AI가 설계한 결합기, 기존 CAR-T 능가…"암 완전 통제"

인공지능(AI)이 설계한 결합기가 기존 미국 식품의약국(FDA) 승인 키메라 항원 수용체 T세포(CAR-T) 치료제의 결합기보다 혈액암 표적 단백질 BCMA를 더 효과적으로 제어하는 것으로 나타났다.

20일(현지시간) 바이오온(BioOn)에 따르면 미국 메모리얼 슬론 케터링 암센터(MSK) 연구진은 생성형 AI로 새 결합기를 설계해 쥐 모델에서 종양 성장을 완전히 통제했다는 연구 결과를 국제학술지 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링'에 발표했다.

CAR-T 치료는 환자의 면역세포를 유전자 변형해 암을 공격하게 하는 방식이다. 다만 최근 분석에서 미국 내 진행성·전이성 암 환자 중 이 치료를 받을 수 있는 비율은 약 4%에 그친다.

MSK의 케일럽 래로 박사 연구팀은 결합기를 개선해 CAR-T 치료의 적용 범위를 넓히려 했다. 결합기는 암세포 표면의 표적 단백질을 인식해 붙잡는 단백질이다.

기존 FDA 승인 CAR-T 치료제는 항체를 재활용한 단일사슬가변단편(scFv)을 결합기로 쓴다. 반면 AI가 설계한 결합기는 기존 항체를 빌리지 않고 처음부터 새로 만든 단백질로, 더 작고 조밀해 표적 단백질의 특정 부위를 정밀하게 붙잡을 수 있다.

연구팀은 두 가지 기존 AI 도구로 약 100만 개의 후보 결합기를 생성한 뒤 100~200개로 압축했다. 래로 박사는 이 과정을 "챗GPT에서 100만 개의 답을 만들고 다른 AI 모델인 클로드가 평가하는 것"이라고 설명했다.

이어 연구팀은 자체 개발한 AI 도구 'CARPNN'으로 실험 결과를 학습시켜 어떤 결합기가 효과적인지 원인을 분석했다. 그 결과 전하, 아미노산 구성, 결합 위치 등 미세한 차이가 성능에 큰 영향을 미친다는 점을 확인했다.

연구팀은 FDA 승인 치료제의 표적 여러 개를 대상으로 새 결합기를 시험했다. 다발골수종 세포에 있는 BCMA에서는 MSK 결합기가 FDA 승인 버전보다 종양 성장을 유의미하게 억제했다.

래로 박사는 "AI 설계 결합기로 암을 완전히 통제했지만 기존 임상 제품은 종양 성장을 막지 못했다"고 말했다.

다만 일부 실험은 한계도 드러냈다. AI 모델은 혈액암 표적 CD19에 대한 효과적인 결합기를 만들지 못했고, 양전하가 많거나 아미노산인 알라닌 함량이 높은 결합기는 암세포가 없을 때도 조기 활성화되는 문제를 보였다.

연구팀은 이런 성공과 실패를 바탕으로 전하와 아미노산 구성 등을 아우르는 설계 규칙을 정립했다. 래로 박사는 "전통적인 '근거 있는 추측'을 증거 기반 설계로 바꾸고 있다"고 말했다.

래로 박사는 이 기술이 CAR-T 개발에만 국한되지 않고 정밀 약물 접합체 등 다른 암 치료용 결합기 설계에도 쓰일 수 있다고 설명했다. 그는 "희귀 혈액암이나 육종 환자가 오면 AI로 몇 주 안에 암을 인식하는 치료제를 만들 수 있을 것"이라고 덧붙였다.

이번 연구는 아서 차우 박사후연구원, 호이인 추 대학원생, 루오판 리 연구기술원이 공동 제1저자로 참여했다.