초록 ▼

□ 연구개요
- 최근 강화학습을 통해 개발된 에이전트가 직접 화학 구조를 생성해서 원하는 활성을 갖는 구조를 찾아내는 방식의 인공지능 기반 신약 개발 연구가 진행되고 있음.
- 대부분의 인공지능 기반 신약 개발 연구는 활성 개선 중심으로 이루어지고 있어, 화합물의 독성에 대한 고려가 필요함.
- 본 연구에서는 화합물의 독성을 감소시킬 수 있는 분자 구조 설계 강화학습 에이전트를 개발하고 추가적으로 다양한 화합물의 독성을 예측할 수 있는 모델 개발.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구 과제 목표 및 연구

□ 연구개요
- 최근 강화학습을 통해 개발된 에이전트가 직접 화학 구조를 생성해서 원하는 활성을 갖는 구조를 찾아내는 방식의 인공지능 기반 신약 개발 연구가 진행되고 있음.
- 대부분의 인공지능 기반 신약 개발 연구는 활성 개선 중심으로 이루어지고 있어, 화합물의 독성에 대한 고려가 필요함.
- 본 연구에서는 화합물의 독성을 감소시킬 수 있는 분자 구조 설계 강화학습 에이전트를 개발하고 추가적으로 다양한 화합물의 독성을 예측할 수 있는 모델 개발.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구 과제 목표 및 연구 결과
목표(1) 국제 학술 대회 발표 1건, SCI 논문 1건 이상
- 국제 학술 대회 발표 6건, SCI 논문 6건 발표.
목표(2) 정확도 85% 이상 혹은 R² > 0.6 이상의 독성 예측 모델 5개 이상 개발
- 예측 정확도 85% 이상 모델 5개, R² > 0.6 이상 모델 11개 개발. (총 16개)
목표(3) 화학 법칙에 어긋나지 않는 구조 90% 이상 생성 (Chemically-feasible)
- 실제 존재하는 구조만 생성되도록 개발 완료.
목표(4) 강화학습 에이전트 훈련 프로그램 코드 완성
- DQN, Expected SARSA, REINFORCE, Actor-Critic 4개의 알고리즘 코드 완성.
목표(5) 1만개 이상의 신규 분자 구조 라이브러리 생성
- 57,555개의 신규 분자 구조 생성.
기타 연구 성과
- MoU 체결: (간독성 예측 모델 개발) 이탈리아 Istituto di Recerche Farmacologiche Mario Negri
- 후속 연구 추진:
[과제1] 나노 규제 대응을 위한 인비트로-인실리코 연계 나노 독성 대체시험법 개발, 산업통상자원부 (5억/년, 3년)
[과제2] 인공지능 기반 건강기능식품 안전성 평가기술 개발 연구, 식품의약품안전평가원 (3억/년, 3년)

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
1) 강화학습 에이전트들은 대부분 자연어 처리 모델을 활용해서 분자 구조의 SMILES를 생성하는 방식으로 사용되어 왔으나, 본 연구에서는 사람이 분자 구조를 수정하는 것과 더 유사한 방식으로 에이전트를 개발. 에이전트는 분자 구조에서 수정할 위치와 변경 방식을 결정해서 VEGFR2에 대한 결합력은 증가시키고 hERG에 대한 결합력은 낮춰주는 구조를 찾아가도록 개발함으로써 더 직관적으로 강화학습의 선택 결정 과정을 이해할 수 있을 것으로 기대.
2) 무기 화합물 구조에 사용 가능한 인공지능 모델 개발. 의약품, 살생물제, 의약품 불순물 중 무기 화합물은 기존 인공지능 모델로 예측이 불가능했으나, 본 연구를 통해 개발된 모델로 해당 물질들의 안전성 예측 가능.
3) 나노 독성 예측 모델들은 특정 종류의 나노 물질만을 대상으로 개발되었으나, 본 연구에서 개발한 나노 물질 분자 지문 기법을 이용해서 모든 나노 물질에 일반적으로 적용 가능한 예측 모델 개발. 나노 물질에 대한 인공지능 모델 연구는 상대적으로 적게 이루어져 있는데, 본 기술을 통해 나노의 분자 구조에 일반적으로 적용 가능한 인공지능 모델 개발이 가능할 것으로 기대

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 (연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 27