세포 간 대화 학습한 AI, 맞춤형 '면역항암 치료' 시대 연다

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김상욱 포스텍 생명과학과·융합대학원 교수(왼쪽)와 이주훈 생명과학과 박사. 포스텍 제공.

세포 간 커뮤니케이션을 학습한 인공지능(AI)이 면역항암 치료법을 찾는 데 도움이 되는 것으로 나타났다. 개인 맞춤형 암 치료 전략을 세우는 데 도움이 될 전망이다. 

포스텍은 김상욱 생명과학과·융합대학원 교수, 이주훈 생명과학과 박사 연구팀이 마이크로바이옴 치료제 개발회사 ‘이뮤노바이옴’과 AI로 면역항암 치료의 약물 반응성을 예측하는 데 성공했다고 5일 밝혔다. 

암치료를 방해하는 면역관문을 타깃으로 하는 면역관문억제제(ICI)가 항암치료제로 주목받고 있다. 그러나 환자마다 유전적·환경적 요인이 다르고 종양 특성도 다양해 하나의 ICI에 반응하는 환자는 30%에 불과하다. 환자에게 맞는 맞춤형 ICI 치료 전략이 필요한 상황이다. 

연구팀은 지난 2022년 세포 안에서 일어나는 단백질 간 상호작용을 컴퓨터에 학습시켜 면역항암 치료 효과를 예측하는 AI 모델을 만들었다. 이번 연구는 한 단계 더 나아가 세포 밖에서 일어나는 세포 간 네트워크를 학습하는 AI를 개발해 환자 반응을 예측했다. 암세포와 면역세포 간 네트워크를 분석해 ICI에 대한 환자 반응성을 예측하는 기계학습 모델을 만든 것이다. 

이 모델은 흑색종, 위암, 폐암, 방광암 등 4개의 종양 세포를 가진 환자 700명의 샘플 분석에서 높은 예측 정확도를 보였다. ICI에 대한 반응 여부와 내성 관련 핵심 통신 경로를 확인하고 통신을 담당하는 수·송신 세포를 찾는 데도 성공했다. 

김상욱 교수는 “이번 연구를 바탕으로 환자별 치료 전략을 세워 맞춤형 면역 항암 치료가 가능해질 것”이라며 “세포 간 통신 네트워크는 면역계가 움직이는 기본 원리로 다른 면역 질환에서도 환자 맞춤형 치료법을 개발하는 데 적용할 수 있다”고 설명했다. 

임신혁 이뮤노바이옴 대표는 “이번에 확보한 기술을 활용해 현재 추진 중인 마이크로바이옴 치료제 개발 기간을 획기적으로 단축할 것”이라고 말했다. 연구는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 지난달 31일 게재됐다.

[문세영 기자 moon09@donga.com]