[AI_암세포]_인공지능신문_뉴스기사('23.04.04)

https://www.aitimes.kr/news/articleView.html?idxno=27478 

암세포와 정상세포 정확히 식별하는 '인공지능', 암 공격하는 차세대 면역항암 치료에 비전 제시

최근 암 연구
면역항암 치료제의 발달과 함께 임상 및 전임상에서 최근 암 연구들

• 대용량 유전체 데이터의 확보와 임상적 메타 정보의 연결
• 이를 통한 통계 과학적 해석이 기본이 됨

이러한 흐름에 맞춰

• 최근 단일세포 단위의 대규모 암 전사체 데이터들의 생산
• 기존의 암표적 항원 분석에서 벗어나 새로운 형태의 방법론 제시할 가능성을 열어줌

현재 면역 항암 세포치료제 분야

• CAR-T(link)를 이용한 임상 적용 사례, 급격히 증가 추세
• 다양한 파이프라인들이 개발
• 하지만, 2가지의 문제
  • 암의 이질성 문제
    • 최적의 표적 항원 식별은 아직도 중요한 과제
  • CAR-T에 의해 발생할 수 있는 부작용 문제
    • 암 표적 항원 선정에 있어서 새로운 접근법을 찾아야할 필요성 제기

CAR T cell - Wikipedia

KAIST 바이오 및 뇌 공학과 최정균 교수와 의과학대학원 박종은 교수

공동연구팀

• 인공지능(AI)과 빅데이터 분석을 기반, 스마트 면역세포를 통한 암 치료의 핵심 기술 개발

CAR-T 세포치료제의 제작 및 투여 과정과 CAR를 이용한 암세포 특이적 이중타겟 모식도

키메라 항원 수용체(Chimeric Antigen Receptor, CAR)

• 논리 회로를 통해 작동하게 함
• 정확하게 암세포만 공략할 수 있도록 하는 차세대 면역항암 치료법

DataSets

• 수백만 개의 세포에 대한 유전자 발현 데이터베이스 구축
• 종양세포와 정상세포 간의 유전자 발현 양상 차이를 논리회로 기반으로 찾을 수 있음
• 이를 딥러닝 알고리즘 개발, 검증하는데 성공
• 이와 같은 논리회로를 장착한 CAR 면역세포는 마치 컴퓨터처럼 암과 정상세포를 구별하여 작동함으로써 부작용 없이 암세포만 정확하게 공략하는 것이 가능

암 환자가 갖고 있는 면역체계를 활용, 암을 극복하는 치료 분야

• 면역관문억제제
• 암 백신
• 세포치료
  • 특히 키메라 항원 수용체를 장착한 CAR-T 혹은 CAR-NK라고 하는 면역세포들
  • 암 항원을 인식, 암세포를 직접 파괴 가능

CAR 세포 치료

• 현재 혈액암에서의 성공을 시작 → 고형암으로 적용 범위를 넓히고자 함
• 혈액암과 달리 고형암에서는 부작용을 최소화
• 효과적인 암 살상 능력을 보유하는 CAR 세포 개발에 어려움이 있었음
• 이에 최근에는 한 단계 진보된 CAR 엔지니어링 기술
• AND, OR, NOT 과 같은 컴퓨터 연산 논리회로를 활용
• 효과적으로 암세포를 공략할 수 있는 스마트 면역세포 개발이 활발히 진행

연구진

• 세포 단위에서 정확히 암세포들에서만 발휘하는 유전자들을 발굴을 목표
• 대규모 암 및 정상 단일세포 데이터 베이스 구축
• 암세포와 정상세포들을 가장 잘 구별할 수 있는 유전자 조합을 검색하는 인공지능 알고리즘 개발

유전자 조합 기반 이중타겟 선별을 위한 DL 알고리즘(왼) 논리회로에 따른 유전자 조합별 발현 세포 비율 계산(우)

• 모든 유전자 조합에 대한 세포 단위 시뮬레이션을 통해 암세포만을 특이적으로 공략할 수 있는 논리회로를 찾아냄
• 해당 방법론으로 찾아진 논리회로를 장착한 CAR 면역세포
  • 마치 컴퓨터처럼 암과 정상세포를 구별하여 작동함
  • 부작용은 최소화하면서도 항암치료의 효과를 극대화 할 수 있을 것으로 기대

제 1 저자 권준하 박사

이번 연구는 이전에 시도된 적이 없는 방법론을 제시
특히 주목할 점은 수백만 개의 개별 암세포 및 정상세포들에 대한 시뮬레이션을 통해
최적의 CAR 세포용 회로들을 찾아내는 과정
인공지능과 컴퓨터 논리회로를 면역세포 엔지니어링에 적용하는 획기적인 기술
혈액암에서 성공적으로 사용되고 있는 CAR 세포치료가 고형암으로 확대되는데 중요한 역할을 할 것으로 기대

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단어 정리

CAR-T

키메라 항원 수용체 T 세포(Chimeric antigen receptor T cell, CAR T 세포)는 면역요법에 사용하기 위해 가공의 T 세포 수용체를 만들기 위해 유전학적으로 조작된 T 세포이다. 키메라 항원 수용체(CARs, chimeric immunoreceptors, chimeric T cell receptors, artificial T cell receptors)는 T 세포에 특정 단백질을 대상으로 하는 새로운 기능을 부여하도록 조작된 수용체 단백질이다. 이 수용체들은 키메라의 성질을 띄는데 그 이유는 종양이 발현하고있는 항원을 인식할 수 있는 항체의 ScFv부위와 T 세포 활성 signal cascade를 담당하는 부위인 CD3z부위를 하나로 합쳐놓기 때문이다.

고형암

고형암은 말 그대로 굳은 덩어리를 형성하는 암으로 위암 유방암 등 대부분의 암이 여기에 속한다. 비고형암은 혈액암처럼 전신의 혈액에 파급되는 암을 일컫는다. 비고형암은 전신으로 파급되는 성향을 고려해 항암제 치료가 최우선이다.

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Nature Biotechnology 출판(https://www.nature.com/articles/s41587-023-01686-y)

github Code 공유(https://github.com/kaistomics/PCASA)