중외 제약

최근 인공지능(AI) 기술은 다양한 산업에서 혁신을 주도하고 있으며, 제약산업도 예외는 아니다. 특히 AI는 신약 개발 과정에서 시간과 비용을 줄이고 성공 가능성을 높이는 데 중요한 역할을 하고 있다. 이러한 AI의 성과는 최근 노벨상에서도 드러났다. 2024년 노벨 화학상은 단백질 구조 예측 AI를 개발한 연구자들이 수상했으며, 이는 AI가 과학 연구와 신약 개발에 미치는 깊은 영향을 보여준다.

JW중외제약도 자체 데이터 사이언스 플랫폼 ‘주얼리(JWELRY)’와 ‘클로버(CLOVER)’를 통합한 ‘JWave’를 론칭하며 이 흐름에 동참하고 있다. JWave는 방대한 화학·생물학적 데이터를 효율적으로 분석해 신약 개발을 한층 더 혁신적으로 개선할 것을 목표로 하고 있다.

이번 JW R&D INSIGHT에서는 제약산업에 AI 기술 적용이 필요한 이유와 최근 트렌드, 그리고 JWave에 대해 알아본다.

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Q. 제약산업에 AI 기술 적용이 필요한 이유는?
A. 신약 개발이 빠르게 이뤄지지 않는 이유는 현재 제약산업에 여러 가지 이슈가 존재하기 때문이다. 첫째로 매출 대비 R&D 비용이 많다는 점이다. 글로벌 14개 제약사의 R&D 비용이 217조 원 증가했는데 약 49%에 달한다. R&D가 빠르게 이뤄지지 않는 이유 중 하나는 임상시험 장기화로, 평균 10년 이상의 임상 기간이 필요하다. 임상시험이 길어지는 이유는 ‘화이트 스페이스(White Space)’가 존재하기 때문이다.

R&D 비용 증가에도 불구하고 실제 임상 성공률은 절반 수준에 그치는 실정이다. 높은 비용과 낮은 성공률 때문에 빠르게 신약을 개발하기 어렵다. 그래서 많은 제약사는 성공률이 높은 암이나 질환에 집중하고 있는데 항암, 면역 관련 R&D 비중이 79%에 달한다. 이 같은 상황에서 더욱 다양한 질환에서 신약 개발 성공률을 높이기 위해 AI 기술 적용이 필요하다.

Q. 제약산업 내 AI 기술 적용 분야는?
A. 신약 개발은 △타깃 질환 선정 △화합물 스크리닝 △선도물질 최적화 △전임상 연구 △임상시험 등의 과정을 거치는데 통상 10~15년의 기간이 필요하다. 이 과정에서 AI 기술을 적용하면 7~9년으로 단축할 수 있다. AI 기술을 △정보의 집계 및 통합 △기존 약물의 새로운 적응증을 찾는 재활용 △타깃 질환 발굴 △전임상 △임상 등에 이용할 수 있다.

Q. AI 기술을 활용한 신약 개발 트렌드는?
A. 제약산업에서는 2010년대부터 벤처기업을 중심으로 AI 기술 적용이 이뤄져 왔다. 벤처기업의 AI 활용은 주로 항암이나 코로나19 치료제 개발에 치우쳐져 있었다.

Q. AI 기술 적용 실제 효과는?
A. 39개의 기업이 타깃 발굴과 저분자 화합물 디자인에 AI 기술을 적극 활용하고 있다. 특히 AI 기술 적용 시 임상 1상 성공률이 약 80~90%를 기록했는데 도입 이전 성공률(40~65%)보다 높다. 임상 1상 성공률이 높아지면서 전체적인 임상 성공률도 기존 5~10%에서 9~18%로 약 2배 높아졌다.

Q. AI 기술을 활용한 신약 개발 성공 사례는?
A. AI 기반 글로벌 신약 개발 기업 인실리코 메디신은 2021년부터 약 19개 이상의 전임상 후보물질을 도출한 것으로 알려져 있다. 이 중 9개 이상의 화합물로 임상시험계획(IND) 승인을 받았다. 특히 선도물질 도출까지 2~3년의 기간이 소요되는데 2019년에는 약 46일 만에 선도물질을 도출했다고 밝힌 바 있다. 특발성 폐섬유증 타깃 질환의 경우 약 18개월 만에 전임상 후보물질 도출까지 성공했다.

Q. JW중외제약은 그동안 자체 기술력으로 구축한 데이터 사이언스 플랫폼으로 First-in-Class를 발굴해왔는데 AI 기술을 어느 분야에 적용하고 있나?
A. 타당성 연구와 리드 화합물 도출(Hit to Lead). 임상 연구 신청(IND Enabling), 임상 연구 단계 중 임상 연구 신청까지 약 3.5년 이내에 완료하기 위해 AI 기술을 활용하고 있다. 또한 오픈 이노베이션 전략으로 다양한 국내외 기업, 기관과 협력하고 있으며 내부적으로는 JWave를 활용해 약물 개발을 가속화하고 있다.

Q. JWave는 무엇인가?
A. JWave는 JW중외제약의 유전체 데이터베이스와 화합물 데이터베이스, 자체 개발한 많은 AI 모델을 통합한 신약 개발 플랫폼이다. 연구원들이 플랫폼을 쉽게 이용할 수 있도록 사용자 친화적 인터페이스로 개발해 다양한 예측 모델과 데이터베이스를 쉽게 활용할 수 있다.

* JWave에 대한 자세한 내용과 시연은 영상에서 확인하시기 바랍니다.

Q. 기존 ‘주얼리’, ‘클로버’ 플랫폼과의 차이점은?
A. 기존에는 JW중외제약과 C&C신약연구소 각 사의 내부 서버에서 운영했으나 JW사옥으로 이전하면서 단일 서버로 운영하고 있다. 이를 통해 약 400개 이상의 유전체 데이터베이스를 활용할 수 있으며 4만 5,000여 개 이상의 화합물 데이터도 분석‧활용해 분석 역량을 높일 수 있다.

Q. JW중외제약이 그동안 AI 기반 R&D 플랫폼을 통해 발굴한 신약후보물질은?
A. JWave 구축 이전에는 주얼리와 클로버를 활용해 성공적으로 신약후보물질을 발굴해왔다. 통풍 치료제 ‘에파미뉴라드’는 현재 글로벌 임상 3상을 진행 중이며 JW1601은 아토피 피부염 임상 1상을 성공적으로 완료한 후 현재 다양한 적응증으로 확대해 임상을 진행할 예정이다. 이외에도 항암제인 JW2286. 탈모 치료제인 JW0061 등이 주얼리와 클로버를 활용해 성공적으로 도출한 화합물이다.

Q. JWave를 통해 향후 신약 개발에 걸리는 시간과 비용을 얼마나 줄일 수 있나?
A. 앞으로는 JWave 구축이 완료됐기 때문에 기존 주얼리와 클로버 대비 25~50% 이상 시간과 비용을 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다.

Q. JW중외제약의 신약 개발 파이프라인 모두 AI 기술을 활용해 발굴했나?
A. 주얼리와 클로버 역시 AI 기반 플랫폼이다. JW중외제약과 C&C신약연구소는 2010년대부터 AI를 활용해 신약후보물질을 개발하기 위해 노력해왔다.

Q. JWave의 기술력을 다른 신약 개발 플랫폼과 비교한다면?
A. 제약사와 바이오텍들이 신약 개발 플랫폼과 모델들을 서로 공개하지 않기 때문에 어떤 기술력을 보유하고 있는지 알기 어렵다. 하지만 JW중외제약은 AI 기술 기반으로 자체 네트워크 모델을 성공적으로 구축했다.

Q. JW중외제약이 최근 정부 주도의 ’K-멜로디(MELLODDY) 사업’에도 참여하게 됐는데 어떤 역할을 담당하나?
A. K-멜로디 프로젝트는 유럽의 'EU-멜로디(EU-MELLODDY)'를 벤치마킹한 한국형 정부 과제다. JW중외제약은 2028년까지 실험 데이터를 생산하고 품질을 관리하는 ‘세부 2’ 과제에 참여한다.

AI 모델과 관련해 가장 중요한 점은 데이터가 많으면 많을수록 AI 모델이 정확해진다는 점이다. JW중외제약의 데이터뿐만 아니라 사업에 참여한 20여 개 기관의 데이터를 공동으로 사용해 AI 모델의 성능을 높일 수 있다. 또 해당 모델을 사용해 JW중외제약의 신약 개발에 걸리는 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다.

Q. 향후 JWave 운영 계획은?
A. 그동안 JW중외제약과 C&C신약연구소가 각각 주얼리, 클로버를 활용해 별도의 연구를 진행했다. 통합 플랫폼인 JWave를 통해 좀 더 빠르게 연구를 진행할 수 있을 것으로 보고 있다. 현재 계획 중인 것은 클라우드 체제 전환이다. 그동안 물리적 서버에서 AI 모델을 개발했지만, 앞으로는 클라우드 기반으로 전환해 빠른 속도로 신약을 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

Q. 클라우드 체제 전환 시 이점은?
A. 서버 체제에서는 다양한 한계점이 존재한다. 제한적인 시스템 내에서 플랫폼을 활용할 수밖에 없어 연구자의 의도대로 다양한 연구를 진행하는데 한계가 있다. 이를 극복하기 위해 클라우드 기반의 시스템에서 다양한 빅데이터로 정확한 AI 예측 모델을 개발할 수 있을 것으로 보고 있다.