A.I.(Artificial Intelligence, 이하 AI)는 사고하고 생각하고 학습하고 판단하는 인간의 지능을 본 따 논리적인 방식으로 작동하는 공학 기술을 뜻한다. 즉 컴퓨터가 인간의 지능을 모방할 수 있도록 하는 것이 핵심이라 할 수 있다. 초기 AI는 게임이나 체스 등 일부 분야에서만 활용됐으나 딥러닝(Deep Learning), 신경망, 패턴 인식, 자연어 인식, 이미지 처리 등 다양한 분야로 확대되고 있다.

의료 분야에서도 예외는 아니다. 의료 속 AI는 딥러닝과 이미지 처리를 활용한 의료진의 진단 보조 역할부터 빅데이터 분석을 통한 신약 발굴, 그리고 외과 수술 영역에까지 그 분야가 다양하게 확장되고 있다. 의료 분야에서 진화되고 있는 다양한 AI 기술의 현황과 미래를 매경헬스가 살펴봤다.

◆ 신약 발굴을 위한 AI 시스템 '아톰넷'

미국 기업 아톰와이즈는 AI 심층신경망을 활용해 구조 기반의 약품 설계를 하는 스타트업이다. AI 주도 의약품 개발 시스템인 아톰넷을 활용해 하루에 1,000만 개의 저분자를 검사하고, 심화학습 알고리즘에 기반한 분자 분석을 통해 의약품으로서 효능, 독성, 부작용 등을 예측하는 게 주요 사업 모델이다. 특히 단백질 구조 기반 신약 발굴에 강점을 가진 것으로 알려졌다.

아톰와이즈는 60여 개 이상의 바이오파마, 대학 200여 곳과 파트너십을 맺고 활발한 연구활동을 진행해왔다. 일라이릴리, 바이엘 등 굵직한 글로벌 빅파마들과의 풍부한 협업 경험도 쌓고 있다는 것이 장점으로 평가받고 있다.

한국에서는 브릿지바이오와 최초로 공동 연구 협약을 체결했고, 이후 GC녹십자와도 협업 관계를 맺었다.

GC녹십자의 경우 A형 혈우병 치료를 위한 비 혈액응고인자 요법제(non-factor therapy)를 위한 경구복용용 저분자량 약물의 개발을 진행하고 있으며, 이틀이 채 안 되는 짧은 기간 동안 160억개에 달하는 신약후보물질들을 스크리닝 하는 등 신약 개발을 가속화하고 있다.

당시 아톰와이즈의 공동설립자인 에이브러햄 하이페츠 대표는 "아톰와이즈는 지금까지 신약개발이 어려운(undruggable) 표적들을 겨냥한 가운데 다수의 신약개발 경로를 동시에 밟아 나가기 위해 GC녹십자와 긴밀한 협력을 진행할 것"이라며 "이를 통해 세계 각국의 환자들에게 한층 더 큰 영향을 미칠 수 있게 되기를 기대한다"라고 밝힌 바 있다.

이런 아톰와이즈의 퍼포먼스는 자체 AI 시스템 아톰넷(AtomNet)을 통해 이뤄진다.

아톰넷은 대규모 라이브러리에서 1억 개 이상의 저분자를 신속·정확하게 스크리닝·평가해 선도물질 최적화 과정의 효율성을 극대화한다. 이 기술은 모든 치료 영역에서 단백질을 처리할 수 있는데, 약물이 달라붙기 어려운 상태의 표적 단백질에도 활용된다.

특히 아톰넷은 하루에도 수많은 화합물을 선별할 수 있는 것으로 알려져 있다. 실제로 에볼라 치료제 개발 당시 시판중인 7천여 종의 약물 가운데 2개의 신약후보물질을 단 하루 만에 찾아내서 이름을 알리기도 했다.

◆ 신약 후보물질 간 결합 가능성을 학습하여 도출

아톰와이즈와 협업 중인 브릿지바이오에 따르면 아톰넷을 통한 신약 후보물질 리서치(Research)는 대단히 효율적이다.

구체적으로 아톰와이즈가 컴퓨터 프로그래밍 기반 인 실리코(in silico) 스크리닝 과정을 거쳐 후보물질을 도출해 브릿지바이오에 제안한다.

브릿지바이오는 도출된 후보물질에 대한 생물학적 효능분석 검증 과정을 직접 수행한다. 이러한 과정을 반복해 최적의 후보물질을 도출한다.

브릿지바이오는 염증 관련 다양한 신호 전달에 관여하는 단백질로 알려진 펠리노-1을 저해하는 BBT-401(궤양성 대장염 치료제 후보물질)을 개발하며 다양한 후속 연구를 통해 펠리노 단백질의 구조를 규명하고 보유하고 있다.

두 회사는 공동 연구로 펠리노 단백질과 신규 후보물질들간 상호작용을 평가하고, 이를 바탕으로 다양한 질환 영역에서 펠리노 및 기타 표적 단백질들을 대상으로 한 과제를 최대 13개까지 확장할 계획이다.

브릿지바이오 관계자는 "펠리노 단백질의 구조를 규명하여 보유하고 있는 당사와 아톰와이즈의 협업은 더욱 다양한 신약개발 가능성을 탐색할 수 있도록 하는 계기가 될 것"이라며 "양사간의 오픈 이노베이션이 가속화 됨에 따라, 글로벌 혁신신약 개발에도 더욱 큰 효율성이 도모될 것으로 기대한다"라고 밝힌 바 있다.

아톰와이즈는 이러한 신약 후보물질 리서치 단계에서의 효율성을 인정 받아 시리즈 A에서 투자금 4,500만 달러(약 507억 원), 시리즈 B에서 1억 2,300만 달러(약 1388억 원)를 유치하며 큰 관심을 받고 있다.