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4차 산업혁명, 왜 헬스케어에 주목하는가

 4차 산업혁명(The Fourth Industrial Revolution)은 2016년 1월 스위스 다보스에서 열린 세계경제포럼에서 처음 언급된 개념이다. 세계 경제포럼은 4차 산업혁명을 ‘3차 산업혁명을 기반으로 한 디지털(digital) 기술이 바이오 산업(biological system)과 물리학(physical) 등 의 경계를 허무는 융합의 기술혁명’이라고 정의했다. 4차 산업혁명의 핵심 키워드는 디지털(digital), 바이오(biological), 물리학 (physical) 이다.

 이는 제조 생산 시스템과 노동을 하는 방식의 변화가 사람들의 삶과 일에 대한 정의를 완전히 새롭게 바꾸는 것이다. 달라지는 삶의 정의 에 따라 건강에 대한 정의와 접근 방식도 달라지게 된다. 이 때문에 헬스케어 산업이 4차 산업혁명에서 주목 받고 있다. 헬스케어 산업 내 에서 기술의 접목을 통해 암을 유발하는 유전적 요인을 이해하기 위한 유전자 편집, 약물 전달에 대한 기술 등과 같은 여러 영역으로 확장 이 기대된다.

 전술한 4차 산업혁명의 정의로 돌아가면, 디지털과 물리학의 결합을 통해 일에 대한 정의와 방식이 바뀌고, 디지털과 바이오의 결합을 통 해 건강한 삶의 대한 정의가 달라질 것이다. 그리고 헬스케어 산업이 건강에 접근하는 방식까지도 바꾸게 될 것이다.

치료 방식의 종합적 변화

 과거의 치료 방식은 증상(symptom)을 기반으로 하는 직관적 차원의 의료였다. 이후 바이오마커 등에 대한 연구가 이뤄지며 현재는 패턴 (pattern)을 기반으로 해 증거(evidence)를 통한 의료가 이뤄지고 있다. 불과 10년전보다 의료의 정확도와 효용성은 크게 개선되었다.

 그럼에도 medical unmet needs는 여전히 매우 크다. 향후에는 빅데이터를 기반으로 알고리즘화하여 정밀의료를 통해 치료 효율성을 크 게 향상시킬 것으로 예상된다. 이를 가능하게 할 과학적 뒷받침은 매우 다양한 영역에서 종합적으로 준비되고 있다. 대표적인 예로 NGS(next generation sequencings; 차세대 염기서열분석), 정밀의학(Precision medicine) 등이 있다.

헬스케어 산업에 가져올 변화

 4차 산업혁명이 헬스케어 산업에 미치는 영향을 크게 세 가지로 나누어 정리하면 다음과 같다

 첫째로, <헬스케어 + 빅데이터>의 결합이다. NGS(next generation sequencings; 차세대 염기서열분석)의 대중화를 통해 데이터 접근 및 확보가 용이해지며, 또한 분자 이미징 등을 통한 기술로 과거에 접근하지 못했던 영역의 데이터 확보가 가능해질 것으로 예상된다. 이 에 따라 제약 산업이 크게 발전할 것으로 예상되며, 정밀 의학에 기반해 신약 개발이 이뤄질 것으로 예상된다. 이를 가능하게 하는 대표적 인 사례는 왓슨 온콜로지(IBM), 일루미나의 $100 유전체 시퀀싱 기술 등이 있다.

 둘째로 <헬스케어 + ICT(Information and Communications Technologies)>이다. IT 기기, 특히 모바일 기기와의 접목을 통해 데이터 추적, 관찰의 범위가 크게 확대될 전망이다. ICT와의 융합에 대한 사례는 미국의 최대 원격 진료 서비스 업체인 텔라닥(Teladoc)이 있고, 국내에서도 삼성의료원이 원격 진료를 준비 중이다.

 셋째로 <헬스케어 + IT 기기>이다. 이는 ICT 융합과 일맥 이어진다고 볼 수 있다. 기기와의 융합을 통한 사례는 여러 분야에서 확인할 수 있다. 애플 헬스키트 등의 기기를 통한 헬스케어 서비스와 헬스케어 관련 어플리케이션이 그것이다. 혈당관리, 심전도뿐 아니라, 식습관, 운동 습관까지 체크하는 등 다양한 형태의 서비스가 이미 시행되고 있거나 준비중이다. 이를 기반으로 개인별 맞춤 치료가 가능해지는 정 밀의학, 서비스의 영역과 범위가 확대되는 원격 진료 등 종합 헬스케어 관리가 생애주기 전반에 걸쳐 이뤄질 것으로 예상된다.

I. 4차 산업혁명, 왜 헬스케어에 주목하는가

4차 산업혁명의 키워드가 헬스케어를 말하고 있다

4차 산업혁명(The Fourth Industrial Revolution)은 2016년 1월 스위스 다보스에서 열린 세계경제포럼에 서 처음 언급된 개념이다. 세계경제포럼은 4차 산업혁명을 ‘3차 산업혁명을 기반으로 한 디지털(digital) 기 술이 바이오 산업(biological system)과 물리학(physical) 등의 경계를 허무는 융합의 기술혁명’이라고 정의 했다. 4차 산업혁명의 핵심 키워드는 디지털(digital), 바이오(biological), 물리학(physical) 이라고 할 수 있 다.

2016년 당시 다보스에서 언급되었던 부분은 2020년의 수천만개의 일자리 감소를 예상했는데, 그것이 4차 산업혁명의 핵심은 아니다. 당시 4차 산업혁명을 소개했던 슬라이드에서 ITUC(국제노동연합)의 Sharan Burrows 사무총장은 미래의 일에 대한 정의(What will be the future of work? How will we define work?)가 달라질 것이라 언급하였고, 부의 분배, 인간과 기계의 관계에 대한 인식을 새롭게 할 것을 제시하 였다. 특히 natural과 artificial을 분리할 수 있는가 하고 반문하며 인간과 기계의 공존을 제시한다. 이는 헬스케어 산업에 있어 큰 시사점을 주는데 뒤에서 다루도록 한다.

4차 산업혁명을 통해 암을 유발하는 유전적 요인을 이해하기 위한 유전자 편집, 약물 전달에 대한 기술 등 헬스케어 산업에서 여러가지로 접목할 수 있는 확장성이 기대된다.

전술한 4차 산업혁명의 정의로 돌아가면, 디지털과 물리학의 결합을 통해 일에 대한 정의와 방식이 바뀌고, 디지털과 바이오의 결합을 통해 건강한 삶의 대한 관점과 헬스케어 산업이 이를 접근하는 방식이 달라질 것이다.

4차 산업혁명, 그리고 헬스케어

Industry 1.0은 증기기관 발명에 따른 기계화 혁명, industry 2.0은 전기 에너지를 기반으로 한 대량생산 혁명, industry 3.0은 컴퓨터와 인터넷을 기반으로 한 지식정보 혁명, 그리고 현재 이슈가 되고 있는 industry 4.0은 ICT 발달을 기반으로 한 자동화, 지능화 혁명이다.

그렇기에 4차 산업혁명은 제조 생산 시스템과의 접목에서 그치는 것이 아니다. 제조 생산 시스템과 노동을 하는 방식의 변화는 사람들의 삶과 일에 대한 정의를 완전히 새롭게 바꾸는 것이다. 달라지는 삶의 정의에 따라 건강에 대한 정의와 접근 방식도 달라지게 되며, 이를 위해 4차 산업혁명에서 헬스케어 산업이 주목 받고 있는 것이다.

수명 연장, 삶의 질 개선 등 필요성 면에서도 헬스케어 산업이 주목 받고 있지만, 4차 산업혁명의 기술을 통 해 개선의 여지가 많은 점 또한 동 산업에 주목하는 이유이다. 의료분야는 산업 규모가 굉장히 큰 데에 비해, 전 과정에서 비효율성이 매우 높은 산업이다. 이 때문에 4차 산업혁명을 통해 변화의 여지가 크다.

과거의 치료 방식은 증상(symptom)을 기반으로 하는 직관적 차원의 의료였다. 이후 바이오마커 등에 대한 연구가 이뤄지며 현재는 패턴(pattern)을 기반으로 해 증거(evidence)를 통한 의료가 이뤄지고 있다. 불과 10년전보다 의료의 정확도와 효용성은 크게 개선되었다. 그럼에도 medical unmet needs는 여전히 매우 크다. 이것이 향후에는 빅데이터를 기반으로 해 이를 알고리즘화 하여 치료 효율성을 크게 향상시킬 것으로 예상된다. 이를 가능하게 할 과학적 뒷받침은 매우 다양한 영역에서 종합적으로 준비되고 있다.

II. 헬스케어 산업에 가져올 변화

4차 산업혁명이 헬스케어 산업에 미치는 영향

4차 산업혁명이 헬스케어 산업에 미치는 영향은 매우 거대하며, 그 변화는 삶의 총체적인 영역에서 나타나 게 될 것이다. 이를 융합할 테크놀로지에 따라 크게 세 가지로 나누어 정리하면 다음과 같다. 첫째로, <헬스 케어 + 빅데이터>이다. NGS(next generation sequencings; 차세대 염기서열분석)의 대중화를 통해 데이 터 접근 및 확보가 용이해지며, 또한 분자 이미징 등을 통한 기술로 과거에 접근하지 못했던 영역의 데이터 확보가 가능해질 것으로 예상된다. 이에 따라 제약 산업이 크게 발전할 것으로 예상되며, 정밀 의학에 기반 해 신약 개발이 이뤄질 것으로 예상된다. 이를 가능하게 하는 대표적인 사례는 왓슨 온콜로지(IBM), 일루미 나의 $100 유전체 시퀀싱 기술 등이 있다.

둘째로, <헬스케어 + ICT(Information and Communications Technologies; 정보통신 기술)>이다. 이는 세번째의 <헬스케어 + IT 기기>와 일맥 이어진다고 볼 수 있다. IT 기기, 특히 모바일 기기와의 접목을 통 해 데이터 추적, 관찰의 범위가 크게 확대될 전망이다. ICT와의 융합에 대한 사례는 미국의 최대 원격 진료 서비스 업체인 텔라닥(Teladoc)이 있고, 국내에서도 삼성의료원이 원격 진료를 준비 중이다.

기기와의 융합을 통한 사례는 여러 분야에서 확인할 수 있다. 애플 헬스키트 등의 기기를 통한 헬스케어 서 비스와 헬스케어 관련 어플리케이션이 그것이다. 혈당관리, 심전도뿐 아니라, 식습관, 운동 습관까지 체크하 는 등 다양한 형태의 서비스가 이미 시행되고 있거나 준비중이다. 이를 기반으로 개인별 맞춤 치료가 가능 해지는 정밀의학, 서비스의 영역과 범위가 확대되는 원격 진료 등 종합 헬스케어 관리가 생애주기 전반에 걸쳐 이뤄질 것으로 예상된다.

III. 헬스케어 산업 변화를 이끄는 노력들

1)정밀의학 (Precision medicine)

정밀의학은 2015년 1월 오바마 전 대통령이 Precision medicine initiative를 발표한 후 대두되었다. 전통 적인 치료법은 개발되고 나면 모든 환자에 동일하게 적용되고 있다. 그러나 환자마다의 반응은 크게 다르며, 이에 따라 치료제의 효용성과 지출되는 의료비의 낭비 문제, medical unmet needs 등의 이슈들은 해소되 지 않고 있다. 예를 들어, 표적 치료제로 일컬어지는 자가면역질환 치료제 휴미라는 4명 중 1명만 치료 효 과가 있고, 위궤양 치료제 넥시움은 25명 중 1명에 효과가 있어 치료 방식에 대한 근본적인 문제가 존재한다.

암을 예로 들어 살펴보자. 암은 일반적으로 종양이 생긴 위치에 따라 암종을 분류하고, 이에 따른 치료를 진 행해왔다. 예를 들어, 위장에 생긴 암은 위암, 신장에 생겼으면 신장암으로 명명하고, 치료도 각 암종의 프 로토콜에 따라 진행된다. 그러나 같은 항암제라고 하더라도 개인의 유전적 성향에 따라 치료 반응과 기전, 예후가 다르다. 정밀 의학은 바로 이 부분에 집중하고 있는 것이다.

정밀의학(Precision medicine)이란 환자마다의 유전적, 환경적 요인과 질병 경력, 생활 습관 등을 사전에 인지해 적정한 환자에게 적정한 약을 적정한 용량으로 적정한 시간에 사용하여 환자별로 최적화된 치료법을 제공하는 것이다. 즉, 개인별 맞춤 치료라고 할 수 있다. 정밀의학의 범위는 치료뿐 아니라 질병 예측의 범 위까지로도 확장될 수 있다.

미국의 루카스 와츠먼 의사는 정밀의학의 필요성을 몸소 보여준 대표적인 사례이다. 와츠먼은 암 연구를 매 력적으로 느끼고 워싱턴 의과대학에서 수학하던 중 2003년 급성 림프구성 백혈병(ALL) 진단을 받았다. 화 학 요법을 통해 치료를 했으나 2번의 재발을 거치면서, 그는 마지막 희망이었던 게놈 분석 스터디 프로토콜 에 참여하게 된다. 와츠먼의 DNA에서 50여개의 DNA 돌연변이를 발견했지만 이를 표적으로 하는 약이 없 어 RNA 분석을 진행하였다.

그리고 그의 백혈병 세포에서 wild-type FLT3 유전자 발현이 현저하게 증가되어 있는 것을 알아내었다. FLT3 유전자는 정상 세포에서 세포를 성장시키는 역할에 관여하기 때문에 과발현된 FLT3 유전자가 암세 포를 증식시킨다고 보았고, 마침 FLT3를 표적으로 하는 화이자의 Sunitinib이 신장암 치료제로 시판되기 시작해, 그는 여러 어려움 끝에 약을 복용하였다. 그리고 복용 2주 후 그는 완전 관해 상태가 되어 현재까지 건강하게 워싱턴 대학 교수로 재직중이다.

정밀의학이 무엇인지, 어떤 효용을 가지는지에 대해 시작부터 끝까지 보여주는 대단한 사례이다. 이는 유전 체 분석을 비롯해서, 바이오마커에 대한 연구, 그에 따른 치료제 개발 등이 향후 더 이뤄져야 할 부분이고, 유기적으로 함께 개발되어 갈 분야이다. 앞으로 정밀의학은 임상시 환자 모집, 검토, 치료법 등 의료의 전 과정에 걸쳐 접목될 것으로 예상된다.

2) NGS; 인간 유전체 분석

DNA는 유전 정보를 구성하는 최소 단위로서 인간은 약 30억 개의 DNA 염기 쌍으로 구성되어 있다. 유전 자(Gene)는 DNA 배열(염기 서열)에 따라 정해지는 유전 정보의 단위이며, 염색체(Chromsome)는 유전자 들이 모여서 구성된 유전 정보 물질로, 인간은 총 23쌍의 염색체로 구성되어 있다. 그리고 지놈이라고 일컫 는 유전체(Genome)는 유전자 전체를 합한 것이다.

DNA 염기 서열 분석은 4차 산업혁명 내의 헬스케어 산업이 가질 변화를 위한 기본 전제라고 할 수 있다. DNA 시퀀싱으로 전술한 개인별 맞춤 의학인 정밀 의학을 가능하게 하는 데이터를 마련할 수 있으며, 인간 유전체 분석을 통해 정확한 질병 스크리닝이 가능해지고, 적합한 약물과 용량 선택이 가능해지며, 종합적으 로 의료비용을 절감할 수 있어 의미가 크다.

인간 지놈 프로젝트는 국가 차원에서도 다양하게 접근되고 있다. 미국은 2016년 1월 Cancer moonshot 프 로젝트와 2015년 1월 Precision medicine을 발표해, 암 관련 및 질병 관련 데이터를 확보하고 있다. 이는 100만명의 데이터를 확보하는 프로젝트이다.

영국은 10만 지놈 프로젝트를 발표해 진행중이다. 영국정부가 2012년말 시작한 것으로 희귀 질환자, 암환 자 및 가족을 포함한 약 7만명으로부터 지놈 10만개 시퀀싱을 분석하게 되며 지놈 서열데이터와 의료 기록 결합, 질병 원인 및 치료법 연구를 하게 된다. 시퀀싱 파트너는 일루미나이다.

일루미나(Illumina)는 글로벌 1위인 미국 유전체 분석 업체이다. 동사는 2017년 1월 신제품 노바섹(Nova Seq)을 통해 $100로 유전자 염기서열 분석을 할 수 있게 되었다고 발표하며, R&D 결과에 대해 큰 자신감 을 보여주었다. 2000년대 초반만 하더라도 개인의 염기서열을 분석하는데 1억달러가 소요되었고, 2014년 일루미나는 $1,000로 가능한 기술을 발표하였는데, 3년만에 다시 $100로 낮춘 것이다. 노바섹은 개인 유전 체 분석 및 맞춤형 진료에 큰 영향을 주게 될 것으로 예상한다.

2017년 1월 JP모건 컨퍼런스에서 동사는 IBM의 인공지능 ‘왓슨’과 협업할 것이라고 발표하였다. 일루 미나가 170개 암종에 대해 유전자 해독 정보를 내놓으면 왓슨이 최신 연구결과 등 다양한 의료 정보를 토대 로 분석하고, 임상에서 의사들이 이를 실제 적용하는 것이 골자이며 일루미나는 이를 보고서 형식으로 서비 스를 제공할 예정이다. 이 외에도 필립스와의 협업을 발표했다. 필립스의 디지털 의료 정보와 일루미나의 유전체 분석 정보를 클라우드 시스템을 통해 의사에게 환자의 유전 정보를 제공하게 되는 것이다.

과거 영화에서 그려왔고, 해당 업체들에게는 꿈이었던 목표를 일루미나는 기술개발을 통해 경제성을 마련하 고 관련업계와의 협업으로 현실화 시키고 있어 의미가 크다. 향후 임상에서 어떻게 적용될 지와 의료비 절 감에 어떻게 영향을 미칠 지가 체크할 부분이다. 유전체 분석 시장은 단순히 분석을 통해 데이터를 확보하 는 것이 목표가 아니다. 이를 해석하고 활용할 수 있는 소프트웨어를 마련하는 것이 궁극적으로 나아갈 방향이다.

전세계 지놈 시퀀싱 프로젝트는 2008년 3,615건이 진행되었고, 1,079건이 완료된 상태였는데, 지난 5년사 이 급증해 2016년 현재 기준으로는 총 14만 2,732건 프로젝트 중 79,110건이 완료되었고, 63,622건이 진 행중인 상태이다. 시퀀싱 비용 하락에 따라 향후 그 수가 더욱 가속화되어 증가할 것으로 예상된다.

유전체 정보 확보와 데이터 분석을 통해 향후 확장될 수 있는 영역은 후성 유전학(epigenetic)이다. 후성 지 놈(epigenome)은 DNA 염기서열이 아닌 다른 부분의 변화로 유전자 발현과 억제가 일어나는 현상이다. 그 리고 후성 유전학은 유전자 DNA 염기서열과 변이에 의한 표현형을 넘어 유전자의 제어시스템을 연구하는 학문이다. 즉, DNA 염기서열 자체의 변화가 아닌 DNA에 일어나는 부분적인 변화 또는 DNA 주변 부위의 단백질 변화에 포커스를 두고 있다.

medical unmet needs가 큰 질환 중에서는 유전적 요인과 환경적 요인의 사이에서 복합적으로 작용하고 있 는 만성 질환이 많아 유전체 염기 서열 분석을 통해 후성 유전학의 발전 가능성이 크다고 할 수 있다.

3) 왓슨 (Watson for Oncology)

IBM은 딥 러닝을 통해 인공지능을 위한 준비에 가장 적극적인 기업 중 하나이다. 여러 영역 중 IBM이 집 중한 영역은 바로 암이다. 왓슨 인공지는 암센터(Watson for Oncology)는 1,500만 페이지의 전문자료와 300종 이상의 의학학술지, 200종 이상의 의학교과서를 습득하였고, 2012년 3월부터 뉴욕의 메모리얼 슬론 캐터링 암센터에서 레진던트 생활을 하였고, 2013년 10월부터 MD앤더슨에서 트레이닝을 하였다.

한국에서는 길병원과 제휴를 맺어 2016년 12월 ‘IBM 왓슨 인공지능 암센터’를 오픈하였다. 왓슨은 현재 높은 정확도를 보이는 것으로 발표되고 있으며 휴먼 에러를 줄이는 보조 역할을 하게 될 예정이다. 왓슨을 접한 국내 길병원 의사들은 왓슨과 인간의 진료 결과가 현재까지는 동일했다고 피드백을 제시한 바 있다. 최근 인도 마니팔 병원에서 1,000명을 대상으로 한 왓슨 진료 결과는 약 80%가 의료들의 치료법 결정과 일 치했다고 발표하였다.

왓슨의 프로세스는 다음과 같다. 성별, 나이, 몸무게, 혈액검사 결과, 유전자검사 결과, CT(컴퓨터단층촬영) 자료, 조직검사 결과 등의 의료정보를 입력하고, Ask Waston을 클릭한다. 그러면 왓슨이 치료법을 제시하 게 되는데, 초록색은 왓슨이 추천하는 약물, 주황색은 고려해 볼 만한 약물, 빨간색은 추천하지 않는 약물로 나뉘어 수술 요법 및 약물 요법을 제시한다.

왓슨을 통해 예상할 수 있는 이점은 환자 측면에서 휴먼 에러를 줄일 수 있다는 것이다. 다만 국가별 환자들 에 대한 데이터가 축적되지 않았고, 미국 보험에 적용되는 약재를 기준으로 하기 때문에 국내 의료보험에 등재되지 않은 치료법을 제시하는 점은 보완이 필요한 부분이다. 지불 비용에 대한 이슈도 존재하는데, 왓 슨의 이용 요금은 현재 부과되지 않는다. 의료법 제정이 되어야 되기 때문에 왓슨에 요금을 부과하는 데 까 지는 상당한 시간이 소요될 것으로 보여진다.

장기적으로 왓슨이 해결해야 할 숙제도 있다. 암종별로 보면, 치료 옵션이 적은 암종에 있어서는 인간 의사 와 의견이 크게 일치하는데, 다양한 옵션이 있거나 다양한 바이오마커가 있는 암종의 경우에는 결과가 나뉘 는 모습이다. 이러한 해결해 나가야 할 부분과 실제로 임상에서 도입시의 비용 등에 대한 문제가 있다.

그럼에도 왓슨은 보조 지표로서 의미를 충분히 가질 수 있고, 나아가 향후에 정밀의학이 구현될 시점에서는 누적 데이터를 통해서 왓슨의 파워풀한 역량을 보여줄 수 있어 기대해 볼 만하다.

IV. Appendix

조병욱 기자  bucho85@pharmstock.co.kr

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