KISTI의 과학향기

KAIST 바이오및뇌공학과 최정균 교수와 의과학대학원 박종은 교수 공동연구팀이 인공지능과 빅데이터 분석을 기반으로 스마트 면역세포를 통한 암 치료의 핵심 기술을 개발했다. 이 기술은 키메라 항원 수용체(Chimeric antigen receptor, CAR)가 논리회로를 통해 작동하게 해 암세포만 공략할 수 있도록 한다. 

 

연구팀은 수백만개의 세포에 대한 유전자 발현 데이터베이스를 구축하고 이를 이용해 종양세포와 정상세포 간의 유전자 발현 양상 차이를 논리회로 기반으로 찾아낼 수 있는 딥러닝 알고리즘을 개발했다. 이 방법론으로 찾아낸 논리회로를 장착한 CAR 면역세포는 컴퓨터처럼 암과 정상 세포를 구별해 부작용없이 암세포만 정확하게 공략할 수 있다. 

 

최근 암 연구에서 가장 많은 시도와 진전이 있었던 분야는 면역항암치료다. 암환자가 갖고 있는 면역체계를 활용해 암을 극복하는 이 치료 분야에는 면역관문억제제 및 암백신, 세포치료가 있다. 특히, 키메라 항원 수용체를 장착한 CAR-T 혹은 CAR-NK라고 하는 면역세포들은 암항원을 인식해 암세포를 직접 파괴할 수 있다. 

 

혈액암으로 성공한 CAR 세포치료는 고형암으로 적용 범위를 넓히는 중인데, 고형암에서는 부작용을 최소화하면서 효과적인 암 살상 능력을 보유하는 CAR 세포 개발에 어려움이 있었다. 이에 따라 한 단계 진보된 CAR 엔지니어링 기술 AND, OR, NOT과 같은 컴퓨터 연산 논리회로를 활용해 암세포만 공략할 수 있는 스마트 면역세포 개발이 활발히 진행되고 있다.

 

연구팀은 세포 단위에서 정확히 암세포들에서만 발현하는 유전자들을 발굴하기 위해 대규모 암 및 정상 단일세포 데이터베이스를 구축했다. 이어 암세포들과 정상세포들을 가장 잘 구별할 수 있는 유전자 조합을 검색하는 인공지능 알고리즘을 개발했다.

 

이 알고리즘은 모든 유전자 조합에 대한 세포 단위 시뮬레이션을 통해, 암세포만을 특이적으로 공략할 수 있는 논리회로를 찾아내는데 사용됐다. 이 방법론으로 찾아낸 논리회로를 장착한 CAR 면역세포는 마치 컴퓨터처럼 암과 정상 세포를 구별하고 작동해 부작용은 최소화하면서도 항암치료의 효과는 극대화할 수 있을 것으로 기대된다.

 

제1 저자인 권준하 박사는 "인공지능과 컴퓨터 논리회로를 면역세포 엔지니어링에 적용한 기술로, CAR 세포치료가 혈액암에서 고형암으로 확대되는데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다"고 설명했다.

 

해당 연구는 국제 학술지 '네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)'에 게재됐다.