GIST '개인 맞춤형 항암제 생성 AI' 세계 최초 개발…난치성 암 정밀치료

(광주=뉴스1) 조영석 기자 = 광주과학기술원(GIST) 연구진이 암 환자의 유전자형에 적합한 개인 맞춤형 항암제 후보물질을 생성할 수 있는 인공지능(AI) 모델을 세계 최초로 개발했다.

GIST는 전기전자컴퓨터공학과 남호정 교수 연구팀이 암세포마다 다르게 나타나는 유전자형 정보와 약물 반응 데이터를 학습, 환자 개인에게 최적화된 새로운 항암제 후보물질을 제안하는 생성형 AI 모델을 개발했다고 3일 밝혔다.

연구팀이 세계 최초로 개발한 이번 AI 모델은 환자 맞춤형 정밀의료는 물론 기존의 치료법이 잘 듣기 않는 난치성 암에 대한 새로운 해법을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

암은 동일한 유형의 질환이라도 환자마다 유전자형이 달라 치료 효과에 큰 차이를 보이는데 연구팀은 약 150만 개의 화학 구조와 120만 건의 약물 반응 데이터를 학습한 생성형 AI 모델 'G2D-Diff'를 개발했다.

G2D-Diff는 실제 임상에서 확보할 수 있는 유전자 정보(돌연변이 및 복제수 변이)와 목표로 하는 약물 반응 수준을 입력하면 이에 최적화된 항암제 후보물질을 자동으로 설계한다.

G2D-Diff는 최고 성능을 가진 모델로 알려진 IBM의 'PaccMannRL'에 비해 다양성(Diversity), 실현 가능성(Feasibility), 조건 적합성(Condition Fitness) 등에서 모두 우수한 성능을 보였다.

특히 생성된 화합물들이 입력된 유전자형 조건에 얼마나 잘 부합하는지 평가하는 '조건 적합성(Condition Fitness)' 항목 중 약물 반응성 예측에서는 기존 모델이 약 51%의 평균 오차율을 보인 반면, G2D-Diff는 약 1% 수준의 평균 오차율을 기록했다.

연구팀은 G2D-Diff 모델을 난치성 암의 대표 사례인 삼중-음성 유방암에 적용, 실제 활용 가능성을 검증한 결과 환자들의 유전자 변이 정보를 입력해 생성한 후보물질들이 암세포 증식을 억제하는 핵심 단백질인 PI3K, HDAC, CDK 등을 정확히 표적으로 삼았다.

이는 AI가 환자 개개인의 유전적 특성을 분석해 그에 최적화된 완전히 새로운 치료제를 설계할 수 있음을 보여주는 획기적인 성과로 평가된다.

남호정 교수는 "이번 연구는 개인 맞춤형 의학의 새로운 가능성을 연 것으로, AI 기술이 난치성 암 환자들에게 새로운 희망을 제공할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

남호정 교수가 지도하고 김현호 박사(현 국가독성과학연구소 선임연구원)와 배봉성·박민수·신예원 석박통합과정생·Trey Ideker 교수(University of California, San Diego)가 함께 수행한 이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 7월 1일 온라인 게재됐다.

kanjoys@news1.kr