AI 신약 플랫폼 개요 및 국내외 사례

개요

AI를 활용한 가상화 및 모델링 기술은 현재 대부분의 제약회사에서 자체적으로 개발하거나, 전문 AI 기업들과의 협력을 통해 신약 개발과정에서 활용되고 있다. 이 기술은 인공지능 기반 신약 후보물질 발굴 플랫폼으로, 기존의 신약 개발에서의 많은 비용과 시간, 높은 실패율 등의 장벽을 극복하고 바이오 연구개발 속도를 높이며 성공 가능성을 크게 향상시키고 있다. 일반적으로 전통적인 방법으로 신약을 개발하는 경우, 10∼15년이라는 긴 기간과 2∼3조 원에 이르는 높은 개발 비용이 소요된다. 그러나 AI 신약 플랫폼 기술을 활용한 경우 개발 기간은 7년으로 단축되었고 개발 비용도 약 6,000억 원 정도로 감소되었다. 이는 후보물질 도출 단계에서 100만 건 이상의 논문을 빠르게 탐색하여 시간과 인건비를 최소화하고, 임상 단계에서도 최적의 임상 대상 환자군을 도출하여 개발 시간과 비용을 최적화했기 때문이다. AI 신약 플랫폼 기술은 앞으로 더욱 높은 예측력과 정확도로 더 많은 신약 후보물질을 발굴하고, 이를 신속하게 검증하여 개발 시간을 단축하고 성공 가능성을 높임으로써 앞으로 바이오산업의 발전과 인류의 건강 증진에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

AI 신약 플랫폼 기술의 적용 범위

신약개발은 다양한 자료를 분석하고 최적화하며 go/no-go의 신속한 결정을 요구하는 까다로운 과정을 거치게 되는데, 이러한 과정에서 대량의 데이터를 기반으로 하는 AI 기술이 유용하게 적용될 수 있다. AI 신약 플랫폼 기술은 다양한 자료의 지능적 탐색과 패턴 인식, 자동화를 통해 약물 개발의 효율성을 높일 수 있다. 또한, AI를 통해 자료로부터의 학습을 통해 표면적으로는 보이지 않는 내재된 현상과 패턴에 대한 통찰을 얻을 수 있어 신약개발의 모든 단계에서 유용하게 적용될 수 있다. 이러한 AI 기술의 적용 범위는 연구 논문, 특허 자료, 화합물의 구조와 효능 관련된 빅데이터, 의료 데이터, 임상 데이터 등 방대한 자료의 분석에서부터 화합물 활성화 및 효능 극대화, 독성 및 부작용 최소화, 약물 재창출, 전임상/임상 시험 설계 등 약물을 최적화하는 신약개발 과정 전반에 걸쳐 적용 가능하다.

<AI신약 플랫폼 기술의 적용 범위>

성공 사례

국내 사례

한국제약바이오협회 인공지능신약개발지원센터에 따르면 현재 국내 AI 신약개발 기업은 50여 개사로 추정되며, AI 기업과의 협업으로 신약개발을 하려는 중견 제약바이오 기업도 현재 약 30곳 이상이라고 한다. 또한 정보가 공개된 기업에 대한 누적 투자금이 약 6,000억 원에 이른다고 한다. 2022년 상반기 동안 ‘AI활용 혁신신약 발굴’을 비롯한 27개 사업을 통해 14개 신약개발 AI 스타트업에 정부의 지원이 이뤄지고는 있으나, 현재 AI기술이 적극적으로 신약개발을 성공적인 단계로 이끌지는 못하고 있는 것으로 평가되고 있다. 50여 곳의 AI 신약 스타트업 기업들은 기업 창업이념에 따라 활성 화합물 탐색･예측, 타깃 발굴, 바이오마커 발굴 등의 플랫폼기술들을 구축하여 자체 개발 및 협업연구를 추진하고 있다. 현재 주요 AI 신약 스타트업 기업들이 보유하고 있는 AI 신약 플랫폼 기술들은 다음 표에 기술하였다.

<국내 AI 신약플랫폼 기술>

한국제약바이오협회 인공지능신약개발지원센터 조사에 따르면 AI 신약개발 기업의 총 파이프라인 수는 105건 정도로 파악됐다. 연도별로 2018년까지 누적 4건에 불과한 파이프라인이 2021년 89건, 2022년 105건으로 확대되었다고 한다. 신약개발에 AI 기술을 잘 활용하면 개발 기간과 비용을 획기적으로 개선할 수 있다는 인식이 확대되면서 제약사와 AI 신약개발 업체와의 협업은 지속적으로 늘어나고 있다. 2022년 이후 협업사례를 보면 유한양행-파로스아이바이오, 신풍제약-파로스아이바이오, 보령-온코크로스, JW중외제약-디어젠 등과 공동개발을 진행하는 사례가 대표적이다.

<국내 AI 기반 스타트업과 중견 제약사간의 협업사례>

해외 사례

전 세계 AI 기반 바이오텍은 800여 곳 이상이 알려져 있으며, 신약개발 초기 단계에서 임상에 이르기까지 다양한 분야의 AI 기반 기업들이 새로운 개념의 빠르고 정확한 AI 신약 플랫폼 기술들을 개발하고 있다. 생물학 분야의 50년 도전과제 중의 하나인, 아미노산 서열에서 단백질 3차원 구조를 성공적으로 예측하여 신약개발 타깃 발굴과 구조 활용에 큰 기대를 불러일으킨 Google 社의 DeepMind AlphaFold platform4) 기술과 생성적 적대 네트워크기반 시스템 GENTRL 플랫폼을 이용하여 21일 만에 키나아제 억제제를 개발한 인실리코 메디슨(Insilico Medicine) 社의 PHARMA.AI 플랫폼 기술5)은 놀라운 성과를 보여주고 있다. 최근 대표적인 AI 신약 플랫폼 기술 현황은 다음 표와 같다

<해외 AI 신약 스타트업 플랫폼 기술>

최초의 AI 기반 기술로 개발된 키나아제 저해제 후보물질이 최근 전임상에서 임상으로 진입하여 AI 기반 약물의 성공 가능성을 입증하고 있다. 바로 특발성 폐섬유증 치료제인 인실리코 메디슨(Insilico Medicine) 社의 Pharma.AI drug discovery platform 기술로 개발된 ‘INS018-055’이 현재 임상 1상을 성공적으로 진행 중이며, 2023년 임상 2상에 진입할 것으로 기대하고 있다. 2022년 초까지 주요 20여 개 AI 기반 신약개발 회사는 협업을 포함 160여 개 신약 탐색 프로그램을 수행하고 있으며, 이 가운데 15개 정도가 임상 개발 중인 것으로 밝혀졌다.

<해외 AI신약 플랫폼 활용 개발 약물 현황>

AI 신약 플랫폼 기업에 쏟아지는 투자 자본의 양이 크게 증가하였고(2020년의 22억 8,000만 달러, 2022년의 1,264억 달러), AI 스타트업과 빅파마들의 연구 파트너십의 수도 꾸준히 증가하고 있다. 세계 굴지의 빅파마들인 일라이릴리(Lilly), 비엠에스(BMS) 등은 8∼12건, 사노피(Sanofi), 지에스케이(GSK) 등 13∼16건, 머크(Merck), 화이자(Pfizer) 등 17∼22건, 아스트라제네카(Astrazeneca) 27건 이상의 협업을 통해 AI 기술을 신약개발에 적극적으로 활용하고 있는 것으로 보고되고 있다. 대표적인 협업사례는 아래 표와 같다.

<해외 AI 기반 스타트업과 글로벌 제약사 협업사례>