[기술/특허]


CCS(Computer‧Chemistry‧System)는 의약품 개발과 화학‧소재 연구를 지원하는 디지털 솔루션으로 자리를 잡아가고 있다.
최근 데이터 구동형 연구개발(R&D)이 주목받으며 CCS로 자동화에 도전하는 연구실이 늘고 있으며 전자실험노트를 사용하는 데이터 플랫폼 기반 정비는 일정수준 정착된 것으로 파악된다.
CCS는 데이터를 생성하는 근원인 연구실의 각종 기기를 정리하고 데이터 취득부터 활용까지 흐름을 자동화하는 솔루션이라는 점에서 중요성이 확대되고 있으며 실험 자체를 자동적으로 실시하거나 초고속으로 데이터를 창출하는 움직임이 눈에 띄고 있다.

 

데이터 구동형 연구 활용 본격화
CCS는 크게 의약품이나 고기능 소재의 분자구조, 결정구조 등을 설계하고 특성‧물성을 계산 및 예측하는 모델링 & 시뮬레이션(M&S)계 시스템과 합성한 물질의 화학구조를 등록해 평가시험 등 실험 데이터를 포함해 데이터베이스로 만든 후 관리하는 인포매틱스계 시스템으로 분류할 수 있다.
최근 연구 트렌드가 데이터 구동형 지향으로 변화하며 현실세계에서 실험으로 얻은 데이터 뿐만 아니라 M&S로 추출한 가상세계의 데이터를 기계학습에 이용하는 움직임이 일반화되고 있다.
또 계산 데이터를 늘리기 위해 계산 순서를 자동화하는 기술이 주목받으며 계산 결과 축적까지 자동화가 가능할지 주목되고 있다.
양자화학 분야는 정확한 계산에 상당시간이 소요돼 계산 시간 단축을 위해 MLFF(Machine Learning Force Field), MLP(Machine Learning Potential) 등 기계학습을 적극 도입하고 있다.
양자화학 계산 결과를 학습시키고 계산 코스트가 낮은 분자역학 계산용 역장으로 바꾸도록 해 단시간에 양자화학 수준의 계산 정확도를 얻는 방식으로 주로 많은 계산 데이터를 얻고자 할 때 사용하고 있다.
MOLSIS의 MedeA가 가장 대표적이며 양자화학 계산을 실시하면서 자동적으로 파라미터를 피팅해 MLP를 제작하고 온더플라이(On-the-fly)로 실행하는 신기능까지 추가한 것으로 알려졌다.
Preferred Networks와 에네오스(Eneos)의 합작기업인 Preferred Computational Chemistry는 Matlantis 명칭으로 클라우드 서비스를 제공하고 있다.
Advanced Soft는 MLFF를 자체 작성하기 위한 도구를 Advance/NeuralMD로 제공하고 있으며 양자화학 계산을 자동적으로 실행해 역장(Force Field)을 생성하는 기능을 보유한 것으로 파악된다.

 

전자노트 이어 연구실 기기 통합 본격화
인포매틱스계 시스템은 데이터 활용 기반이기 때문에 전자실험노트를 중심으로 도입이 활성화되고 있다.
축적‧보존한 데이터를 기계학습에 활용하는 시스템은 이미 인포매틱스계 벤더가 공급하고 있으며 최근 들어 연구실 내부의 각종 기기를 데이터 플랫폼에 접속‧통합시키는 자동화에 도전하는 벤더가 급증하고 있다.
연구실 내부를 하나의 네트워크로 묶어 기기 데이터를 통합적으로 관리하는 방법은 예전에도 LIMS(실험실 정보 관리 시스템)가 확립된 바 있다.
하지만, LIMS는 실험‧분석기기가 주체이며 생산기업이 서로 다른 기계끼리 연결할 수 없어 데이터가 단순히 축적되기만 한다는 한계가 있어 최근에는 데이터 구동형 연구실을 실현하기 위해 어느 생산기업이 만든 기기든 모두 접속 가능하고 클라우드를 베이스로 연구실 내부 데이터 흐름을 자동화할 수 있는 차세대 솔루션이 요구되고 있다.
전자노트 메이저 퍼킨엘머(PerkinElmer)는 미국 사이타라(Scitara)와 전략적 파트너십을 체결했다.
사이타라의 iPaaS(Integration Platform as a Service: 서비스형 통합 플랫폼)는 전자노트 Signals Notebook과 연구실 내 기기를 접속하는 허브가 되고 메타데이터를 포함해 각종 데이터를 자동적으로 모은 후 노트에 등록하는 기능을 갖추고 있다.
브루커(Bruker)는 SciY에 실험 데이터 자동화와 인공지능(AI) 대응 데이터 관리를 위한 Mestrelab와 프로세스 분석기술(PAT)로 연구실과 제조 QC(품질 관리) 프로세스를 자동화하는 Optimal 등을 갖추고 있다.
자체 핵자기 공명장치(NMR) 뿐만 아니라 외부기업의 질량분석계(MS), 적외선 분광계(IR)까지 통합해 전자노트 Arxspan과 연계할 수 있는 것이 특징으로 파악된다.
Dotmatics는 전자노트 등 플랫폼과 연계할 수 있는 BioBright를 그룹에 추가했다.
질량분석계와 하이컨텐츠 이미징, 플레이트 리더 등 다양한 실험기기에서 데이터를 자동적으로 수집하는 클라우드 서비스로 TB급 데이터를 암호화해 전송할 수 있는 것으로 알려졌다.
다쏘시스템(Dassault Systemes)의 Biovia 역시 One Lab, Unified Lab 등 비슷한 플랫폼을 갖추고 있다.
최근에는 인공지능, 기계학습 기술을 보유한 스타트업이 CCS 분야에서 활동을 확대하고 있다.
인공지능을 활용하는 신약 개발, MI(Materials Informatics)가 주요 대상이며 일부 스타트업은 의약품이나 화학 전문지식을 갖추고 있으나 순수 데이터 과학에 특화된 곳이 대부분인 것으로 파악된다.

 

소프트웨어 호조로 글로벌 메이저 매출 증가
CCS 관련 시장은 호조를 나타내고 있다.
슈뢰딩거(Schrodinger)는 2023년 1-3분기 매출이 1억4254만달러로 전년동기대비 14.8% 증가했다.
소프트웨어, 서비스 매출은 9046만9000달러로 3.1% 증가하고 신약 개발 사업은 5207만1000달러로 43.2% 급증했으며 소프트웨어 성장률은 연말까지 15-18% 범위로 상승한 것으로 추정되고 있다.
의약품의 안전성과 유효성을 위한 M&S를 공급하는 시뮬레이션즈플러스(Simulations Plus)는 2023회계연도(2022년 9월-2023년 8월) 매출이 5957만7000달러로 10.5% 증가했다.
소프트웨어 수입이 3651만7000달러로 11.9%, 컨설팅 등 서비스 수입은 2306만달러로 8.4% 증가했으며 지역별로는 미국 대륙이 4080만달러로 8.2%, 유럽‧중동‧아프리카는 1170만달러로 12.5%, 아시아‧태평양은 700만달러로 20.7% 증가한 것으로 나타났다.
전체 매출은 2024회계연도 6600만-6900만달러로 10-15% 상당 증가할 것으로 기대하고 있다.
레비티(Revvity)는 2023년 1-3분기 CCS 관련 소프트웨어를 취급하는 시그널즈 소프트웨어 사업부 포함 라이프 사이언스 부문의 매출이 9억7264만9000달러로 2.9% 증가했고 소프트웨어 사업이 15% 상당을 차지한 것으로 파악된다.
전체 매출은 20억5470만달러이며 연말까지 27억2000만-27억4000만달러로 증가한 것으로 파악하고 있다. (강윤화 책임기자: kyh@chemlocus.com)

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