인류는 세상에 등장한 이래 거의 대부분의 시간 동안 자연에서 얻은 각종 유효성분을 그대로 의약품으로 사용했다. 흔히 말하는 생약이 이에 해당한다. 그러나 생약은 균일한 품질을 확보할 수 없고, 인간이 원하는 만큼 성능값을 높일 수도 없다는 문제가 있었다. 산업혁명 이전 인간이 이용할 수 있었던 유일한 에너지인 자연력과 마찬가지였던 셈이다.

그러다가 19세기 들어 인간은 드디어 자연의 유효성분을 정제하고, 자연에는 없는 유효성분을 인공적으로 만들어내면서 의약품의 성능과 효율을 증진하기 시작한다.

인류가 최초로 자연 속의 유효성분을 추출 및 정제해 만든 의약품은 다름 아닌 모르핀이었다. 양귀비를 이용해 만든 생약인 아편은 세계 여러 지역에서 진통제로 사용돼왔으나 생약의 한계상 약효가 균일하지 않았다. 어떤 때는 진통 효과를 못 보기도 하고, 어떤 때는 환자를 죽일 정도까지 가기도 했다.

이에 독일의 보조 약사 프리드리히 제르튀르너는 아편에서 진통 효과를 내는 유효성분만 추출해 투여하면 더욱 균일한 치료 효과를 얻을 수 있고, 투여량에 따라 치료 효과의 크기도 조절할 수 있을 것이라는 가설을 세웠다. 그는 이를 입증하기 위해 아편 고형물을 산성 용액에 녹인 후, 암모니아를 가해 침전물(유효성분)을 얻는 화학적 분리 과정을 반복했다. 그 결과 1804년 그는 아편에서 통증을 멎게 하는 백색 결정을 분리하는 데 성공했다. 그는 이 물질의 이름을 그리스신화 속 잠의 신 ‘모르페우스^Morpheus’의 이름을 따서 ‘모르피움^Morphium(이후 모르핀으로 정착)’이라고 명명했다. 제르튀르너는 동물 실험 및 자가 실험을 통해 이 물질의 약효를 증명했다.

제르튀르너의 모르핀 발견은 자연물 속에서 의약품의 유효성분만 골라내 활용한 인류 최초의 사례였다. 이 발견을 계기로 퀴닌(말라리아 치료제), 코카인, 카페인, 니코틴 등 자연물에서 의약품의 유효성분을 추출하는 기술이 폭발적으로 발전했다. 기존에는 100% 천연 물질 채집에만 의존했던 의약품 생산방식이, 화학 기술을 이용해 공장에서 인간이 원하는 만큼 대량으로 생산하는 방식으로 바뀐 것이다.

또한 19세기에 인간은 과학기술을 통해 기존에 없던 유효성분도 만들어낼 수 있게 된다. 그 선두 주자는 다름 아닌 아스피린이다. 유럽에서는 전통적으로 흰 버드나무 껍질을 해열 진통제로 사용해왔다. 이 껍질에는 해열 진통 효과를 내는 살리실산이라는 물질이 있었기 때문이다. 그런데 살리실산은 산도가 높아 일부 환자들에게 위통과 위염을 일으켰다. 그 때문에 당시 과학자들은 산도를 낮추기 위해 살리실산을 아세틸화하는 연구에 몰두했다.

1853년 프랑스 화학자 샤를 제라르가 아세틸화 살리실산을 처음으로 합성했다. 이후 1897년 바이엘 제약회사의 아르투어 아이헨그륀, 펠릭스 호프만이 합성해낸 아세틸화 살리실산은 제라르가 만든 유사 제품보다 순도와 안정성 등의 성능이 훨씬 좋았다. 바이엘사는 이 물질에 ‘아스피린^Aspirin(아세틸의 첫 글자인 A와 살리실산의 공급원인 조팝나무Spirea를 합성한 이름)’이라는 상품명을 붙여 1899년부터 판매, 전 세계적으로 큰 상업적 성공을 거두었다. 인류는 이외에도 다양한 신물질을 만들어 의약품에 활용해오고 있다.

하지만 이것이 마냥 좋기만 한 것은 아니었다. 이러한 신물질은 원래 ‘눈’이 없다. 환부와 건강한 부위를 가리지 않고 무차별적으로 작용하기 일쑤였다. 그리고 이것들은 자연에 전혀 없던 신물질이라 인체가 여기에 충분히 적응된 상태도 아니었다. 이는 치료 효과를 높이기 위한 투여량 증가와 그에 따른 부작용 증대라는 위험을 불러왔다.

이에 필요한 만큼만 정밀 작용하게끔 의약품의 ‘지능’을 높여 치료 효율을 높이고 부작용은 줄이기 위한 노력이 이어졌다. 이러한 노력은 의약품의 작용 시간과 작용 부위를 조절하기 위한 것으로 구체화되었다. 작용 시간의 조절은 20세기 중반 서방형 제제가 등장하면서 이루어졌다. 의약품 중에는 늘 체내의 의약품 농도를 일정하게 유지해줘야 하는 것이 있다. 서방형 제제가 나오기 전에는 투약 횟수를 늘려서, 그러니까 소량을 여러 차례 투약하는 방식으로 구현했지만, 이는 환자의 투약 거부도를 높일 수 있다. 하루에도 여러 차례 투약하면 귀찮지 않은가.

하루에 한 번 정도만 대량으로 투약하되 이 의약품이 체내에서 천천히 방출되도록 해, 체내의 의약품 농도를 유지하고 부작용도 최소화하는 것이 서방형 제제 기술의 핵심이다. 최초의 서방형 기술은 1952년 미국 제약사 스미스클라인앤드프렌치^{Smith, Kline & French}(현 GSK)가 개발한 스팬설^Spansule 기술이다. 이 회사는 하나의 캡슐 안에 녹는 속도가 제각각인 코팅된 알갱이들을 섞어서 넣었다. 어떤 알갱이는 즉시 녹고, 어떤 것은 4시간 뒤, 어떤 것은 8시간 뒤에야 녹는다.

1968년에는 미국의 알자사에서 삼투압 펌프 기술(Oral Osmotic System의 약자인 OROS 기술이라고도 불린다)을 개발했다. 이 기술은 알약 안에 삼투압 펌프를 설치한 것이다. 알약이 인체의 수분을 흡수하면 이 수분이 삼투압 펌프를 작동, 유효성분을 균일한 속도로 방출해준다. 다만 삼투압 펌프 기술이 특허를 얻고 알약 형태로 처음 상업화되어 시장에 나온 것은 1970년대 후반~1980년대 초반이다.

의약품의 작용 부위를 조절하려는 시도는 20세기 후반 바이오 의약품 및 나노 의약품 연구 성과가 나오면서 암 치료를 위주로 구체화되기 시작했다. 바이오 의약품이란 화학물질이 아닌 생명체의 단백질을 유효성분으로 사용하는 의약품이다. 나노 의약품이란 의약품의 유효성분 또는 그 전달체를 나노미터^nm(10억분의 1m) 단위로 정밀가공해 그 물성을 크게 높인 의약품이다. 이러한 의약품은 우리 몸의 면역체계가 이물질만 골라서 공격하듯이, 표적인 암세포만 식별하고 공격해 격파하는 방식으로 쓰이고 있다.