하버드 의대 연구진이 개발한 인공지능 '프로톤(PROTON)'이 뇌 질환 치료의 새로운 가능성을 열었다. 이 AI는 파킨슨병, 조울증, 알츠하이머병에 대한 치료 후보물질을 찾아냈고, 실제 실험과 환자 데이터로 효과를 검증했다. 특히 61만 명 이상의 환자 기록 분석을 통해 치매 위험을 최대 37% 줄이는 약물 5개를 발견했다.

뇌 질환 정보 736만 개 학습한 AI

해당 연구 논문에 따르면, 프로톤은 5억 7,800만 개의 학습 요소를 가진 AI로, 성인 뇌에 특화된 데이터 저장소 '뉴로KG'를 기반으로 만들어졌다. 뉴로KG는 14만 7,020개의 정보 지점과 736만 개 이상의 연결 관계를 담고 있으며, 유전자, 단백질, 뇌세포, 약물 등 16가지 종류의 정보가 포함됐다.

연구진은 36개의 대규모 의학 데이터베이스를 통합했고, 특히 성인 뇌세포 약 375만 개를 분석한 데이터를 추가했다. 이 중 248만 개는 신경세포, 88만 개는 비신경세포였으며, 파킨슨병 환자에서 약 38만 개의 세포핵 정보가 포함됐다. 독립적인 평가에서 프로톤은 91.45%의 예측 정확도를 달성했다.

파킨슨병 살충제 독성 상위 1.29%에서 정확히 예측

프로톤은 파킨슨병에서 두 가지 중요한 예측을 수행했다. 첫째, 뇌의 도파민 신경세포 생존에 필수적인 유전자 681개와 파킨슨병 유전 연구 결과 간의 연결을 분석했다. 그 결과 파킨슨병이 다른 10개 질환(당뇨병, 알츠하이머병, 심장병, 암 등)보다 필수 유전자와 가장 강한 연결을 보였다.

둘째, 프로톤을 추가 학습시켜 696개 살충제 중 파킨슨병을 유발하는 물질을 예측했다. 환자 829명과 건강한 사람 824명의 연구 데이터로 학습한 결과, 실제로 환자의 뇌세포를 죽이는 것으로 확인된 4개 살충제 중 3개를 상위 25% 이내에서 찾아냈다. 특히 유기염소계 살충제 엔도설판을 전체 696개 중 9위(상위 1.29%)로 정확히 예측했다.

조울증 치료 새 가능성 제시, 치매 예방 약물 5개 발견

프로톤은 조울증 환자 5명과 건강한 사람 4명의 뇌세포로 만든 미니 뇌 조직을 이용한 실험에서 비타민 D의 활성 형태인 칼시트리올을 후보물질로 예측했다. 실제 실험 결과, 칼시트리올 치료 후 5개 조직 중 4개가 정상 조직과 비슷해졌으며, 조울증과 관련된 512개의 이상 단백질이 정상화됐다.

현재 조울증의 1차 치료제인 리튬은 환자의 60% 이상이 2년 이내 재발하는 한계가 있다. 칼시트리올은 리튬과 다른 단백질 그룹에 영향을 미치며 부분적으로만 중복되는 것으로 확인됐다. 이는 칼시트리올이 리튬 치료에 반응하지 않는 환자들에게 새로운 치료 옵션이 될 수 있음을 시사한다.

가장 주목할 만한 성과는 알츠하이머병 연구였다. 프로톤은 매스제너럴브리검 병원의 61만 524명 환자 기록을 분석해 치매 위험을 낮추는 약물을 예측했다. 8,160개 약물 중 최종 선정된 8개를 평가한 결과, 5개 약물이 실제로 치매 위험을 유의미하게 낮추는 것으로 확인됐다.

눈 질환 치료제 애플리버셉트는 치매 위험을 37% 낮췄고, 당뇨병 치료제 다파글리플로진은 30% 낮췄다. 고혈압 치료제 발사르탄, 스피로노락톤, 메토프롤롤도 각각 17%, 11%, 4%의 위험 감소 효과를 보였다. 이들은 모두 이미 다른 질환 치료용으로 승인받은 약물이어서, 추가 임상시험을 통해 비교적 빠르게 치매 예방 목적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

FAQ (※ 이 FAQ는 본지가 리포트를 참고해 자체 작성한 내용입니다.)

Q1. 프로톤은 일반 AI와 어떻게 다른가요?

A: 프로톤은 유전자-단백질-세포-약물 사이의 복잡한 관계를 네트워크 형태로 학습하는 AI입니다. 뇌 질환에 특화된 14만 개 이상의 정보 지점과 736만 개 연결 관계를 학습해, 분자 수준부터 실제 환자 데이터까지 여러 단계의 예측이 가능합니다.

Q2. 프로톤이 찾은 약은 정말 효과가 있나요?

A: 네, 실제 실험과 환자 데이터로 검증됐습니다. 조울증 환자 뇌세포 실험에서 칼시트리올이 단백질 이상을 정상화시켰고, 61만 명 환자 기록 분석에서 5개 약물이 치매 위험을 최대 37%까지 낮추는 것으로 확인됐습니다.

Q3. 이 기술은 언제 실제 치료에 쓰일 수 있나요?

A: 프로톤이 발견한 약물들은 이미 다른 질환 치료용으로 승인받아 사용 중이므로, 추가 임상시험을 통해 비교적 빠르게 새로운 용도로 승인받을 수 있습니다.

해당 기사에 인용된 논문 원문은 arvix에서 확인 가능하다.

논문명: Graph AI generates neurological hypotheses validated in molecular, organoid, and clinical systems

이미지 출처: 이디오그램 생성

해당 기사는 챗GPT와 클로드를 활용해 작성되었습니다.