보라빛 소를 만나기 위한 도약

※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1863호(2018. 9. 12. 발행)에 기고한 원고입니다.

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약물 치료 대체할 ‘전자 의약’, 제약과 의료IT의 경쟁적 협력 요구.pdf

[ 요 약 ]

[ 본 문 ]

◾ ‘Beyond the Pills(의약품을 넘어)’라는 기치를 내걸고 ‘의약품 이외’ 부문에서 사업 기회를 모색하는 제약기업들이 증가하고 있음

▸ 선진국의 제약업계는 신약 개발에서 판매에 이르는 정밀한 관리 프로세스를 구축한 후, 사람들의 건강에 기여하는 의약품을 개발해 왔으며, 그 결과 오랫동안 안정된 사업 기반을 확보할 수 있었음

▸ 동시에 제약 산업은 보건당국의 규제와 의료보장제도에 종속적이며, 과학 및 기술의 발전과 한계에도 크게 좌우되는 산업이기도 함

▸ 최근 제약 산업을 둘러싼 급격한 내·외부 환경의 변화는 기존 가치 사슬의 틀을 넘어선 새로운 사업 모델의 구축이나 기존과 다른 기술영역으로 진출을 요구하고 있음

▸ 오늘날 제약 산업이 맞닥뜨리고 있는 3가지 결정적인 내·외부 환경변화는 ‘① 의료보험 재정 악화에 따른 수가 인하, ② 신약 개발 대상의 고갈, ③ 수익성의 약화’임

◾ 우리나라를 비롯, 공공 부문의 건강보험제도를 운영하고 있는 국가에서는 재정 약화를 이유로 매년 약품의 수가를 인하하는 조치가 이루어지고 있음

▸ 우리나라의 경우도 올해 두 차례 약가 인하가 있었는데, 4월 1일에는 리베이트를 제공한 11개 제약사의 340개 의약품에 대해, 9월 1일부터는 2017년에 건강보험 청구금액이 급증한 35종의 의약품에 대해 가격을 인하하는 조치가 취해졌음

<자료> 보건복지부

[그림 1] 리베이트 제공 제약사에 약가 인하 조치

▸ 국민건강보험공단은 의약품 청구금액이 전년 대비 60% 이상 증가한 경우와 10% 이상 증가하는 동시에 그 증가액이 50억 원 이상인 경우에 재정위험을 분담하는 차원에서 제약사와 공단이 당사자 간 협상을 통해 약가를 인하할 수 있는 제도를 운영 중임

▸ 건강보험공단은 보건복지부장관의 협상 명령이 내려지면 각 약제마다 제약사와 60일 동안 협상을 진행하게 되는데, 올해의 경우 35개 약제가 대상이 된 것이며, 약가 인하는 건강보험 재정 절감 효과를 낳게 됨

▸ 이번 조치로 35개 품목의 약가는 평균 27.1% 인하되었으며, 가장 많이 내린 약제는 일회용 점안제로 55.4%가 인하되었고, 점안제 제약사들은 이해 반발해 약가 인하 집행정지 가처분 소송을 제기한 상태임

▸ 이는 비단 우리나라만의 현상은 아니며 국가 차원의 건강보험 제도를 운영 중인 국가들에는 공통적으로 나타나는데, 의료보장비에서 약제비 지출이 차지하는 비중은 약 20% 내외이지만, 여러 가지 수단을 통해 약가를 인하하려는 조치를 마련하고 있음

▸ 대부분의 국가들이 신자유주의의 저투자·저성장 기조에 따라 재정 수입 약화의 문제를 겪고 있고, 여기에 고령사회화가 급격히 진전됨에 따라 의료보장비용 절감을 위한 약가의 인하 기조는 장기적으로 계속 유지, 강화될 것으로 예상해 볼 수 있음

◾ 저분자를 중심으로 한 신약 개발의 대상이 고갈되고 있으며, 기존 연구 방법의 연장선상에서는 신약의 단초가 나오기 어려워지고 있다는 점도 제약업계의 고민거리

▸ 헬스케어 분야 시장조사기관인 The Human Protein Atlas에 따르면, 인간의 게놈에 코딩되어 있는 단백질은 약 2만 개가 존재하지만 그 중 아직 약제가 승인되지 않은, 신규 약제의 표적으로 삼을 만한 단백질은 1,200개 정도임

▸ 그러나 이들 1,200개는 이미 제약 기업들의 검증 결과 안전성, 효율성, 상업성의 관점에서 부정적 평가가 내려진, 분자 표적치료의 대상이 되는 단백질일 가능성이 높음

▸ 설사 그러한 검증을 거친 유망한 표적이 있다고 해도 제약 기업들이 너나없이 노리는 표적이 되므로 경쟁 환경은 치열해질 수밖에 없음

▸ 결과적으로 저분자 의약품과 항체 의약품 등 고분자 의약품을 중심으로 한 약물 개발에 의존하는 사업 구조가 성립하기 어려워지고 있기에, 제약업계가 새로운 형태로 전환 및 기타 신규 사업 개발을 검토할 필요가 높아지고 있는 것임

◾ 그러나 항체 의약품을 중심으로 한 새로운 형태로 전환한 곳도, 새로운 사업이 매출에서 차지하는 비중이 증가할수록 제조비용이 높아져 수익성이 약화되는 문제에 직면

▸ 원래 바이오로직스는 제조비용이 높기 때문에 생산 역량의 관점에서 바이오 CMO(바이오 의약품을 위탁생산하는 전문 생산사업)의 협상력이 높아지게 되고, 이는 결과적으로 기존 약제의 수익성에 부정적 영향을 미치고 있음

▸ 새로운 형태의 제품에 대한 투자와 희귀 질환 분야 진출, 암 치료를 중심으로 진전되고 있는 개별화 의료 수요 증가는 환자 인구통계학의 세분화로 이어지고, 결과적으로 약품당 연구개발 비용은 더욱 치솟게 되었음

▸ 게다가 이러한 새로운 형태의 제약, 개별화 의료, 특수 영역에 집중하게 되면서 전통적인 제약업계의 마케팅 전략인 SoV(Share of Voice), 즉 병원이나 약국을 방문하여 약품에 대한 지속적으로 설명하는 판매 전략이 통하지 않게 되었음

▸ 메디컬 전시회, 마케팅, 영업 등 임상 현장에서 뛰어야 하는 직원들이 질병 바이오로직스 및 개별 기술에 대해 반드시 깊이 이해를 해야 할 필요성이 생긴 것이고, 이는 교육훈련과 인재 채용 측면에서 불가피한 비용 상승을 초래하고 있음

<자료> 한국경제

[그림 2] 국내 6대 제약사 최근 5년 영업이익률

◾ 이처럼 제약산업이 안팎으로 어려움을 겪는 가운데, 강렬한 임상적 영향력이 예상되는 파괴적 혁신 기술들도 출현하고 있어 제약 업계의 어려움을 가중시키고 있음

▸ 이 혁신 기술들은 기존 제약산업과 타 산업 간의 경계에서 나타나나고 있는데, 가령 의료기기 및 검사·진단 기술의 발전, 의료 ICT와 IoT의 진전, 헬스케어와 기능성 식품의 진화 등을 들 수 있음

▸ 말초 신경계의 이상 신호를 모니터링하고 조정함으로써 자가면역 질환과 정신 건강을 치료하는 신경 조절(뉴로 모듈레이션, Neuro Modulation) 장치, 소위 ‘전자 약’은 타 산업의 첨단기술을 응용해 기존 약물 치료를 대체할 수 있는 대표적 사례임

▸ 복합적인 치료법의 등장 또한 서로 다른 업종 간의 접점 강화를 가속화하고 있는데, 여러 약제, 의료기기, 식사·운동·재활 치료의 조합이 급진전되고 있고, 이런 방식이 치료 효과의 향상을 가져올 것으로 기대를 받고 있음

◾ 물론 이런 신기술이나 새로운 패러다임의 등장이 제약 회사들에게 위기요소이기만 한 것은 아니라는 분석도 있으며, 제약업계 내에서도 적극 대응하려는 움직임도 나타나고 있음

▸ 융합 기술의 등장으로 이전과는 전혀 다른 경쟁 지형에 놓이고 사업환경이 가혹해진다 하더라도, 이 기술들을 자신들이 보유한 비즈니스 및 기술 자산과 잘 조합하여 활용함으로써 새로운 사업 기반을 구축하는 사례도 적지 않음

▸ 제약업계로서도 의약품 이외의 사업 기회를 모색하고 차세대 의료의 패러다임을 앞서 파악할 수 있는 기회로 삼을 수도 있으며, 무엇보다 신규 사업을 검토하는 과정에서 얻게 되는 자산은 본업인 의약품의 기술 및 사업 기반을 강화시킬 수도 있을 것임

▸ 보수적이기로 유명한 제약기업들이‘문샷(Moonshot, 달나라로 사람을 보낸다는 계획처럼 획기적인 인식의 전환)’을 기치로 내걸고 신규 사업 개발에 박차를 가하고 있는 모습은 제약산업이 느끼는 위기감과 혁신에 대한 갈망을 동시에 보여주는 단면임

◾ 제약산업이 위기를 기회로 전환하려면 먼저 위기의 본질을 정확히 이해해야 하는데, 사실 혁신 기술들이 등장하게 된 이유는 제약산업 자체, 즉 높은 의약품 가격에서 기인함

▸ 1990년대부터 2000년대 초반까지는 고혈압, 당뇨병, 이상지질혈증 등 저분자의 생활습관병 치료제가 의약품 시장의 대부분을 차지하고 있었음

▸ 그러다 2000년대 중반부터는, 1990년대 중반부터 판매되기 시작한 ‘리툭산(Rituxan)’ 등 항체 의약품이 자가면역질환과 암 부문에서 글로벌 매출의 상위를 차지하게 되었음

▸ 현재 전세계에서 매출액이 가장 큰 의약품은 미국 ‘애비(AbbVie)’ 사의 관절염 치료제 ‘휴미라(Humira)’인데, 적용 확대가 지속되면서 블록버스터급 매출을 기록하고 있는 항체 의약품으로 2017년 글로벌 매출은 200억 달러를 넘어섬

▸ 최근에는 애비와 암젠(Amgen), 밀란(Mylan), 삼성 바이오에피스 사이의 바이오시밀러(biosimilar, 특허 만료 생물의약품에 대한 복제약) 판매 개시시기에 관한 협상 소식이 화제가 되기도 하였음

▸ 1990년대까지는 항체 의약품이 이 정도까지 보급될 것으로 예상하지 못했지만, 제약 회사들이 학계나 바이오 기술업체와 공동으로 키메라 항체, 인간화 항체 등 항체공학기술을 만들어 내고, 항원성이라는 기술 과제를 극복하는 데 성공하며 기존 치료방법에 비해 효과성과 안전성의 균형을 갖춘 의약품들이 출현하게 되었음

[표 1] 2006~2016 전세계 의약품 매출 상위 10대 약품의 변화 (단위: 백만 달러)

◾ 새로운 의약품이 산학 연구의 산물인 만큼, 제약회사들이 투자비를 회사하고 차세대 의약품 연구개발에 재투자하기 위한 약값을 요구하는 것은 정당한 일이나 문제는 그 정도임 

▸ 이들은 산학연 혁신의 산물이며, 따라서 제약 회사들은 당연히 그 대가를 누리고 차세대 의약품 연구개발에 재투자하기 위한 수준의 가격을 요구할 정당한 권리가 있음

▸ 그러나 문제는 그 가격 수준이었는데, 항체 의약품을 비롯한 바이오로직스는 매우 고액이며 적용과 투약 용량에 따라 다르기 때문에 일괄적으로는 말할 수 없지만, 환자당 연간 수천만 원의 약값을 지불해야 하는 것은 이제 드문 일이 아님

▸ 의사나 병원으로서는 높은 비용을 받을 수 있고 최선의 치료효과를 기대할 수 있기 때문에 항체 의약품을 처방하지만, 이는 환자 개인과 국가의 재정에 큰 부담이 되고 있음

▸ 또한 의약품이 가격은 연구 개발비뿐 아니라 제조비용과도 관련이 있는 만큼, 향후 바이오시밀러 보급이 폭발적으로 진행된다 해도 단기적으로는 극적인 가격 인하 효과를 기대하기는 어려운 상황임

◾ 이런 문제를 해결하기 위해 전세계의 연구자들이 가격 인하를 위한 연구를 진행하고 있는데, 이들 가운데 치료방식의 패러다임을 바꾸는 파괴적 혁신 기술도 나타나고 있는 것임

▸ 문제 해결의 접근방식은 크게 두 가지인데, 우선 바이오로직스의 생산 효율성을 높이거나 약제의 지속성을 강화하는 연구 개발을 진행하는 것임

▸ 가령, 유가 배양(fed-batch culture)에서 관류 배양(perfusion culture)으로 변경하여 생산 효율을 향상시키거나, 리사이클링 항체처럼 약효이 지속성을 연장시킬 수 있는 의약품의 개발이 진행되고 있음

▸ 또한 임상 현장에서도 약병 최적화(drug vial optimization)나 의약품 추천 목록(포뮬러리, formulary)의 도입을 통한 필사적인 약제비 절감 실증 연구가 진행되고 있는 중임

▸ 그러나 이러한 접근은 기존 기업에 필요한 점진적 혁신이기 때문에, 치료 접근방식 자체를 전환시키는 파괴적 혁신은 없는지 고민하는 사람들도 나타나고 있음

▸ 또한 의료 산업이 사회보장 시스템에 구조적으로 의존하는 이상, 의료연구 혁신을 평가하는 기준에 약효에 대한 평가와 함께 의료비용 관점에서 평가를 추가할 수밖에 없는 문제가 발생하는 것은 아닌가 의구심을 제기하는 사람들도 나타나고 있음

◾ 전통적인 제약산업과 전혀 다른 접근방식을 택한 연구 결과물 중 하나가 ‘전자 약’인데, 대표적 사례는 미국방위고등연구계획국(DARPA)의 ‘일렉트릭스(ElectRX)' 프로젝트임

▸ DARPA는 1950년대 후반 구소련의 스푸트닉호 발사에 충격을 받아 국방에 중요한 혁신적 신기술에 대한 개발 투자를 목적으로 설립된 조직으로, 인터넷이나 GPS 등 오늘날 우리 삶의 근간을 지탱하는 기반 기술을 창출한 곳이기도 함

▸ DARPA에는 6개 부서가 있고 그 중 하나가 BTO(Biological Technologies Office, 생물학기술 부문)인데, 

전장에서는 약물 치료의 제공과 수술 실시가 곤란하므로 ‘의약품에 의존하지 않는 치료법’의 개발 및 관련 프로젝트 지원에 주력하고 있음

▸ 지원 프로젝트 중 하나가 ‘일렉트릭(ElectRx)’인데, 말초신경계의 이상 신호를 모니터링한 후 조정함으로써 자가면역 질환과 정신 건강을 치료하는 뉴로 모듈레이션 장치, 소위 ‘전자 약’을 개발하는 연구임

▸ 일렉트릭스 프로젝트는 당분간은 자가면역 질환(류마티스, 전신염증반응증후군, 염증성 장질환) 및 정신 건강(외상후스트레스장애(PTSD, 우울증) 등을 연구 대상으로 하지만, 장기적으로 다른 질환까지 다루는 것을 목표로 하고 있음

▸ 예를 들면, 장기 기능을 제어하는 특정 말초신경의 회로를 표적으로 첨단 센싱 및 자극 기술을 활용하거나, 건강 상태를 실시간으로 모니터링 하고 건강을 회복하기 위해 필요한 치료 자극 패턴을 환자마다 설계하고 필요시 개입하는 것 등임

<자료> DARPA

[그림 3] DARPA 일렉트릭스 프로젝트 컨셉

◾ ‘전자 약’ 개발 흐름은 민간 기업에서도 이미 나타나고 있는데, 차세대 신경 조절 장치 개발이나 전자약학에 주력하고 있는 ‘GSK’와 구글의 자회사 ‘베릴리(Verily)'가 대표적

▸ 이전부터 전기 자극을 이용한 치료는 파킨슨병, 난치성 통증, 강직 개선 등에 이용되고 왔지만, 최근에는 그 외연과 적용이 확대되고 있으며 제약산업이 의료기기 산업의 접근방식을 이용한 치료법의 연구개발에 착수할 때 좋은 출발점이 되고 있음

▸ GSK는 차세대 뉴로 모듈레이션이나 전자약학(electroceutical, 일렉트로수티컬)에 주력하고 있는 기업으로 2016년에 베릴리와 합작으로 생체전자공학 의약품(bioelectronic medicines) 개발을 목표로 한 ‘갈바니(Galvani Bioelectronics)’를 설립하였음

▸ GSK와 베릴리 양사는 7년간 최대 5억 4천만 파운드(약 7,600억 원)을 공동 출자하기로 했는데 이는 거대 제약회사의 투자 규모에 상응하는 금액임

▸ 베릴리는 구글 X의 생명과학 프로젝트에서 스핀아웃한 기업으로 다양한 의약품 및 의료 기기 업체와 공동으로 최소 침습 혈당측정계(CGM), 혈당측정 콘택트렌즈, 임상시험용 시계 등 다양한 차세대 혁신 의료기기의 연구개발로 유명한 기업임

◾ 갈바니 바이오일렉트로닉스가 2023년경 승인을 목표로 연구개발 중인 것은 한차례 시술로 효과가 수십 년간 지속되는 내장 형식의 ‘전자약학’ 기기임

▸ 이는 체내의 신경 신호와 활동 전위의 부조화를 제어하는 것으로 염증성 질환 및 대사 계 내분비 계통의 질환 치료를 목표로 하고 있음

▸ 갈바니는 개발하는 제품의 정확성 정도를 정밀기기 수준으로 한다는 목표를 세우고 있는데, 만약 실현된다면 맥박 조정기나 매립식 전기자극장치 등 기존 바이오 일렉트로닉스와 뉴로 모듈레이션 장치보다 훨씬 소형이 됨

▸ 한편 갈바니를 주도하고 있는 GSK에는 여러 벤처캐피탈에서 투자를 하고 있는데, 그 중 하나가 APVC(Action Potential Venture Capital)로 ‘생체전자공학 의약(bioelectronic medicine)’ 부문에 특화된 벤처캐피탈임

▸ APVC의 포트폴리오 기업 중 하나가 ‘세트포인트 메디컬(SetPoint Medical)' 인데, 이 기업 역시 갈비니와 같은 컨셉으로 무선 충전이 가능한 아이패드에서 전위를 제어할 수 있는 내장형 소형 전위조정기기를 개발하고 있음

▸ 이미 임상 연구 및 임상 개발을 진행하고 있으며, 관절염에 대한 1차 대인 시험(First-in-Human), 크론병에 대한 개념 검증 시험(Proof-of-Concept)에서 좋은 결과를 거두었다는 사실이 올해 6월에 공개된 바 있음

◾ 만일 ‘전자 약’의 안정선과 효과성이 입증되고 상용화가 진행된다면, 치료의 편리성이나 비용 측면에서 제약산업에 상당한 충격을 가져올 것으로 예상됨

▸ 전자 약은 약물 부작용 및 거부 반응을 일으키는 환자들에게 효과적인 면도 있고, 기존 약제의 효과의 증강 및 보강 효과도 있기 때문에 임상 도입이 빠르게 진전될 수도 있음

▸ 개념 검증 결과가 축적되고 안전성 검증이 진행되면 현재 약물 치료에 비해 부작용 감소, 통원 빈도의 감소, 반영구적 치료 효과 등의 강점이 있을 것으로도 기대되고 있음

▸ 무엇보다 중요한 것은 치료비용의 절감이 기대되는 것인데, 만일 현재 DBS(뇌 전기자극장치)의 보험급여 가격 수준이 적용된다면 2천만 원 정도의 단발 치료로 끝나게 됨

▸ 이런 경우 자가면역질환의 항체 의약품이나 대사·내분비계 질환의 단백질 제제의 대체재로 전자 약을 선택하다고 가정하면 수백억 달러의 시장 잠재력을 가지게 되는 셈

▸ 전세계 의약품 시장 규모를 유형(모달리티)별·질환별로 보면 매출 상위를 차지하고 있는 바이오로직스의 대상 질환은 전자 의약품이 대상으로 하는 질환과 거의 겹쳐 있음

<자료> Informa Pharma Intelligence

[그림 4] 2016 질환별/모달리티별 의약품 시장

◾ 이러한 전자 약은 지금까지와 전혀 다른 기술 기반과 파트너십을 요구하므로, 향후 제약산업에 요구되는 역량은 경쟁우위가 아닌 타산업과 ‘협력적 경쟁’ 능력이 될 것으로 보임

▸ 전자 약의 접근방식은 제약회사들에게는 완전히 새로운 혁신적 방식이 될 수 있고, 위기이자 동시에 기회가 될 수 있어 적극 대응할 필요가 있으나, 문제는 지금까지와 전혀 다른 기술 기반과 제휴가 필요하다는 점

▸ 가령 DARPA의 경우도 프로젝트의 선결 과제로, 질병 및 생리적 상태를 생물체내(in vivo)에서 지속적으로 모니터링 할 수 있는 신경 조절 시스템 디자인과 혁신적 탐지 기술 및 신경 인터페이스 기술을 내포하는 최소 칩습(비침습) 컴포넌트를 제시하고 있음

▸ 이러한 기술 기반은 기존 기기제조 업체들이 보유하지 못한 공학적 지식, 센싱 기술, 시스템 및 UI 구축 능력 등을 전제로 하는 것이며, 제조업체들에게는 기존의 바이오로직스 지식과 신기술 기반을 융합시키는 것이 요구되고 있음

▸ 이를 위해서는 지금까지 교감을 나눠 온 영역과는 다른 학문 분야, 스타트업, 파트너 기업의 선정 및 이들 이해관계자와 협력이 필요하게 되며, 여기에는 전통적인 제약산업의 플레이어들이 보유하고 있는 자산도 포함이 됨

▸ 그러나 문제는 대형 의료기기 기업들은 전통적으로 외부 스타트업과 제휴에 소극적이며, 제약회사들은 자신들이 가진 유무형 자산이 무엇인지 잘 모르는 경향이 있다는 점

▸ 따라서 현재 상황은 이들을 아우를 수 있는 사업자가 새로운 지평을 열 수도 있고, 기존 의료기기 업체나 제약업체들이 신기술을 수용해 성장을 지속하거나 혹은 혁신 기술에 밀려 도태될 수도 있는, 여러 다양성이 공존하는 혼돈의 시기라 할 수 있음

▸ 신규 사업을 개척하는 데 있어 어느 한 회사가 단독으로 기술 창출과 사업 개발을 하며 가치사슬 전체를 커버하기 어려운 시대로 접어든 만큼, 앞으로 제약 및 의료기기 산업에는 적자생존의 경쟁이 아닌 협력적 경쟁 능력이 요구된다 할 수 있음

※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1817호(2017. 10. 11. 발행)에 기고한 원고입니다.

▶ IITP에서 PDF 포맷으로 퍼블리싱한 파일을 첨부합니다. 가독성이 좋으니 참고하시기 바랍니다.

100만 명의 DNA와 건강정보 분석, 생명과학 강국으로 도약한 중국.pdf

[ 요 약 ]

ž 세계의 공장인 중국은 또한 ‘세계의 DNA 시퀀싱 공장’이기도 하여 최근 사람이나 동물 및 식물의 유전자 서열 규명 연구를 주도해 오고 있음

Ø 지난 2014년 서부 아프리카에서 에볼라 바이러스가 급속도로 퍼질 당시, 중국 보건당국은 에볼라 바이러스에 대한 항체의 유전자 분석을 완료했다고 발표하며, 중국은 미국 못지 않은 다원적인 항체 생산능력을 갖추고 있다고 자평하였음

Ø 당시 중국질병통제센터 전염병연구소는 중국이 2008년부터 9개의 ‘과학기술 중대 프로젝트’를 진해해 왔고, 그 과정에서 10개의 국가급 연구기관이 백신과 치료제 개발을 포함한 에볼라 바이러스 연구를 진행해 왔다고 소개한 항체의 유전자 분석을 완료했다고 소개한 바 있음

Ø 2015년 한국에서 메르스 사태가 발생했을 때도 중국질병통제센터 전염병연구소는 한국 국립보건연구원의 발표에 앞서, 광둥성에서 메르스 확진 판정을 받은 한국인 환자에 대해 유전자 분석을 실시한 결과 전염성 강화 등의 변이는 발견되지 않았다고 보도한 바도 있음

Ø 2016년에는 중국 과학자들이 인간의 배아에서 특정 유전자를 바꿔치기하는 유전자 조작을 시도해 전세계 과학계를 큰 충격에 빠뜨린 적이 있는데, 이처럼 유전자 분석에 대한 규제가 미비한 중국에서는 이미 많은 유전자 연구가 진행되고 있음

Ø 세계 최대 규모의 염기서열 판독설비를 갖춘 곳 역시 중국의 ‘베이징지놈연구소(BGI)’로 중국개발은행이 15억 달러를 투자해 한해 1만 5천 명의 유전자를 분석할 수 있는 인프라를 보유하고 있으며 전세계 개인 유전자 분석 서비스 업체들로부터 일감을 따내고 있음

Ø BGI는 2012년 당시 세계 최고 유전자 분석기술을 보유했던 미국의 ‘컴플리트 지노믹스(Complete Genomics)’를 1억 1,760만 달러에 인수한 이후 유전자 분석 수준을 단숨에 높여 시장 점유율을 끌어 올리며 ‘세계의 DNA 시퀀싱 공장’으로 부상하였음

[표 1] 세계 최대 DNA 시퀀싱 센터 BGI(베이징 지놈 연구소)의 설비 용량

<자료> Genomics

Ø 현재 중국은 유전자 배열을 읽어낼 뿐만 아니라 그 결과를 인공지능(AI)으로 해석하고 생명과학 분야를 선도하려 하고 있는데, IBM과 구글 등 미국 대기업들이 천착하고 있는 연구 분야이지만 중국은 규제 없이 대규모로 연구를 전개할 수 있다는 점에서 상당한 이점을 누리고 있음

ž 현재 중국 유전자 분석의 최첨단을 이끌고 있는 기업은 BGI의 전임 CEO가 선전에 본사를 두고 창업한 바이오 벤처기업 ‘아이카본엑스(iCarbonX, 碳云智能)’임

Ø 아이카본엑스는 중국 지놈 과학의 선구자였던 준 왕(June Wang)이 인공지능과 의료 빅데이터를 기반으로 유전자 정보 및 진료정보와 개인 라이프 로그를 통합해 질병을 예측하는 개인 맞춤형 의료정보 플랫폼 서비스를 제공하기 위해 2015년에 설립한 기업임

Ø 준 왕은 16살에 북경대학에 입학하여 인공지능, 컴퓨터 과학, 생물윤리학을 전공한 후 중국 휴먼 지놈 프로젝트에 참여하여 큰 기여를 하였고, 세계 최대 규모 지놈 회사인 BGI 설립 멤버로 후에 CEO가 되었음

Ø 유전자만으로 생명현상을 모두 해독할 수 없다고 느낀 준 왕은 단백질, 대사체, 신체적 특징 및 행동 등의 다양한 정보를 기반으로 생명을 이해하기 위한 비즈니스 모델을 구축하기 위해 BGI를 떠나 아이카본엑스를 설립하였음

Ø 아이카본엑스는 현재 건강검진센터, 약국, 병원, 보험사들을 통해 타액, 단백질, DNA, 미생물 데이터 등 유전체 정보를 수집한 후, 고급 데이터 마이닝 및 기계학습 기술을 통해 개별 건강상태를 분석 및 예측하여 맞춤형 웰빙 프로그램, 식이요법, 처방 의약품 등을 추천해 주고 있음

Ø 또한 개인별 피부 상태에 따라 제품을 권장하는 스킨케어 서비스를 필두로 영양, 건강, 의료 분야로 확대할 계획을 갖고 있으며, 사용자를 건강한 삶의 방향으로 안내 할 수 있는 디지털 아바타를 만들고 디지털 라이프 생태계를 구축하는 것을 장기 목표로 설정하고 있음

Ø 아이카본엑스는 설립 6개월 만에 텐센트로부터 2억 달러의 투자를 유치하는 등 지금까지 총 6억 달러의 투자를 받았으며 올해 가장 주목받고 있는 벤처기업으로 선정되기도 하였음

Ø 또한 미국의 개인 의뢰 유전자 분석 서비스 업체인 23andMe와 더불어 기업가치가 10억 달러 이상인 유전자 분야의 대표적 유니콘 기업이기도 한데, 특히 전체 유니콘 기업들 중 가장 역사가 짧은 ‘젊은 기업’으로 꼽히고 있음

ž 아이카본엑스에 투자와 관심이 쏠리는 이유는 그 스케일에 있는데, 최소 100만 명 이상의 건강 데이터 분석을 통해 AI로 유전자와 질병의 관계를 규명하려 하기 때문

Ø IBM과 구글 등 미국의 AI 주도 기업들이 유전자 분석의 임상 시험을 전개하고 있지만 기대했던 성과는 얻지 못하고 있는데, 질병 발병 유전자 변이를 밝혀 내지 못하고 있어 유전자 변이와 질병 발병 사이의 상관 관계를 찾는 데 어려움을 겪고 있음

Ø 이런 문제를 반복하지 않기 위해 아이카본엑스는 기존 방식 외에 피험자의 생체 검사 결과를 토대로 정확한 정보를 얻겠다는 계획을 세웠는데, 걸림돌이 된 것은 중국의 의료 시스템 전산화 수준이 낮아 연구에 활용할 수 있는 빅데이터가 매우 부족한 상황이라는 점

Ø 문제의 해결을 위해 아이카본엑스는 두 가지 방안을 모색하고 있는데, 첫번째는 병원을 통해서가 아니라 메시징 프로그램인 위챗(WeChat)을 이용하여 소셜 미디어에 기록된 개인 의료 정보들을 확보한다는 계획임

Ø 위챗은 텐센트가 운영하는 소셜 메시징 서비스로 텐센트가 아이카본엑스에 2억 달러를 투자한 데에는 이런 배경이 있는 것이며, 양사는 향후 5년 내에 최소 100만 명, 최대 300만 명 이상의 사람들로부터 의료 빅데이터의 데이터베이스를 구축할 것이라고 발표하였음

Ø 이는 개인정보보호 이용에 관대한 중국인들의 특성을 이용한 것인데, 향후 개인의 유전자 데이터를 소셜 데이터와 조합하여 AI로 분석하면 분석의 정밀도가 향상될 것으로 기대하고 있음

Ø 두번째 방안은 피험자의 생체 검사를 직접 실시하는 것인데, 구체적으로 피험자 혈액의 단백질량 변화와 신진대사를 측정하고 뇌 영상 데이터를 이용하며, 웨어러블 바이오 센서로 혈당치를 모니터링 하는 한편 스마트 화장실에서 소변과 대변에 포함된 바이오 마커를 수집하려고 함

Ø 이렇게 모은 유전자 정보, 의료 정보, 생체 검사 데이터 정보를 조합한 후 AI로 분석하여 건강 관리에 도움이 되는 정보를 추출하고, 개인맞춤형 AI 헬스케어 서비스를 제공하겠다는 것이 아이카본엑스의 궁극적인 계획임

ž 아이카본엑스는 최근 자신들의 최종 목표인 AI 기반 디지털 건강관리 플랫폼의 개념을 담은 초기 서비스로 ‘미엄(Meum)’이라는 건강관리 앱을 선보였음

Ø 이용자들이 미엄 앱에 섭취한 음식이나 운동에 대한 정보와 함께 신체 정보와 생체 신호를 입력하면, AI는 이렇게 입력된 정보를 유전자 정보 및 생체 정보와 함께 분석한 후 앱 화면에 건강 및 질병에 관련된 정보를 보여주고 필요한 액션을 추천해 줌

Ø 구체적으로 살펴보면, 식사의 내용물, 취침 시간, 필요한 운동 등 건강한 생활을 위해 도움이 될 수 있는 조언을 표시해 줌

Ø 아이카본엑스는 개인의 건강과 관련된 다양한 요소들을 모두 포함하여 분석함으로써 모든 개인이 자신의 삶을 더 잘 이해하고 관리할 수 있게 돕는 앱을 개발하는 것을 목표로 하고 있음

Ø 궁극적으로는 위챗 메신저 앱 사용자 9억 명을 대상으로 스마트한 방식으로 ‘디지털 미(Digital Me)’를 만들 수 있는 디지털 플랫폼 개발을 목표로 하고 있음

Ø ‘디지털 미’ 전략의 논리 흐름은 ‘①모든 형태의 삶이 디지털화될 수 있다 à ②모든 디지털화된 삶은 모델링 될 수 있다 à ③ 모든 디지털화된 삶은 네트워크로 연결될 수 있다’로 요약됨

Ø 모델링을 통해 탄소 기반의 인체는 디지털 형태의 실리콘 기반으로 변환이 되는데, 그러면 음료 한 잔이라도 내 몸에 들어오면 어떻게 반응할 지 시각화해서 볼 수 있게 되고, 상호 연결된 ‘디지털 미’들이 커뮤니케이션 하면 예상할 수 없는 일들이 벌일 것이라 기대하는 것임

Ø 이러한 시도는 처음이기에 시장이 새로우니만큼 제품도 달라야 할 것이고, 그래서 아이카본엑스는 AI를 포함한 모든 기술을 새롭게 개발돼야 할 것으로 보고 있음

Ø 아이카본엑스는 디지털 미 서비스를 누구나 이용할 수 있는 초저가 상품과 비싸지만 모든 데이터를 분석하는 초고가 상품으로 구성한다는 계획인데, 하이엔드 상품 개발을 위해 이미 텐센트, 화웨이 등과 협력해 데이터 보안 시스템을 개발 중이라고 함

ž 아이카본엑스에 더욱 주목해야 하는 이유는 중국을 넘어 글로벌 차원에서 의료-유전자-건강 데이터 분석 기술의 중심이 되기 위한 적극 행보를 이미 시작하고 있기 때문

Ø 아이카본엑스가 최근 개인으로부터 헬스케어 데이터를 대량으로, 비용효율적으로 수집하고 분석할 수 있는 기술력을 확보한 글로벌 기업들과 연대를 형성하였음

Ø HealthLoop, SomaLogic, HealthTell, Pa-tientsLikeMe, AOBiome, GALT 등 7개 미국 기업과 이스라엘의 Imagu Vision, 중국의 Tianjin Robustnique 등 7개 기업에 4억 달러를 전략적으로 투자하고, 자신들을 중심으로 한 ‘디지털 라이프 얼라이언스(Digital Life Alliance)’를 결성한 것임

Ø 얼라이언스에 참여한 기업들의 면면을 보면 유전체, 단백체, 대사체, 항체, 재조합 효소, 박테리아, 의료, 헬스케어 데이터 수집 분야에서 비교우위 기술을 이미 확보하고 있는 곳들임

Ø 이들 기업은 개인의 건강과 질병의 상태를 파악하는 지표를 아이카본엑스에 제공하게 되며, 아이카본엑스는 이 지표를 활용해 빅데이터에서 잡음을 제거하고 정밀하고 유용한 정보를 감지 할 수 있는 시스템을 개발하게 됨

Ø 디지털 라이프 얼라이언스는 의료 데이터를 유전자 분석과 결합해 건강에 관한 새로운 지식을 얻으려 하는 글로벌 기업들의 협회로서 기능할 것으로 보이는데, 이들 기업을 끌어들임으로써 아이카본엑스는 글로벌 정밀 의학의 중심 기업이 되기 위한 준비를 해나가려는 것으로 보임

ž 고도의 기술력에 정부의 강력한 지원까지 더해져 중국은 이제 세계의 DNA 시퀀싱 공장에서 생명과학 글로벌 강국으로 또 한번 변신과 도약을 준비하고 있음

Ø 구글의 생명과학 부문 ‘베릴리(Verily)’는 건강한 인체를 정의하기 위한 ‘베이스라인 프로젝트(Baseline Project)’를 시작했으며, 1만 명 참가자의 개인 신체 정보와 의료 정보를 수집하고, 수집된 정보와 유전자 정보를 AI로 해석하여 건강한 인체의 상태가 무엇인지 규명하고 있음

Ø 이에 비해 아이카본엑스는 최소 100만 명 이상의 규모로 실증 실험을 전개할 계획인데, 유전자 배열 등 데이터 양이 훨씬 큰 정보를 분석하기 위해서는 AI 알고리즘 교육에서 대량의 데이터가 필요하다는 점을 고려할 때, 베릴리에 비해 아이카본엑스가 압도적으로 유리함

Ø 아이카본엑스의 가장 강력한 경쟁자로 꼽히는 기업 역시 미국이나 유럽의 기업이 아닌 중국의의 유전자 기업인 ‘우시 넥스트코드(WuXi NextCode)’로, 이 기업 역시 3억 달러의 투자를 유치해 AI와 지놈 기술 기반의 디지털 헬스케어 서비스를 준비하고 있음

Ø 이런 기업들의 노력에 유전자 정보가 사용되는 것에 대한 거부감이 적은 사회 문화, 중국 정부의 제도적 지원, 중국이라는 거대한 시장과 자본력까지 생각해 보면, 어렵지 않게 중국이 생명과학 분야의 글로벌 헤드쿼터가 될 것을 그려볼 수 있음

Ø 중국은 이미 세계의 DNA 시퀀싱 공장으로 작동하고 있으며, 지금 계획 중인 기술이 개발되고 서비스가 제공된다면 전세계인들의 건강을 관리하는 세계의 헬스케어 센터가 될 수도 있음

Ø 생명과학 분야 글로벌 강국으로 도약을 준비 중인 중국 정부와 중국 기업들의 움직임을 눈 여겨 보고, 이들과 협업 전략을 모색해야 할 필요성이 점점 더 뚜렷해 지고 있음

※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1804호(2017. 7. 12 발행)에 기고한 원고입니다.

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웨어러블 기기의 건강 관리 정밀도를 높여주는 인공지능 기술.pdf

[ 요 약 ]

[ 본 문 ]

ž IDC에 따르면 전세계 1분기 웨어러블 기기 시장에서, 샤오미와 애플이 이 분야를 개척해 온 ‘핏빗(Fitbit)’을 제치고 나란히 1위와 2위를 차지하였음

Ø 올해 1분기 전세계 웨어러블 기기 출하대수는 2,470만대로 전년도 같은 기간의 2,090만 대에 비해 17.9% 증가한 것으로 조사됨

Ø 샤오미는 전년 대비 3.3% 감소한360만 대를 출하했으나 시장점유율 14.7%로 1위를 차지했으며, 애플워치를 내세운 애플은 1년 만에 64.1% 성장하며 시장 점유율 14.6%로 2위에 올라섰음

Ø 눈에 띄는 것은 핏빗의 실적인데, 핏빗은 2016년 4분기까지도 1위를 유지했으나 올 1분기에는 전년 동기 대비 37.7% 감소함 300만대 출하에 그치며 3위로 추락하였는데, 이런 여파 때문인지 핏빗은 최근 대규모 정리 해고를 통한 비즈니스 재구축에 나서고 있음

Ø 2분기 이후에는 핏빗의 하락세가 더욱 두드러질 전망이고, 샤오미 역시 1분기에 1위를 차지하기는 했지만 출하대수는 감소한 상태에서 핏빗의 급전직하에 따른 어부지리 성격이 강하기 때문에 2분기 이후에는 애플이 당분간 시장점유율 1위를 유지할 것으로 예상됨

ž 핏빗의 하락세와 애플의 강세를 가른 원인으로는 데이터와 기능과 정확도가 거론되고 있는데, 고정밀과 고기능을 요구하는 시장의 요구에 핏빗은 부합하지 못하고 있다는 평가

Ø IDC는 1분기 실적 결과에 대해 사용자의 취향이 단순한 피트니스 밴드에서 시계 및 기타 기능이 탑재된 제품으로 옮겨가고 있다고 분석하고 있음

Ø 다른 업계 전문가들은 소비자들의 요구가 단순히 기능 추가에 있는 것은 아니며, 웨어러블을 구매하는 가장 큰 이유가 건강 관리를 위해서인데, 핏빗의 경우 센서의 기능과 정확도가 생각만큼 도움이 되지 않는다는 평을 받고 있는 것 같다는 분석을 내놓고 있음

Ø 단순히 걸음 수나 맥박 수를 체크하는 수준을 넘어서 점차 고정밀∙고정확의 데이터에 기반한 건강 관리 수요가 점차 높아지고 있는데, 애플은 이러한 소비자의 수요를 정확히 캐치하고 현재 기술의 단점을 보완하려는 노력을 해나가고 있다는 평

Ø 샤오미는 센서 기술의 정확도보다는 149 위엔(약 2만 4천원)이라는 가격 경쟁력과 최대 20일 간 유지되는 배터리를 앞세워 어필하고 있는데, 이는 애플의 전략과 차별화되는 점이며 핏빗에게는 다운스트림 세그먼트에서 강력한 압박 요인으로 작용하고 있음

[표 1] 2017년 1분기 전세계 웨어러블 기기 시장 상위 5대 업체 점유율(단위: 백만 대)

<자료> IDC, IITP 재정리

ž 애플워치가 건강 관리 웨어러블로 자리를 잡아가고 있는 데에는, 현단계 센서 기능의 한계를 다른 기술, 특히 인공지능(AI)으로 보완하려는 전략이 기여하고 있음

Ø 2015년부터 외신에는 종종 애플워치 덕분에 목숨을 부지할 수 있었다는 소식들이 보도되고 있는데, 주로 ‘몸의 상태가 좋지 않아 애플워치로 심장박동수를 확인해 봤고, 정상 수치 보다 높게 나와 병원에 방문했더니 의사가 늦었으면 큰일 날 뻔 했다’고 말했다는 스토리임

Ø 미국에서만 연간 70만 명, 전세계적으로 연간 1,700만 명 이상이 심혈관 질환으로 사망할 만큼 심혈관 질환은 주요 사망 원인 중 하나지만, 여느 병과 마찬가지로 조기 발견하여 치료가 되면 생명을 구하고 중대 질환으로 번질 가능성을 낮출 수 있음

Ø 심장박동수 측정 기능은 애플워치에만 있는 것이 아니므로 다른 웨어러블 기기들도 긴급 상황에서는 도움이 되며, 심장박동수 측정 센서가 오작동하는 경우도 있지만 수치가 비정상적으로 높거나 기분이 좋지 않을 때는 일단 병원에 내원하는 것이 좋다고 의사들은 권고함

Ø 그러나 앞서 핏빗의 침체 원인에서 언급한 것처럼, 현재 웨어러블 기기들에 창작된 센서의 기능에는 한계가 있어 심박수 측정의 정확도는 불안정한 편이며, 따라서 건강한 사람들이라면 부정확한 수치나 오작동에 실망을 느껴 관심을 거두게 되는 경우도 적지 않음

Ø 애플워치 역시 심박수 센서 수치가 부정확한 문제를 동일하게 겪고 있기는 하지만, 애플은 정확도 보정을 위해 애플워치에서 수집한 심박수 수치를 인공지능(AI)으로 해석하여 심장의 상태를 감지하는 연구를 진행하고 있음

Ø 애플은 이를 바탕으로 병원에서 심전도 검사(ECG, Electrocardiogram)를 받지 않아도 애플워치에서 24시간 내내 심장의 상태를 모니터링 할 수 있다는 점을 마케팅 포인트로 어필하고 있음

ž 애플워치에 심장 상태 모니터링 기술을 제공하고 있는 기업은 헬스케어 스타트업인 ‘카디오그램(Cardiogram)’이며, 동명의 앱은 애플의 ‘헬스키트(HealthKit)’와 연동되어 있음

Ø 심박동 곡선을 뜻하는 ‘카디오그램’은 앱은 애플워치의 센서를 통해 측정한 신체 데이터를 분석하여 심장의 움직임을 파악하는데, 주로 운동 후에 심박수가 어떻게 반응하는지를 살핌

Ø 또한 평상시의 심장 박동수를 모니터하고 스트레스 상황이나 식사 후에 신체가 어떻게 반응하는 지도 살피는데, 이런 방법을 통해 심장 질환을 감지해 내는 연구를 진행하고 있음

Ø 애플은 자사 혹은 써드파티들의 건강 관리 앱 개발의 기초가 되는 ‘헬스키트(HealthKit)’를 구축하고 있는데, 애플워치에서 측정된 신체 데이터는 이용자의 동의 하에 헬스키트에 축적됨

Ø 카디오그램 앱은 iOS용 건강관리 앱으로 개발되었기 때문에 헬스키트를 통하여 이용자의 신체 정보에 접근할 수 있고 데이터를 분석하여 건강에 관한 지식을 얻게 되는데, 이를 토대로 애플워치 이용자의 심박수, 서있는 시간, 칼로리 양, 운동시간, 걸음 수를 시각화하여 표시해 줌

Ø 카디오그램은 ‘증거 기반 행위(Evidence-Based Behavior)’라는 방법론을 사용하여 심장의 움직임을 파악하는 기술을 개발하고 있는데, 이는 일상생활에서의 행동이나 운동이 생체에 미치는 영향을 검증한 후 이용자에게 제시함으로써 행위를 강화해 주는 데 목적이 있음

Ø 예를 들어 2주 동안 조깅을 했다면 이것이 심장 박동에 어떻게 영향을 미치는지를 분석하여 만일 심박수가 7% 낮아졌다면 이 행위는 건강에 효과가 있다고 판정하는 것이며, 건강 관리에 도움이 된다는 증거를 이용자에게 정확히 보여줌으로써 조깅을 계속 하도록 유도하는 것임

Ø 조깅 외에 자전거, 명상, 요가, 수면 시간 등이 인체에 미치는 영향을 분석하는 프로그램도 갖추고 있으며, 스마트폰을 끊는 것이 건강에 긍정적으로 작용하는지를 검증하는 메뉴도 있음

ž 카디오그램은 현재 UCSF 대학과 공동으로 애플워치로 얻은 데이터를 AI로 분석해 심장 이상 여부를 감지하는 연구를 진행하고 있는데, 정확도는 97% 정도라고 함

Ø 카디오그램이 UCSF(캘리포니아 대학 샌프란시스코)와 진행 중인 공동 작업의 명칭은 ‘m리듬 연구(mRhythm Study)’인데, 6,185명을 대상으로 애플워치에서 수집한 심박 데이터를 분석하여 부정맥의 일종인 심방세동(Atrial Fibrillation)’을 감지하는 것임

Ø 심방세동은 심장 근육층에서 일어나는 빠르고 조화롭지 않은 불규칙한 수축 현상인데, 정상적인 심박수는 분당 60~100회이지만 심방세동 환자의 분당 심박수는 최소 400회 이상이 되며, 현상이 지속되면 심부전증으로 이어질 수 있다고 함

Ø 임상 시험 결과 심방세동 판정 정확도는 매우 높은데, 연구팀은 97%의 확률로 심방세동을 감지 할 수 있었다고 보고하고 있음

Ø 애플워치에서 수집한 신호로부터 심방 세동을 감지하는 알고리즘에는 인공지능(AI)이 사용되고 있는데, 이 알고리즘은 ‘나선층(Convolutional Layer)’과 ‘장단기 기억층(Long Short Term Memory networks Layer)’을 조합한 4계층 구조로 되어 있음

<자료> Cardiogram

[그림 2] 카디오그램의 4계층 알고리즘

Ø 알고리즘에 심박수를 입력하면 시간 단계마다 스코어를 출력하는데, 이 스코어가 곧 심방세동이 발생하는 확률이며, 따라서 애플워치를 차고 있는 사람은 시간대 별로 언제 심방세동이 일어났는지를 즉각 파악할 수 있음

Ø 이것이 사실이라면 병원에서 ECG 검사를 하지 않아도 시판 중인 웨어러블 기기에 AI를 결합하여 심장 질환을 파악할 수 있다는 뜻이므로, 현재 이 연구결과에 큰 관심이 쏠리고 있음

ž m리듬 연구의 과제는 알고리즘의 정확도를 높이기 위한 대량의 기계학습 데이터를 확보하는 것인데, 이를 위해 연구팀은 모바일 ECG 검사 기기로 데이터를 축적하고 있음

Ø m리듬 연구에서 알고리즘을 학습시키기 위해서는 애플워치에서 수집한 심박신호 데이터와 ECG에서 측정한 심전도 데이터를 각각 대량으로 확보해야 하며, 이를 토대로 환자에게서 심방세동이 발생했을 때 양 데이터 신호 사이의 관계성을 형성하는 것이 관건이 됨

Ø 그러나 심전도 데이터는 병원에서 심장질환 환자의 ECG 검사를 통해 얻는 것이 대부분이며 그 수는 한정될 수밖에 없는 한계가 있고, 따라서 m리듬 연구에서는 모바일 ECG 측정 장치의 하나인 ‘카르디아 모바일(Kardia Mobile)’을 이용하였음

Ø 카르디아 모바일은 스마트폰과 연동해 작동하는 심전도 측정 장치로 두 개의 전극에 피험자가 손가락을 대고 있으면 심전도 측정이 가능

Ø 측정 시간은 30초 정도 걸리며 결과는 스마트폰에 표시되는데, m리듬 연구에서는 카르디아 모바일을 이용해 6,338건의 데이터를 수집하고 이를 알고리즘을 학습시키기 위한 자료로 사용

Ø 카르디아 모바일은 재미난 기기 정도로 보일 수도 있지만 FDA(미 식품의약국)의 승인을 받은 최초의 모바일 ECG 기기로, 가격이 99달러여서 누구나 쉽게 구매해 심전도를 측정할 수 있기 때문에 병원은 물론 일반 미국 가정에 보급이 시작되고 있음

ž 웨어러블 시장이 여전히 불투명하다는 의견도 많지만, 높아지는 건강관리 수요에 대한 대응 여부가 향후 변곡점이 될 것으로 보이며, 여기에는 AI가 중요한 역할이 할 것으로 예상

Ø 현재 웨어러블 기기 카테고리의 대표 품목은 핏빗으로 대변되는 피트니스 밴드와 애플워치로 대변되는 스마트워치라 할 수 있음

Ø 핏빗의 출하대수 급감에서 알 수 있듯이, 피트니스 밴드형 제품들은 센서 기능의 불완전성 등의 요인 때문에 소비자들로부터 존재감이 약해져 가고 있으며 점차 스마트워치의 한 기능으로 수렴되어 가는 추세임

Ø 반면 스마트워치 제품들은 성장세를 보이고 있지만 여전히 활용성 부족 문제를 겪고 있는데, 소비자들은 시계와 스마트폰 이상이기를 원하지만 실제로는 시계로 쓰기도 힘들고 스마트폰을 대체하지도 못하는 애매한 가치 포지셔닝에 있다는 지적이 많음

Ø 따라서 피트니스 밴드 수요자들이 스마트워치로 옮겨가고 있지만, 기능면에서 차별화된 가치 제공을 하지 못하거나, 가격 측면의 확실한 메리트가 없다면 자칫 피트니스 밴드와 스마트워치 시장 모두 성장이 지체될 수 있다는 우려도 나오고 있음

Ø 이런 면에서 스마트워치를 이용해 소비자들의 ‘높아진’ 건강관리 수요에 대응하려는 시도는 기존 피트니스 밴드 이용자들을 견인하고 스마트워치만의 차별화된 가치를 요구하는 소비자들을 끌어들이기 위한 효과적인 전략이 될 것으로 보임

Ø 애플에 이어 구글 역시 웨어러블을 이용해 심장 상태를 모니터 하는 연구를 진행 중인데, 알파벳 산하 디지털 헬스케어 사업을 담당하고 있는 ‘베릴리(Verily)는 1만 명의 생체 데이터를 분석하여 건강한 상태를 파악하기 위한 프로젝트를 전개하고 있음

Ø 베릴리의 ‘베이스라인 프로젝트(Baseline Project)’는 건강한 인체 상태가 무엇인지 그 기준을 정의하고, 여기에서 벗어날 경우 이용자에게 경고 메시지를 보내는데, 베릴리는 이를 위해 올해 4월 시계형 바이오 센서인 ‘스터디 워치(Study Watch)를 발표한 바 있음

Ø 베이스라인 프로젝트의 정확한 연구 메커니즘은 공개되지 않았으나, 현재 센서의 기능에는 한계가 있으므로 스터디 워치를 통해 수집한 데이터와 다른 의료 데이터를 종합하여 분석하는 작업에 애플과 마찬가지로 AI 기술을 적용해 보완할 것을 예상해 볼 수 있음

Ø 헬스케어 수요가 전형적인 선진국형, 고소득층의 수요임을 감안할 때, 스마트워치의 센서 기능과 AI의 결합으로 비용 대비 효과적인 건강 관리 도구를 제공할 수 있다면 웨어러블 시장의 폭발적 성장이 현실화될 수 있을 것으로 기대됨

※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1794호(2017. 5. 3 발행)에 기고한 원고입니다.

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구글-스터디워치 이용 의료연구 프로젝트.pdf

ž 구글의 지주회사인 알파벳은 지난 2015년 12월, 생명과학 부문 연구와 비즈니스를 담당할 독립 법인으로 ‘베릴리 라이프 사이언스(Verily Life Sciences)’를 출범시킨 바 있음

Ø 베릴리는 기술과 생명과학을 결합하여 건강과 질병에 관한 진실 규명을 미션으로 하는데, 원래 구글의 차세대 제품 연구를 담당하던 ‘구글 X(Google X)’의 생명과학 프로젝트 부문으로 이미 2012년에 활동을 시작하였음

Ø 구글 X의 생명과학 부문은 혈당을 측정하는 기능을 콘택트 렌즈에 임베딩 하여 눈물 분석을 통해 건강 상태를 상시 모니터링 하는 ‘스마트 콘택트 렌즈’ 등의 개발을 진행하고 있었음

Ø 이후 구글이 2015년 10월 알파벳을 모회사로 하는 조직 개편을 실시함에 따라, 구글과 구글 X는 각기 다른 법인으로 알파벳 산하에서 운영되고 있으며, 생명과학 프로젝트 부분은 구글 X에서 분리되어 베릴리 라이프 사이언스라는 독립 법인이 된 것

Ø 베릴리는 세포 생물학자로 전미유전학협회(National Genetics Institute)의 공동 설립자이기도 한 앤디 콘래드가 CEO를 맡고 있으며, 스마트 콘택트 렌즈 프로젝트의 출범 멤버이기도 한 브라이언 오티스가 CTO를 맡고 있음

ž 베릴리 라이프 사이언스는 출범 이후 1년 반이 경과한 2017년 4 월, 의료 연구를 위한 스마트 워치인 ‘베릴리 스터디 워치(Verily Study Watch)’를 발표하였음

Ø 스터디 워치는 여러 개의 생리적 센서와 환경 센서를 탑재하고 심장혈관이나 운동 장애 등 질병 연구를 위해 심전도와 심장 박동, 피부 전위도 등의 데이터를 수집함

Ø 상시 접속(always on) 상태의 절전 디스플레이에는 시간과 날짜가 표시되고 한 번 충전하면 배터리 수명은 최대 1주일이라 하며, 대용량 저장소와 데이터 압축 기술을 이용해 몇 주간의 정보를 저장할 수 있기 때문에 클라우드로 자주 데이터를 업로드 할 필요가 없다고 함

Ø 또한 실시간 알고리즘 처리가 가능한 강력한 프로세서를 탑재하여, 모든 건강 관련 데이터는 기기에서 암호화되고, 암호화 된 데이터는 클라우드에 업로드 되어 베릴리의 백엔드 알고리즘 및 기계학습 기술로 처리된다고 함

ž 스터디 워치는 베릴리의 파트너들이 진행하고 있는 프로젝트에 사용되는데, 구글 X때부터 진행해 온 건강 상태의 기준값을 정하는 ‘베이스라인 프로젝트’에도 도입될 예정

Ø 스터디 워치는 파킨슨 병의 진행 패턴을 연구하는 ‘개인별 파킨슨 프로젝트(Personalized Parkinson 's Project)’에서 채택하고 있음

Ø 또한 건강 상태와 질병 상태의 기준값을 장기간에 걸쳐 탐구하는 ‘베이스라인 스터디(Baseline Study)’프로젝트에 도입될 예정

Ø 베이스라인 프로젝트는 앤디 콘래드가 2014년 여름부터 진행해 온 연구로, 불특정 다수의 참가자로부터 추출한 방대한 생체 데이터를 분석해 건강의 기준값을 산출하는 작업인데, 생체 데이터에는 심박수, 소변, 혈액, 침, 눈물 등의 성분까지 세세한 정보가 모두 포함됨

Ø 앤디 콘래드는 베이스라인 스터디를 위해 약 100명의 생리학자, 생화학자, 광학, 분자 생물학 전문가들로 팀을 꾸린 바 있으며, 구글 X에서 개발한 스마트 콘택트 렌즈도 채택하여 사용해 왔는데, 이번에 스터디 워치가 새롭게 개발되자 연구 프로젝트에 사용하기로 결정한 것

Ø 베이스라인 프로젝트는 현재 듀크대 의과대학과 스탠퍼드대 의과대학과 협력하여 진행 중이며, 제 1 단계 연구로 스터디 워치를 착용한 약 1만 명의 피험자들을 대상으로 4년에 걸쳐 건강 관련 데이터를 수집하게 됨

Ø 스터디 워치뿐만 아니라 온라인이나 전화로 설문하거나 진찰을 통해 피험자의 건강에 관한 모든 정보와 측정 값을 수집하는데, 이를 통해 건강한 상태에서 질병 상태로 넘어가는 기준을 규명하고 위험 요인을 찾는 데 도움을 주는 데이터 플랫폼의 구축을 목적으로 함

Ø 1단계에서 데이터 플랫폼이 구축되고 나면, 제 2 단계 연구에서는 건강 정보를 열람, 정리, 활용하기 위한 도구와 기술의 테스트 및 개발이 진행될 예정

Ø 베이스라인 프로젝트의 데이터 저장소는 구글 클라우드 플랫폼에서 관리되는데, 개인정보보호 및 보안을 고려하여 개인을 특정하여 식별할 수 없도록 처리한 다음, 자격을 갖춘 연구자만이 미래의 예비 분석을 위해서만 데이터에 접근할 수 있도록 하고 있음