오픈콜라보 국내 AI 신약 개발...5조시장 '불꽃 경쟁'

• 대웅제약, 크리스탈파이와 항암신약 공동연구 수행
• SK케미칼, 폐섬유화증 후보물질 발굴·특허...JW중외, 통풍 분야 캐시카우
• 한미, 스탠다임과 비알콜성지방간 파이프라인 탐색

[데일리팜=노병철 기자] 국내 제약기업들이 오픈 콜라보레이션 전략을 통한 인공지능(AI) 신약 개발 분야에서 다양한 성과를 도출하고 있어 주목된다.

인공지능을 활용한 혁신 신약 개발은 투자비용·연구개발 기간을 최대 1/3로 단축할 수 있는 장점이 있어 최근 5년 새 국내외 헬스케어산업에 적극 도입하고 있다.

먼저 대웅제약은 지난해 4월, 미국 크리스탈파이(XtalPi)와 AI 기반 신약 개발 플랫폼을 이용한 항암 신약 공동 연구 및 개발 계약을 맺으며, 가시적 성과에 도전하고 있다.

크리스탈파이는 미국 매사추세츠공대(MIT)의 양자물리학 전문가들이 설립한 AI 신약 연구개발 기업이다.

이번 계약을 통해 양사는 합성 치사(synthetic lethality) 원리에 기반한 항암 타깃 신약 개발을 공동 진행, 크리스탈파이가 신약 개발 클라우드 컴퓨팅 플랫폼을 이용해 신약후보 물질을 발굴하면, 대웅제약은 전임상 및 임상시험을 수행하고 사업화를 진행할 예정이다.

이와 함께 대웅제약은 2021년 3월부터 AI 기반 신약 개발 전문기업인 온코크로스와 공동 연구 개발을 진행하고 있다.

온코크로스는 신약후보 물질과 신규 적응증을 찾아내는 AI 플랫폼 기술과 관련 빅데이터를 보유한 기업이다.

대웅제약은 현재 개발 중인 신약 이나보글리플로진과 DWN12088에 온코크로스가 보유한 유전자 발현 패턴 기반의 AI 플랫폼 RAPTOR AI를 접목해 적응증을 확대하고 있다.

또한, 대웅제약은 2020년 1월 미국 바이오기업 A2A 파마(A2A Pharmaceuticals)와 파트너십 계약을 체결하고 항암 신약 공동 연구 개발을 진행해오고 있다.

A2A는 자체 개발한 AI 신약 설계 플랫폼 SCULPT를 활용해 신규 화합물을 설계하고, 대웅제약은 이를 기반으로 물질 합성 및 평가를 수행해 항암 신약 후보 물질을 도출하는 역할을 담당한다.

양 사는 AI 플랫폼 활용을 통해 후보물질 탐색으로 신약 개발에 투자되는 시간과 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

한편, 대웅제약은 신약 개발 연구원과 임직원이 빅데이터와 AI 관련 지식 및 기술을 습득해 업무에 적용할 수 있도록 돕는 DABA(대웅 인공지능 빅데이터 아카데미)를 개설해 운영하고 있다.

대웅제약은 AI 전문기업과 개방형 협력을 통한 혁신 신약 개발에 집중하는 한편, 자체 AI 전문 역량 강화에도 힘쓸 계획이다.

JW중외제약은 자체 구축한 인공지능(AI) 기반 R&D 플랫폼인 주얼리(JWELRY, JW Excellent LibraRY)와 클로버(CLOVER, C&C research Laboratories Omics serVER)를 통해 혁신신약 연구개발에 매진하고 있다.

주얼리와 클로버는 ▲환자 유래 암세포·면역질환 유전자 데이터베이스(DB) ▲표적 유전자 발굴 ▲타깃 단백질 발굴 ▲약물 도출 및 최적화(유효물질→선도물질→개발후보물질) 등 신약개발을 위한 전주기 플랫폼으로 신약개발 소요기간 단축과 비용 절감을 기대할 수 있다.

JW중외제약은 주얼리와 클로버를 통해 계열 내 최초 신약인 퍼스트 인 클래스(First-in-Class) 개발에 집중하고 있다.

JW중외제약 신약연구센터는 Wnt 신호전달경로에 특화된 주얼리를 핵심 원천기술로 활용하고 있다.

주얼리는 Wnt 신호 활성과 저해를 구별해주는 플랫폼이다.

각종 질환 관련 세포주를 비롯해 동물 모델에서 채취한 조직들의 유전체 데이터베이스, 약 2만7000여 종의 화합물라이브러리, Wnt 신호 조절 약물 스크리닝계로 구성돼 Wnt 작용 약물평가와 기전연구가 가능하다.

클로버에서 발굴한 통풍치료제 에파미뉴라드(URAT1 저해제)는 중국 심시어제약(2019년)에 기술수출된 바 있다.

URC102는 임상 1상 주요 결과 확인에 따른 마일스톤 168만 달러(약 21억원)를 2021년 3월 수취 완료했다.

한미약품도 2020년부터 AI 기반 신약개발 전문기업인 스탠다임사와 공동연구 계약을 체결하고, 신약개발 초기 연구단계에서 AI 활용에 적극 나서고 있다.

스탠다임은 인공지능 기반 선도 물질 최적화(AI-based lead optimization) 플랫폼인 스탠다임 베스트(Standigm BEST®) 등 자체 개발 AI기술을 바탕으로 현재 항암, 비알콜성지방간 등 다양한 분야에서 파이프라인을 개발하고 있으며, 최근 다수의 제약기업과 공동연구도 활발히 진행하고 있다.

이번 업무협약에 따라 양사 협력으로 도출된 신약 후보물질은 한미약품 주도의 상업화 개발(임상/생산/허가)로 이어질 전망이다.

SK케미칼은 지난해 캐나다 인공지능(AI) 신약 개발 플랫폼 기업 사이클리카(Cyclica)와 AI 신약 개발 공동 연구 계약을 체결하며, 시장을 선점해 나가고 있다.

사이클리카는 자체적으로 중추신경계(CNS) 질환, 종양학, 자가면역질환 타깃 파이프라인을 보유한 AI기반 신약 개발 플랫폼 기업이다.

약물 타깃과 결합하는 후보물질들의 약리학적, 물리화학적 및 체내동태적 특성까지 감안해 선별할 수 있는 AI 기반 후보물질 발굴 플랫폼(Ligand Design, Ligand Express)을 보유하고 있고, 미국 시장조사기관 CB인사이츠가 선정한 2020년 글로벌 유망 AI 스타트업 Top100에 선정되기도 했다.

이번 협업을 통해 사이클리카는 자체 신약 개발 플랫폼을 활용해 양사 공통 관심 질환 영역의 신약 후보물질을 발굴하고, SK케미칼은 사이클리카가 발굴한 후보물질의 전임상, 임상 개발 및 전세계 상업화를 담당하게 된다.

SK케미칼은 2019년 스탠다임과 업무협약을 맺으며 AI 신약개발에 본격 가세했다. 이후 2020년엔 디어젠·닥터노아, 지난해는 심플렉스와 협업관계를 창출했다.

스탠다임의 경우 신약 재창출과 신규 타깃 발굴에 강점이 있다는 평가다.

SK케미칼과 스탠다임은 신약 재창출 플랫폼인 '스탠다임 인사이트'를 활용, 올해 초 비알코올성지방간염(NASH) 치료제 후보물질을 발굴했다.

닥터노아와도 협업 1년 만에 특허 출원이라는 가시적인 성과를 냈다. 2022년 1월 NASH 치료제 후보물질 2종과 특발성폐섬유화증 후보물질 1종을 발굴, 관련 특허를 출원한 상태다.

SK케미칼은 AI 신약개발이 3년 안에 매출을 3배 이상 확대하는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 내다보고 있다.

AI 신약개발 벤처와의 오픈이노베이션을 통해 개발비용과 시간을 최소화하고, 동시에 신규 파이프라인을 확대하겠다는 구상이다. 또 여기에 향후 3년 6000억원을 투입한다는 것이 SK케미칼의 계획이다.

글로벌 빅파마인 화이자, 아스트라제네카, 사노피 등 약 30개 이상의 글로벌 제약사들이 인공지능 신기술에 투자하여 성과를 내고 있다.

얀센의 경우 영국 베네볼런트 AI(Benevolent AI)와 인공지능으로 개발한 신약후보물질이 임상2상에 진입한 상태다.

이 밖에도 2013년에 설립된 리커젼파마슈티컬스(Recursion Pharmaceuticals)의 경우 설립 5년 만에 인공지능 기술을 활용해 뇌해면상 혈관기형 치료물질의 임상1상 IND의 FDA 승인을 받았다.

또한, 구글을 모회사로 둔 23andMe는 개인 유전체 분석 서비스를 하는 업체로, 유전자 분석 키트 구매 소비자의 유전체 정보를 기반으로 빅데이터를 인공지능/머신러닝을 통해 신약개발이 가능한 항체를 개발하기도 했다.

한편 통상 신약 개발 기간은 평균 10년 이상, 비용은 약 2~3조원에 달하며, 오랜 시간과 막대한 비용을 들여도 실패 확률이 92%에 달한다.

하지만 AI는 한 번에 100만 건 이상의 논문을 탐색할 수 있어 수십 명의 연구자가 1~5년 간 해야 할 일을 하루 만에 진행할 수 있다.

이에 전문가들은 AI가 신약 개발 전 단계에 활용될 경우 개발 주기가 15년에서 7년으로 단축되고, 개발 비용도 6000억원 수준으로 줄어들 것으로 전망하고 있다.

AI 기술은 임상시험 단계에서도 중요한 역할을 한다.

화합물 구조 정보와 생체 내 단백질 결합능력을 계산해 신약후보 물질을 제시, 약물 상호작용 등을 예측해 임상시험 설계 단계에서 나타날 수 있는 시행착오도 줄여 줄 수 있다.

그 밖에도 AI 기술은 의약품 제조 단계, 인허가 의사결정, 약물감시 등에도 사용된다. 이러한 흐름에 발맞춰 AI 신약 개발 시장의 규모는 앞으로 더욱 성장할 것으로 예상된다.

시장조사기관 글로벌 마켓 인사이트는 AI를 활용한 신약 개발 시장 규모가 매년 40%씩 성장해 2024년 40억 달러(4조7500억원)에 이를 것으로 전망했다.