AI가 정밀진단과 신약개발 성패를 가르는 핵심 변수로 떠오르면서 국내 바이오 기업들도 AI를 앞세운 기술 경쟁력 확보에 속도를 내고 있다. 특히 LG AI연구원이 개발한 초거대 AI ‘엑사원(EXAONE)’은 신약 후보물질 설계부터 암 환자 유전자 변이 예측까지 바이오 산업 전반에서 활용 범위를 넓히며 국내 바이오 기업들 핵심 성장 파트너로 부상하고 있다.

실제로 엑사원은 최근 미국암연구학회(AACR)에서 미국 밴더빌트대 메디컬센터와 공동 개발한 암 에이전틱 AI 연구 결과를 공개하며 실증 단계 기술적 가능성을 제시했다. 조직 병리 이미지 한 장을 바탕으로 암유전자 활성을 예측하고, 분석과 검증을 거쳐 치료 전략까지 하루 만에 제시하는 기술로 AI 의료 현장 적용 가능성을 한층 구체화했다. 이처럼 AI 기술과 바이오·의료 전문성을 융합한 오픈 이노베이션 구조가 확산하며 실제 시장에서 사업화도 본격화되고 있다.

병리조직 확보 전에 변이 가능성부터 판별…PCR·NGS 정밀진단으로 이어지는 통합형 진단 설계

AI 정밀의료 기업 엔젠바이오는 지난 1월 LG AI연구원의 정밀의료 AI ‘엑사원 패스(EXAONE Path) 2.0’의 EGFR 변이 예측 솔루션에 대한 독점 라이선스를 확보하고, 비소세포폐암 주요 바이오마커인 EGFR 변이를 예측하는 NPAS-EGFR 상용화 임상에 전격 돌입했다.

회사 측에 따르면 기존 차세대염기서열분석(NGS) 기반 정밀진단은 병리조직 확보 후 유전자 검사를 거쳐 표적치료제를 결정하는 방식으로 진행된 반면  엔젠바이오 AI 병리분석 소프트웨어 NPAS(NPathAnalySys)는 조직병리 이미지를 기반으로 EGFR 유전자 변이 가능성을 먼저 예측한다.

첫 번째 모델인 NPAS-EGFR이 변이 가능성이 높은 환자를 선별하면 PCR 기반 검사로 치료 방향을 신속하게 결정할 수 있으며, 추가 확인이 필요한 경우 엔젠바이오의 NGS 패널과 정밀진단 소프트웨어 엔젠어날리시스(NGAS)를 활용한 정밀 유전자 분석으로 이어진다. 이를 통해 조직병리 이미지 기반 AI 분석부터 PCR, NGS 정밀진단까지 연결되는 통합 진단 프로세스를 구현했다.

엔젠바이오는 NPAS 적용 범위를 다양한 암종 치료제 반응 예측 영역으로 확대하고, 이를 활용해 신약개발 기업과 공동연구 및 파트너링을 추진할 계획이다. 아울러 가톨릭대학교 여의도성모병원과  AI·NGS 통합 동반진단 솔루션 개발을 위한 임상 검증을 진행하고, 실사용데이터(RWE)를 확보해 디지털 의료기기 인허가를 추진하는 등 후속 개발을 이어갈 방침이다.

김민식 엔젠바이오 대표는 “향후 자체 NGS 분석 소프트웨어와 연계해 병리 이미지·유전체·임상 정보를 결합한 멀티모달 정밀진단 체계를 구축해 진단 정확도와 치료 효율성을 대폭 끌어올리겠다”며 “기존 진단 기술 한계를 넘어 임상 현장에 실질적인 변화를 만드는 독보적 AI 정밀의료 기업으로 도약할 것”이라고 말했다.

근감소 최소화한 경구용 비만치료제 목표로…AI 펩타이드 설계부터 허가까지 밸류체인 구축

신약개발 분야에서도 가시적인 성과가 이어지고 있다. GLP-1 계열 신약 개발 전문기업 디앤디파마텍은 지난 6월 LG AI연구원과 ‘차세대 펩타이드 신약 공동개발’ 계약을 체결했다. 이번 협력은 LG AI연구원이 자체 개발한 신약 설계 AI 솔루션 ‘엑사원 케미컬 에이전트(EXAONE Chemical Agent)’를 신약 개발 전면에 투입한 첫 사례다. 

지금까지 대기업의 AI 신약 개발이 플랫폼 구축이나 외부 기술 도입에 그쳤던 것과 달리, 디앤디파마텍은 LG AI연구원의 자체 AI 모델을 직접 활용해 구체적인 약물 설계에 착수하게 됐다.

펩타이드는 단백질을 구성하는 아미노산을 짧게 연결한 생체 활성 물질이다. 항체 의약품이 공략하기 어려운 세포 내 질병 원인 물질에 작용해 안전성이 높지만, 위장 소화 효소에 쉽게 분해돼 그간 주로 주사제로 개발돼 왔다. 이번 협력에서 LG AI연구원은 질병 원인 물질 구조를 분석하고 최적의 펩타이드 서열과 후보물질 구조를 AI로 설계한다. 

디앤디파마텍은 이렇게 설계된 후보물질 합성·평가, 구조 최적화, 경구 제형 개발, 전임상·임상 및 글로벌 인허가를 담당한다. 특히 설계가 매우 까다로운 ‘고리형(매크로사이클릭) 펩타이드’ 분야에서 안전성과 흡수율을 개선해 알약 형태의 경구 치료제로 개발하는 것이 핵심 목표다.

양사는 신규 파이프라인 공동 창출을 목표로 협업하며, AI 기반 분자 설계를 통해 후보물질 발굴 속도와 성공 가능성을 크게 개선할 계획이다. 

첫 타깃 물질은 복용 과정에서 생기는 근감소를 억제하는 경구용 비만 치료제로, 체중 감소 시 근육이 함께 빠지는 기존 치료제 한계를 보완해 지방은 줄이고 근육은 보존하는 데 초점을 맞춘다. 

디앤디파마텍과 LG AI연구원은 이를 바탕으로 AI 후보물질 설계부터 검증, 임상 및 허가까지 연결되는 신약개발 밸류체인을 구축해 나갈 방침이다.