 흡입가능물질의 흡입독성평가와 호흡기 안전연구를 전문적으로 수행하고 있다.

차세대냉매는 지구온난화지수(GWP), PFAS 규제대응성, 에너지효율뿐만 아니라 누출이나 제조·취급과정에서 사람이 흡입했을 때의 안전성까지 확보해야 실제 산업적용이 가능하다. AI독성예측은 초기후보를 빠르게 선별하는 데 유용하지만 최종후보의 안전등급과 활용가능성을 판단하기 위해서는 표준화된 시험을 통한 실험적 검증이 필요하다.

특히 신규냉매의 시장진입을 위해서는 ASHRAE 34 등 국제표준에 따른 독성등급 분류(Class A/B)가 요구된다. 그러나 이를 위한 GLP기반 흡입독성평가를 국내에서 검증할 수 있는 전문 인프라는 제한적이다.

이번 ‘AI 물질발굴기술 활용 친환경·고효율·무독성냉매 및 히트펌프 적용·검증기술개발’ R&D에 참여하는 국가독성과학연구소는 오랜 기간 흡입독성분야를 핵심연구역량으로 육성하며 기체상 물질에 대한 흡입독성평가 인프라와 GLP 인증역량을 갖춰 왔다.

특히 기체상 시험물질의 발생·유량제어·분배부터 시료채취, 정량분석, 노출농도 모니터링 및 독성평가까지 전 과정을 통합적으로 수행할 수 있다. 신규냉매의 휘발성, 압력, 반응성 등 물리·화학적 특성에 맞춰 흡입평가시스템과 분석조건을 최적화하고 노출기간 동안 실제 농도를 정밀하게 확인할 수 있다는 점이 강점이다.

또한 국내 4개 관계부처의 GLP 인증을 동시에 보유하고 있으며 대규모 흡입독성평가 인프라와 오랜 기간 축적한 전문성을 바탕으로 국제적 수준의 시험 신뢰성을 확보하고 있다.

신규 냉매 흡입독성 평가 체계 구축
국가독성과학연구소는 이번 과제에서 후보 신냉매의 급성 및 반복흡입독성평가를 전담한다. AI가 예측한 독성값을 실제 동물시험을 통해 검증하고 급성·반복흡입독성시험으로 반수치사농도(LC50)과 무영향관찰농도(NOAEC)를 도출해 후보 신냉매의 안전성 검토에 필요한 과학적 근거를 제공할 계획이다.

이러한 흡입독성자료는 ASHRAE 34에 따른 독성 Class A/B 검토에 필요한 근거로 활용되며 다른 참여기관에서 생산하는 가연성 평가자료와 함께 A2L 등 최종 안전등급을 검토하는 데 기여할 것으로 기대된다.

연차별 연구는 1~2차연도 인프라 구축과 흡입독성평가법 확립, 3~4차연도 흡입독성데이터 생산 등 크게 두 단계로 진행된다.

1차연도에는 가스상 냉매 유량제어 및 분배시스템, 흡입 시료 샘플링과 농도 모니터링시스템 등 기반 인프라를 구축한다. 2차연도에는 상용냉매 등 레퍼런스 물질을 이용해 시스템 성능을 검증한 뒤 후보냉매의 특성에 부합하는 흡입노출 발생법과 GC 기반 정량분석법을 확립·검증할 예정이다.

3차연도에는 목표농도별 노출조건을 최적화하고 필요 시 예비시험을 거쳐 OECD TG 403 기반 GLP 급성흡입독성시험을 수행한다. 이를 통해 LC50(반수치사농도)을 산출할 계획이다. 4차연도에는 OECD TG 412 기반 GLP 4주 반복흡입독성시험을 실시한다. 대조군과 3개 농도군을 대상으로 하루 6시간, 주 5일, 4주간 비부흡입노출을 진행하고 임상병리·장기중량·기관지폐포세척액 및 조직병리검사 결과를 종합해 NOAEC(무영향관찰농도)를 도출할 예정이다.

이번 과제를 통해 후보냉매의 급성·반복흡입독성을 평가함으로써 후보 선정과 성능평가 및 실증과정에서 안전성 판단의 불확실성을 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 이는 개발 후반의 실패비용과 기간을 줄이고 최종후보 선정, 안전자료 작성, 국제표준 등록 및 안전등급 검토에 필요한 근거자료를 확보하는 효과로 이어질 것으로 기대된다.

또한 가스상 신규 물질에 적용 가능한 GLP기반 흡입 발생·분배·분석·독성평가기술을 국내에 축적하고 독성시험자료를 AI모델과 비교·평가해 향후 후보물질 예측정확도를 높일 수 있다. 궁극적으로 저GWP냉매 전환 과정에서 환경성과 에너지 효율뿐만 아니라 국민의 건강 보호까지 함께 고려하는 국내 기술기반을 강화할 예정이다.

국가독성과학연구소의 관계자는 “흡입독성평가의 성패를 좌우하는 가장 중요한 요소는 시험기간 동안 목표 노출농도를 정확하고 안정적으로 구현하는 것”이라며 “실제 동물이 흡입한 농도가 명확해야만 관찰된 생물학적 변화와 노출량의 관계를 신뢰성 있게 해석할 수 있으므로 냉매물성에 맞는 흡입발생조건과 검증된 정량분석법 및 정확도와 신뢰도가 높은 농도 모니터링시스템을 구축하는 것이 핵심”이라고 말했다.

이어 “차세대 냉매의 상용화에는 우수한 성능의 물질을 발굴하는 것만큼 독성·가연성·환경성·시스템 적용성을 표준화된 방법으로 검증하는 과정이 중요하다”라며 “정부차원에서 AI탐색, 합성·정제, 독성평가, 표준화·인증, 실증을 하나의 전주기로 연결하는 장기지원과 함께 신규 기체상 물질을 평가할 수 있는 공공 GLP인프라를 지속적으로 확충해야 한다”라고 말했다.

이어 “이번 연구를 통해 신규 냉매의 안전성을 체계적으로 평가할 수 있는 기반을 마련할 것”이라며 “참여기관들과 긴밀히 협력해 환경성·성능·안전성을 균형있게 고려한 후보냉매 개발에 기여하겠다”고 강조했다.