항생제 부작용에 청력 영구 저하…'이 물고기'로 막는다

난청 부작용 억제 후보 약물 발굴…플랫폼 효과 검증

AI와 제브라피쉬 결합…기존 약물 6종 억제효과 확인

[서울=뉴시스] 제브라피쉬(zebrafish). (사진= 고려대 안산병원 제공)

[서울=뉴시스] 류난영 기자 = 국내 연구진이 결핵이나 중증 세균 감염 치료에 널리 사용되는 아미노글리코사이드 계열 항생제의 부작용 중 하나인 난청을 억제할 수 있는 후보물질을 발굴하는데 성공했다.

14일 의료계에 따르면 최준 고려대학교 안산병원 이비인후과 교수와 한은정 고려대학교 의과대학 제브라피쉬 중개의학연구소 교수 연구팀이 인공지능(AI) 스크리닝 모델과 제브라피쉬(zebrafish) 동물 실험을 결합해 항생제에 의한 난청 부작용을 억제할 수 있는 후보 약물을 발굴했다.

아미노글리코사이드 계열 항생제는 결핵이나 중증 세균 감염 치료에 널리 사용되는 약물이지만 내이의 감각세포인 유모세포를 손상시켜 난청을 유발할 수 있는 부작용이 있다. 특히 유모세포는 손상될 경우 재생이 어려워 영구적인 청력 저하로 이어질 수 있다.
 
연구팀은 AI 스크리닝 모델을 활용해 총 2253개 약물의 분자 구조와 독성 데이터를 분석하여 난청 부작용 억제 가능성이 높은 28개의 후보 물질을 선별했다. 이후 제브라피쉬를 활용해 실제 억제 효과를 검증했다. 제브라피쉬는 인간과 유전적 유사성이 높아 약물 독성 연구 등에 효과적인 동물 실험 모델이다.
 

[서울=뉴시스] 국내 연구진이 인공지능(AI) 스크리닝 모델과 제브라피쉬(zebrafish) 동물 실험을 결합해 항생제에 의한 난청 부작용을 억제할 수 있는 후보 약물을 발굴했다. (사진= 고려대 안산병원 제공) 

연구 결과 총 28개의 후보 물질 가운데 락트산암모늄액, L-글루타민, 말산, 덱스판테놀, 구연산칼슘, 스트론튬 라넬레이트 등 6개 약물이 아미노글리코사이드에 의해 발생하는 유모세포 손상을 유의미하게 억제하는 것으로 확인됐다.

아미노글리코사이드에 노출된 제브라피쉬에서는 유모세포 수가 정상 대비 절반 수준으로 감소했지만, 후보 약물을 함께 처리했을 때 유모세포 생존 수가 약 15~25%가량 보호됐다.
 
특히 이번 연구는 AI 기반 약물 스크리닝 모델과 제브라피쉬 실험을 결합한 통합 연구 플랫폼을 제시했다는 점에서 의의가 있다.

연구팀은 AI 모델을 활용해 수천 개의 약물 후보 가운데 유망한 물질을 먼저 선별하고 이를 제브라피쉬 실험으로 검증해 많은 약물을 하나씩 실험해야 하는 기존 방식보다 연구 시간과 비용을 대폭 줄일 수 있음을 확인했다.

[서울=뉴시스] 왼쪽부터 최준 고려대 안산병원 이비인후과 교수, 한은정 고려대학교 제브라피쉬중개의학연구소 교수. (사진= 고려대 안산병원 제공)

이러한 접근법은 이미 개발되었거나 사용 중인 약물의 새로운 치료 가능성을 찾는 '약물 재창출' 연구의 효율성을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다.
 
최준 교수는 "이번 연구를 통해 이독성 난청 예방을 위한 물질의 발굴뿐만 아니라 인공지능 기반 약물 분석과 제브라피쉬 실험을 결합한 연구 플랫폼의 효과성을 검증했다"며 "이 연구는 오랜 시간 동안 같은 주제에 대해 다양한 방법을 융합해 얻은 결과로 향후 약물 재창출 연구에 활용될 경우 치료제 개발 속도를 크게 앞당길 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

해당 연구는 청각 연구 분야 국제학술지 '청각 연구'(Hearing Research)에  '아미노글리코사이드 이독성(귀 독성) 예방을 위한 머신러닝과 인비보(in vivo) 스크리닝 결합 중개 프레임워크' 제목으로 게재됐다.


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