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주요 내용

자율 실험실 (Self-Driving Labs)

AI 기반 로봇 실험실은 새로운 화합물을 발견하고 재료 과학 연구를 가속화하는 데 큰 역할을 수행 중

- 2017년에는 유기 레이저 화합물이 10여 개밖에 없었으나, AI 실험실 네트워크를 통해 21개의 새로운 고성능 레이저 화합물을 발견

- ORGANA 시스템: 연구자가 자연어 명령을 입력하면 AI가 실험을 계획하고 실행하는 시스템 (2024년 연구결과 발표)

자율 실험실은 미래 연구 환경에서 중요한 도구가 될 것으로 예상

- 연구의 자동화와 효율성이 극적으로 증가하여 화학 및 재료 과학에서 신소재 탐색이 가능해짐

CAR T 세포 치료의 확장

(Big opportunities for CAR T cells)

CAR T 세포 치료법은 혈액암 치료에서 이미 표준이 되었으며, 현재는 고형 종양과 자가면역질환으로 연구 범위를 확장

- 고형 종양 치료: 미국 매사추세츠 종합병원 연구팀은 특정 뇌종양 (재발성 교모세포종)을 공격하는 T세포를 개발. 소아 뇌종양 및 위장관 종양을 타겟으로 한 연구도 진행 중

- 자가면역질환 치료: 독일 에를랑겐-뉘른베르크 대학 연구팀은 CAR T 치료법이 루푸스(Lupus)를 완전히 억제할 수 있음을 확인. 현재 약 24명의 자가면역질환 환자에서 질병 진행을 멈추는 데 성공

CAR T 치료는 기존 치료법이 실패한 환자들에게 희망을 제공하며, 더 넓은 질환군으로 확장가능

- 하지만 치료비용과 면역 반응 조절 문제가 해결되어야 함

생물 정화 기술

(Bioremediation Technologies)

플라스틱 및 ‘영원한 화학물질(PFAS)’ 같은 오염 물질을 분해할 수 있는 미생물 기술이 발전

- 플라스틱 분해 박테리아: 특정 박테리아는 미세플라스틱을 먹이로 사용하며, 플라스틱을 효율적으로 분해할 수 있음

- PFAS 정화 기술: 미국 미주리 대학교 연구팀은 ‘영원한 화학물질’로 알려진 PFAS(Per- and Polyfluoroalkyl Substances)를 미생물 기반 정화 시스템으로 오염된 환경에서도 효과적으로 분해

미생물을 이용한 환경 정화 기술은 기존의 화학적 처리 방법보다 더 친환경적이고 지속 가능함

- 규제 및 공공 인식 개선이 필요하며, 실제 현장에서의 활용성을 높이기 위한 추가 연구가 필요

생물학을 위한 기초 모델 (Foundation Models for Biology)

ChatGPT 같은 대형 언어 모델(LLM)을 생물학 데이터 분석에 활용하려는 시도가 증가

- scGPT 모델: 2024년 발표된 이 모델은 3,300만 개의 단일세포 유전자 발현 데이터를 학습하여, 세포 유형 분류, 유전자 네트워크 분석 등을 수행할 수 있음

- 가상 세포(Virtual Cell) 프로젝트: 단일 모델이 아닌 여러 개의 AI 모델을 결합하여 생물학적 데이터를 통합적으로 분석하는 시스템. 유전자(RNA), 단백질, DNA 등 여러 층위의 정보를 분석할 수 있도록 개발

신약 개발, 유전자 연구, 질병 예측 등에 AI를 활용하는 새로운 패러다임을 제시

- 유전자 발현 및 질병 연구에서 활용 가능성이 크며, 인공지능을 활용한 신약 개발에도 적용

지속 가능한 도시 냉각 (Sustainable Urban Cooling)

도시 열섬 효과를 해결하기 위해 ‘초냉각(super-cool)’ 소재 개발이 활발히 수행 중

- 광자 냉각 소재(Photonic Cooling Materials): 건축물 표면이 태양 복사를 반사하고, 열을 우주로 방출하는 특성을 갖도록 설계. 리야드(Saudi Arabia)에서 실험 결과, 도심 온도를 약 5°C 낮춤

기후 변화 대응 기술로서 중요한 역할을 기대

- 기존 건축 소재 대비 10% 높은 비용이 들지만, 장기적으로는 도시 냉각 비용 절감 효과가 큼

단일세포 미생물 분석 (Single-Cell Microbial Analysis)

단일세포 유전자 분석이 미생물학에도 적용되면서, 박테리아 및 기타 미생물 개체군을 세밀하게 연구할 수 있게 됨

- 기존의 벌크 분석(bulk analysis)에서 간과되던 개별 세포 간의 이질성을 파악할 수 있게 하여, 미생물 생태학, 의학, 환경 과학, 합성 생물학 등의 분야에 혁신적인 변화를 형성

- 단일세포 분리, 유전체, 전사체, 단백체, 대사체 분석기술이 발전함에 따라 개별 미생물 세포 수준에서 세포 내 및 세포 간 다양성을 이해할 수 있게 됨

단일세포 미생물 분석 기술이 정밀 의료, 환경 보호, 생명공학 산업 등 다양한 분야에 상용화될 가능성이 클 것으로 기대

- 항생제 내성 연구 및 장내 미생물 연구에 큰 기여를 할 것으로 예상

광자 컴퓨팅 (Photonic Computing for AI)

기존 전자 컴퓨팅의 속도와 에너지 소비 한계를 극복할 수 있는 광자 컴퓨팅 기술이 주목

- 광자 기반 뉴로모픽 아키텍처: 인간 뇌의 신경망을 모방하여 AI 계산을 더 빠르고 효율적으로 수행하는 구조. 2024년 연구에서는 기존 NVIDIA GPU보다 100배 높은 연산 효율을 달성

AI 연산 비용 절감, 모바일 및 웨어러블 장치에서의 빠른 데이터 처리 가능성 등 다양한 응용이 기대

출처 : Nature, Self-driving laboratories, advanced immunotherapies and five more technologies to watch in 2025, 2025.1.20