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리버 연구소, AWS AI 기술 활용 신약 개발 가속화

[볼티모어, 메릴랜드] 뇌 발달 연구 분야의 선두 주자인 리버 연구소(Lieber Institute for Brain Development, LIBD)가 아마존 웹 서비스(AWS)의 강력한 인공지능(AI) 및 컴퓨팅 서비스를 활용하여 신약 개발 역량을 대폭 강화하고 있습니다. 이를 통해 뇌 질환 치료제 개발 속도를 높여 환자와 가족들에게 희망을 전한다는 목표입니다.

LIBD는 정신 질환 연구를 위해 기증된 세계 최대 규모의 뇌 샘플을 보유하고 있으며, 2024년 AWS IMAGINE Grant 수상자로 선정된 바 있습니다. 이번 AWS 클라우드 전환을 통해 LIBD는 IT 인프라를 전면적으로 업그레이드하고, 생성형 AI 및 컴퓨팅 서비스를 적극 활용할 계획입니다.

특히, LIBD는 생성형 AI와 예측 AI를 결합한 'GRAPE(Generative Reinforcement Alignment of Predicted Expression)'라는 새로운 도구를 개발 중입니다. 이 도구는 조현병과 같은 뇌 질환에 대한 새롭고 더욱 효과적인 치료법을 찾는 데 집중될 예정입니다.

LIBD의 이사이자 CEO인 다니엘 와인버거 박사는 "AWS의 지원을 통해 리버 연구소는 더욱 빠르고 민첩하게 움직여 환자와 그 가족들에게 희망과 새로운 치료법을 제공할 수 있게 될 것"이라며, "이는 과학의 미래이며, 우리는 이 여정의 일부가 된 것을 매우 기쁘게 생각한다"고 밝혔습니다.

AWS 클라우드 환경으로 이전함으로써 LIBD는 방대한 유전체 및 기타 데이터를 클라우드에 안전하게 저장하고, 과학자들은 AWS가 제공하는 강력한 컴퓨팅 파워와 AI 역량을 활용할 수 있게 됩니다. 또한, 클라우드 스토리지는 전 세계 어디에 있는 과학자들과도 데이터 공유 및 협업을 용이하게 하여 연구의 효율성을 극대화할 것입니다.

인간의 게놈은 30억 개의 염기서열로 이루어져 있으며, 뇌는 1,700억 개의 세포, 각 세포에는 최대 10,000개의 유전자가 발현됩니다. 이처럼 방대한 데이터를 분석하기 위해서는 최첨단 도구와 컴퓨팅 성능이 필수적입니다. LIBD 과학자들은 AWS 솔루션 아키텍트와 협력하여 딥러닝의 힘을 모든 연구원에게 제공할 수 있는 맞춤형 AI 애플리케이션을 개발하고 있습니다. 이는 복잡한 코딩 언어에 능숙하지 않은 연구원들도 AI 기술을 쉽게 활용할 수 있도록 지원합니다.

AWS의 비영리 및 공공 부문 산업 부문 부사장인 제프 크라츠는 "AWS의 AI 역량은 연구 혁신을 주도하는 데 필요한 속도, 보안, 확장성을 연구소에 제공한다"며, "이를 통해 뇌 건강 문제로 고통받는 사람들에게 획기적인 변화를 가져올 새로운 치료법을 발굴하여 결과적으로 삶의 질을 개선할 수 있을 것"이라고 말했습니다.

존스 홉킨스 의과대학 캠퍼스에 위치한 LIBD에서는 현재 AI를 활용하여 잠재적인 신약 후보 물질인 화학 물질을 스크리닝하고, 추가적인 과학자 역할을 수행할 AI 에이전트를 생성하며, 조현병, 양극성 장애, 자살, 자폐증 및 노화 관련 질환과 같은 뇌 질환 치료를 위한 새로운 약물 표적을 탐색하고 있습니다. 더 나아가 질병을 치료하고 예방하기 위한 새로운 화합물을 설계하는 데에도 AI를 활용하고 있습니다.

LIBD의 AI 연구를 총괄하는 수석 연구원인 쉬종 한 박사는 "단일 세포 기술 등에서 비롯된 데이터 폭발로 인해 생의학 연구는 새로운 시대를 맞이했으며, 이는 현대 AI 애플리케이션의 기반을 제공한다"며, "이러한 풍부한 데이터셋을 활용하여 연구원들은 AI를 통해 게놈 기능에 대한 더 깊은 통찰력을 얻고, 뇌 질환과 관련된 인과 유전자를 정확히 찾아내며, 새로운 치료 분자를 설계하고 있다"고 설명했습니다.

LIBD의 가장 귀중한 자원은 5,000개 이상의 기증된 인간 뇌에서 수집된 정보를 포함한 데이터입니다. 이 데이터에는 정신 질환 및 신경 정신 질환으로 어려움을 겪었던 사람들의 정보가 포함되어 있습니다.

GRAPE 개발 성공 사례

작년, LIBD는 생성형 AI를 활용한 혁신적인 프로젝트를 인정받는 AWS IMAGINE Grant Pathfinder – Generative AI 부문 수상자로 선정되었습니다. LIBD는 최대 $200,000의 무제한 자금 지원, 최대 $100,000의 AWS 프로모션 크레딧, 그리고 AWS Generative AI Innovation Center의 구현 지원을 받게 됩니다.

한 박사를 중심으로 마이클 네이글 박사, 지윤 주 박사 등 LIBD 과학자들은 이 자금을 활용하여 정신 질환 치료를 위한 새로운 약물을 개발하고 그 효과를 평가하는 새로운 생성형 AI 접근 방식을 개발하고 있습니다. 현재 조현병 치료제는 소수의 위험 유전자와 관련된 단백질만을 표적으로 하지만, 조현병은 수백 개의 위험 유전자와 관련되어 있어 기존 약물의 효과는 제한적입니다. LIBD는 이러한 수많은 위험 유전자의 복합적인 영향을 완화함으로써 질병의 근본 원인을 치료하는 것을 목표로 합니다.

'GRAPE'로 명명된 새로운 AI 도구는 조현병과 같은 질환의 알려진 유전자 발현 패턴을 기반으로 잠재적 약물의 새로운 분자 구조를 설계할 것입니다. GRAPE는 이전 연구에서 입증된 생성형 AI를 사용하여 새로운 약물을 설계하고, 예측 AI를 사용하여 신약의 효과를 평가하는 독특한 접근 방식을 취합니다.

네이글 박사는 "AI는 많은 의학적 상태의 근간을 이루는 복잡한 패턴을 풀고, 이러한 패턴을 기반으로 맞춤형 치료법을 설계하는 것을 가능하게 한다"며, "하지만 이를 위해서는 엄청난 컴퓨팅 파워가 필요하다"고 말했습니다. 그는 "AI의 잠재력을 최대한 활용하기 위해서는 강력한 슈퍼컴퓨팅 자원뿐만 아니라, 이러한 자원을 최대한 활용할 수 있는 새로운 기술이 필요하다"며, "GRAPE는 최첨단 기술을 적용하여 가능한 한 많은 환자 또는 가능한 한 많은 질환에 대한 우리의 영향을 극대화할 기회를 제공한다"고 덧붙였습니다.

Cell Painting 성공 사례

Cell Painting은 과학자들이 형광 염료를 사용하여 세포와 그 구성 요소의 공간적 구성을 시각화하는 이미징 기술입니다. LIBD에서 프랭크 피스코타 박사는 이 기술을 사용하여 조현병에 대한 새로운 약물 표적을 식별하고 있습니다. Cell Painting은 매우 큰 데이터셋을 생성하며, 과거 거의 일주일이 걸렸던 분석이 이제는 훨씬 빨라졌습니다.

피스코타 박사는 "AWS를 통해 약 30분 만에 데이터셋을 처리할 수 있다"고 말했습니다. 또한, 과학자들은 이제 동시에 여러 분석을 실행할 수 있게 되었으며, 데이터를 한 번 입력하면 여러 테스트를 동시에 완료할 수 있어 마치 여러 명의 연구원이 동시에 실험실에서 일하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다고 덧붙였습니다.

LIBD 과학자들은 또한 코딩 경험이 적은 연구원들도 Cell Painting을 자신의 연구에 통합할 수 있도록 사용자 친화적인 애플리케이션을 개발하기 위해 AWS 전문가들과 협력하고 있습니다. 피스코타 박사는 또한 최첨단 AI 도구를 연구소의 기존 워크플로우에 통합하기 위해 AWS와 협력하고 있습니다.

리버 연구소(LIBD) 소개

리버 연구소와 말츠 연구소의 사명은 조현병 및 관련 발달성 뇌 질환의 기본적인 유전적 및 분자적 메커니즘에 대한 이해를 임상적 발전으로 전환하여 영향을 받는 개인의 삶을 변화시키는 것입니다. LIBD는 독립적인 비영리 501(c)(3) 조직이며 메릴랜드 세금 면제 의료 연구 기관으로 존스 홉킨스 대학 의과대학과 제휴하고 있습니다. LIBD의 5,000개 이상의 인간 뇌로 구성된 뇌 저장소는 전 세계 신경 정신 질환 연구를 위한 사후 뇌 컬렉션 중 최대 규모입니다.