GIST, 개인 맞춤형 암 치료 위한 생성 AI 개발… 97% 정확도로 약 효과 예측 가능

암 치료가 발전했지만, 여전히 암을 완전히 정복하지 못한 이유가 있다. 암은 환자마다 유전자가 다르고, 같은 약이라도 사람에 따라 효과가 천차만별이기 때문이다. 마치 사람마다 체질이 다른 것처럼, 암도 환자마다 특성이 모두 다르다.

환자마다 다른 유전자, 이제 AI가 맞춤 약 만들어준다

이 문제를 해결하기 위해 광주과학기술원(GIST) 연구팀이 놀라운 기술을 개발했다. 환자의 유전자 정보를 컴퓨터에 입력하면, 인공지능이 그 환자에게 딱 맞는 항암제를 설계해 주는 것이다. 이 기술의 이름은 ‘G2D-Diff’다.

지금까지 신약 개발 방식은 크게 두 가지였다. 첫 번째는 특정 단백질을 공격하는 약을 만드는 방법이고, 두 번째는 암세포가 어떻게 반응하는지 보면서 약을 만드는 방법이다. 하지만 암은 워낙 복잡해서 어떤 단백질을 공격해야 할지 모르는 경우가 많았다.

화학 실험 없이도 99% 성공률로 약물 구조 복원, 97% 정확도로 약 효과 예측

새로 개발된 AI 모델은 정말 놀라운 성능을 보였다. 컴퓨터가 1,000개의 약물 분자를 만들어내고 다시 원래대로 복원하는 테스트에서 99%의 성공률을 기록했다. 이는 AI가 약물의 구조를 거의 완벽하게 이해하고 있다는 뜻이다. 또한 새로운 약물 분자를 무작위로 만들어내는 테스트에서도 86%의 유효성을 보였다. 이는 AI가 만들어낸 분자 10개 중 8~9개는 실제로 존재할 수 있는 합리적인 화학 구조라는 의미다.

더 중요한 것은 약물 효과 예측 능력이다. AI가 “이 약물이 특정 암세포에 효과가 있을 것”이라고 예측한 결과를 검증해 본 결과, 97% 이상의 높은 정확도를 보였다. 이는 실제 실험을 하지 않고도 컴퓨터 시뮬레이션만으로 약물의 효과를 거의 정확하게 예측할 수 있다는 뜻이다. 연구진은 AI가 만든 약물들이 실제 약물과 얼마나 비슷한지도 확인했다. 약물다움 정도, 합성 가능성, 용해도 등 여러 기준에서 검증한 결과, AI가 만든 약물들이 실제 약물 데이터베이스에 있는 약물들과 매우 유사한 특성을 보였다.

기존 방법보다 훨씬 다양하고 정확한 약물 설계

이 AI 모델을 기존 방법과 비교해 봤더니 놀라운 결과가 나왔다. ‘PaccMannRL’이라는 기존 AI 방법과 비교했을 때, 새로운 방법이 훨씬 다양한 종류의 약물을 만들어냈다. 마치 요리사가 같은 재료로도 더 다양한 요리를 만들어내는 것과 같다.

더 중요한 것은 정확도다. AI가 “이 환자에게는 이 약이 효과적일 것”이라고 예측한 결과를 검증해 봤더니, 실제로 그 환자 유형에 효과가 있을 것으로 예상되는 약물들과 매우 유사한 패턴을 보였다.

연구진은 세 가지 다른 조건에서 테스트했는데, 모든 경우에서 AI가 환자의 유전자 정보에 따라 서로 다른 약물을 정확히 설계하는 것을 확인했다. 마치 맞춤 양복을 만드는 것처럼, 각 환자에게 딱 맞는 약을 만들어준 것이다.

치료 어려운 유방암 환자 위한 새 약물 후보 발견

연구진은 이 기술이 실제로 도움이 될 수 있는지 확인하기 위해 가장 치료하기 어려운 암 중 하나인 삼중음성 유방암을 대상으로 실험했다. 이 암은 기존 치료법이 잘 듣지 않아 환자들이 매우 힘들어하는 암이다.

첫 번째 실험에서는 HS578T라는 특정 유방암 세포의 유전자 정보를 AI에 입력했다. 그랬더니 AI가 만든 약물들이 실제로 이 암세포에 효과가 있을 것으로 예상되는 약물들과 비슷한 특성을 보였다. 하지만 구조는 완전히 새로웠다. 특히 흥미로운 것은 AI가 ‘TNBC-S1’이라는 새로운 약물을 설계했는데, 이것이 기존 약물인 ‘피메피노스타트’와 구조는 다르지만 같은 방식으로 작동한다는 것을 확인했다. 마치 다른 모양의 열쇠지만 같은 자물쇠를 열 수 있는 것처럼 말이다.

두 번째 실험에서는 실제 환자 4명의 유전자 정보를 합쳐서 AI에 입력했다. 이번에도 AI는 ‘TNBC-S2’라는 새로운 약물을 설계했고, 이것이 ‘디나시클립’이라는 기존 약물과 비슷한 방식으로 작동함을 확인했다. 실제로 컴퓨터 시뮬레이션으로 확인해 본 결과, 이 새로운 약물이 암세포의 핵심 부위에 잘 달라붙는 것을 확인했다.

개인 맞춤형 암 치료의 새로운 시대 열어

이번 연구는 암 치료에 혁명적인 변화를 가져올 수 있는 중요한 성과다. 지금까지는 모든 환자에게 같은 약을 주고 효과를 기대했지만, 이제는 각 환자의 유전자에 맞춘 전용 약물을 설계할 수 있게 됐다. 특히 이 기술의 장점은 속도다. 기존에는 새로운 약물을 개발하는 데 수십 년이 걸렸지만, AI를 이용하면 몇 달 안에 후보 약물을 찾을 수 있다. 또한 수많은 화학 실험을 하지 않고도 컴퓨터로 먼저 검증할 수 있어서 비용과 시간을 크게 절약할 수 있다.

연구진은 “이 기술이 특히 치료가 어려운 암 환자들에게 새로운 희망을 줄 수 있을 것”이라며 “앞으로 더 많은 암 종류에 적용해 개인 맞춤형 치료를 현실화하겠다”고 말했다. 암 정복의 꿈이 한 걸음 더 가까워진 것이다.

FAQ

Q: 이 AI 기술이 어떻게 환자마다 다른 약을 만들 수 있나요?

A: 사람마다 지문이 다르듯이 유전자도 모두 다릅니다. 이 AI는 환자의 유전자 정보를 마치 설계도처럼 읽어서, 그 환자의 암세포에만 효과적으로 작용할 수 있는 약물의 구조를 컴퓨터로 설계합니다. 마치 맞춤 옷을 만드는 것처럼 각 환자에게 딱 맞는 약을 만들어주는 것입니다.

Q: 이 기술로 만든 약이 정말 안전한가요?

A: 현재는 컴퓨터로 약물을 설계하는 단계입니다. 실제 사람에게 사용하려면 안전성 검사, 동물 실험, 임상시험 등 여러 단계를 거쳐야 합니다. 하지만 이 AI가 만든 약물들을 분석해 보니 독성이 낮고 안전한 특성을 보여서 가능성이 높습니다.

Q: 언제쯤 실제 병원에서 이런 맞춤형 약을 받을 수 있을까요?

A: 새로운 약이 개발되어 실제 환자에게 사용되기까지는 보통 10-15년이 걸립니다. 하지만 이 AI 기술은 초기 약물 발견 과정을 몇 년으로 단축시킬 수 있어서, 전체적으로 개발 기간을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대됩니다.

해당 기사에 인용된 논문 원문은 네이처에서 확인 가능하다.

논문 명: A genotype-to-drug diffusion model for generation of tailored anti-cancer small molecules

이미지 출처: 이디오그램 생성

해당 기사는 챗GPT와 클로드를 활용해 작성되었습니다.