인공지능((AI) 기반 신약개발: 패러다임 변화 - Part 2

신약개발 패러다임 변화: 가설기반에서 인공지능 기반으로

n  임상시험

  머신러닝 기반의 모델을 통해 최적의 결과를 도출하는 정밀한 임상시험을 설계하거나 최적의 임상대상을 예측하는데 AI 가 사용된다. trials.ai 는 임상실험 최적화에 딥러닝을 이용하여 FDA가 2017년 9월부터 요구하는 임상시험보고서를 디지털로 전환하는데 착안하여 수백만 데이터 포인트들로부터 발생하는 복잡한 질문에 인공지능 봇이 실시간 대답하고 임상시험의 전과정을 디지털화 했으며 예측분석을 통하여 대시보드형태의 클릭으로 임상시험을 자동화하도록 지원한다. 임상대상 예측에서는 deep6AI 의 경우, 정형, 비정형 데이터를 실시간 취득하여 자연어처리, 지식그래프 등을 통해 수천가지의 임상데이터가 임상프로파일 지식그래프로 통합되어 실시간으로 코호트, 환자군들을 발견하고 비교하도록 지원한다. Mendel.ai 는 암환자의 치료기록을 mendel.ai 웹사이트에 업로드하면 인공지능을 이용하여 그 질병과 매치되는 임상실험기관들을 보여주어 질병과 환자대상을 신속하게 연관시켜주는 솔루션을 제공한다.

n  스마트 약물감시

AICure 는 아직도 전세계 50%가 의사가 처방한데로 복용준수가 이루어지지 않는 점에 착안, 인공지능의 이미지인식을 통해 정해진 시간에 환자에게 복용을 스마트폰으로 통지하고 스마트폰을 통해 입안에 약이 삼켜지는 영상을 촬영하게 함으로써 약이 복용되었는지를 감시하는데 AI를 적용하는 회사이다.

n  계량약리학(Pharmacometrics)

계량약리학이란 IoT, 센서, 스마트폰 및 AI를 통한 시뮬레이션을 통해 약물간 의 상호작용에서의 약물동태학(PK)과 약력학(PD)의 진단을 수행하는 것으로, 아스트라제네카의 경우 임상시험에서 환자의 상태에 따른 적응형 임상시험 디자인과 바이오마커의 임상시험통합을 통해 실시간 데이터획득 및 분석을 꾀하고 있으며 조기임상시험의 혁신을 리드하고 있다. 아스트라제니카는 인공지능 기반의 iDecide 플랫폼을 통해 1,2 상 환자 효용성 내약성 데이터를 실시간 분석하며 허용오차에 대해 환자가 스마트폰을 통해 오디오/문자/비디오등을 통해 실시간 피드백을 할 수 있도록 하였다. AI 가 이러한 임상데이터와 환자의 피드백 그리고 문헌데이터등을 실시간 모니터링하여 안전신호를 환자에게 경고하도록 설계되었다. 또한 AI 가 이와 관련된 임상연구자료의 최신상태를 추적하도록 하고있다. 이와 같이 환자 침대머리에 바이오마커테스트, 웨어러블 기기, 원격 모니터링을 도입하여 환자 곁에 다가가서 실시간으로 데이터 획득 및 분석으로 계량약리학의 선구적 역할을 하고 있다.

IBM과 화이자는 파킨슨환자의 신체나 일상생활 환경에 센서등의 IoT 환경을 구축하여 환자의 일상의 모든 데이터 예컨데 신체온도, 몸의 움직임, 냉장고의 문이 얼렸는지 와 같은 데이터들을 지속적으로 측정하여 딥러닝을 통해 분석하여 어떤 변화가 어떤 신경체와 어떤 화합물의 변화로 야기되는가 와 같은 연구에 돌입했다. 파킨슨 같은 뇌질환은 매 분마다 상태가 달라지기 때문에 병원의 탐문검진보다는 24시간 일상에서 발생하는 데이터로부터 치료의 실마리를 AI를 통해 찾고자 하는 노력이 진행되고 있다.

n  AI가 신약개발 전주기에 걸쳐 패러다임 변화를 선도

이상에서 살펴보았듯이 AI는 이미 신약개발 전주기에 적용되어 전통적 패러다임을 파괴적으로 바꾸고 있다. 아톰와이즈는 신약개발에 평균 15년 이상이 소요되고 평균 개발비용이 2.5조원이 소요되는 이유는 제약사가 모든 약물을 물리적으로 테스트하기전에 잠재적 신약을 만들어 놔야 하기 때문이라고 말한다. 아톰와이즈는 딥러닝을 이용하여 PC에서 만년이상 걸리는 수백만의 잠재적 화합물을 하루만에 테스트할 수 있었고 이를 통하여 기존 신약들 로부터 2개의 에볼라 바이러스 치료제를 발견할 수 있는 재목적화를 이뤘다. 베네볼런트AI의 경우 신약물질 대상 선정에서 통상 1~2 년의 검증기간을 AI를 통해 1달만에 마쳤다고 한다.

n  에필로그

소프트웨어와 AI를 통한 전산업의 디지털화에 대처하는 기존 산업들이 혁신가의 딜레마에 빠지는 이유는 전통적 미덕을 부정(cannibalize)하기 어렵기 때문이다. 이것이 패러다임 변화기에 변곡점을 간과하게 한다. 하지만 영웅은 이러한 패러다임 변화기에 나타난다. 새로운 기술로 무장한 새로운 종(breed)은 소리없이 전혀 새로운 비즈니스모델과 고객을 만들어 기존 산업을 무력화 시킨다. 우리도 영민하게 준비하고 신속하게 움직이면 이러한 변화의 파고를 기회로 만들 수 있다. 국가별로 인공지능을 국가과제의 1순위로 추진하는 상황 하에서 앞으로의 3년이 중요한 이유이다.