Helping Doctors Treat Pediatric Cancer Using AWS Serverless Services with Nationwide Children’s Hospital

오하이오주 콜럼버스에 본사를 둔 NCH는 미국에서 가장 큰 소아 병원 중 하나입니다. NCH의 IGM은 의사가 소아 환자를 더 잘 치료할 수 있도록 혈액과 암 샘플을 사용하는 유전체학 데이터 생성과 분석을 전문으로 합니다. IGM은 매년 1~2PB씩 증가하는 6~7PB의 유전체학 데이터를 처리하며, 2017년에 온프레미스 환경에서 AWS 클라우드로 마이그레이션했습니다. NCH의 IGM에서 cloud development manager로 일하는 Grant Lammi는 "온프레미스에서 모든 작업을 수행하는 것으로는 목표를 달성할 수 없었습니다."라면서 "좀 더 탄력적인 컴퓨팅과 스토리지를 보유할 수 있는 솔루션이 필요했기에 클라우드로 마이그레이션하기로 했습니다."라고 설명했습니다.

2021년, IGM은 이미 AWS Step Functions를 사용하기 시작했습니다. 그해 국립 암 연구소와 소아 종양 그룹이 IGM에 접근했을 때 IGM은 이미 컴퓨팅 집약적인 분자 특성화 프로젝트를 맡을 수 있는 탄탄한 입지를 확보한 상태였습니다. Lammi는 "미국에서 암에 걸린 모든 어린이의 유전체를 염기서열 분석하여 관련 치료 임상 시험에 해당 아동이 참여할 자격이 있는지 확인해야 합니다."라면서 "AWS에서는 내부 연구 프로토콜을 확장하여 약 12개월 만에 전국 각지의 사례를 처리할 수 있었습니다."라고 전했습니다.

IGM은 AWS 서버리스 솔루션을 사용하여 소아 환자의 암 샘플을 귀중한 데이터로 전환하고 있습니다. 샘플이 염기서열 분석 워크플로를 거치고 나면 전문가가 결과를 해석하고 두 개의 보고서를 준비합니다. 하나는 국립 암 연구소의 연구원들에게 익명화된 결과를 제공하고 다른 하나는 의사가 환자에게 가장 적합한 치료 방법을 결정하는 데 도움을 줍니다. 국립 암 연구소의 연구원들은 업계 최고의 확장성, 데이터 가용성, 보안 및 성능을 제공하는 객체 스토리지 서비스인 Amazon Simple Storage Service(S3)의 전용 버킷을 통해 이 정보에 액세스할 수 있습니다. 이 병원에서는 AWS 서비스 및 리소스에 대한 ID 및 액세스를 안전하게 관리하는 서비스인 AWS Identity and Access Management(AWS IAM)를 사용하여 파이프라인 전체에서 환자 데이터를 보호하고 무단 사용자가 민감한 건강 정보에 액세스하는 것을 방지합니다.

IGM은 AWS Step Functions를 사용하여 암 샘플 분석을 자동화하고 수십만 개의 배치 및 기계 학습 컴퓨팅 작업을 효율적으로 실행하는 데 사용되는 AWS Batch를 사용하여 여러 작업을 동시에 실행합니다. 이 병원에서는 서버리스 이벤트 버스인 Amazon EventBridge를 사용하여 워크플로 전체에서 이벤트를 내보내고 1차, 2차 및 3차 분석에서 각 암 샘플이 이동하는 동안 진행 상황을 추적합니다. Lammi는 "염기서열 분석 워크플로는 Amazon EventBridge 이벤트에 의해 활성화되기 때문에 모두 자동화됩니다."라면서 "실험실에서 작업을 시작하는 것 외에는 수동 개입이 필요하지 않습니다."라고 전했습니다. 이 데이터는 거의 모든 규모에서 고성능 애플리케이션을 실행하도록 설계된 완전관리형 서버리스 키-값 NoSQL 데이터베이스인 Amazon DynamoDB에 저장됩니다.

IGM은 AWS 서버리스 서비스를 사용한 자동화로 상당한 시간을 절약했습니다. Lammi는 "자연스럽게 저희도 시간을 더 확보할 수 있게 되었습니다."라면서 "실험실에서 데이터를 가져와 동기화할 때쯤이면 유전체를 처리하고 결과를 검토할 준비가 되는 데 하루 정도 걸릴 것으로 보입니다."라고 설명했습니다. 더 이상 염기서열 분석 워크플로의 각 단계를 수동으로 관리할 필요가 없어져, 병원은 인적 오류의 위험을 줄이고 하루 24시간 암 샘플을 분석할 수 있게 되었습니다.

이제 IGM은 인프라를 관리하는 대신 환자 치료 결과를 개선하기 위한 과학 소프트웨어를 개발하는 데 시간을 집중할 수 있습니다. 병원은 암 샘플을 더 빠른 속도로 분석하기 때문에 의사에게 중요한 데이터를 제공하고 소아 환자가 필요한 치료를 받을 수 있도록 도울 수 있습니다. Lammi는 "우리가 만들어내는 결과를 필요로 하는 아이들이 있습니다. 이 아이들에게는 결과가 가능한 한 빨리 필요합니다."라면서 다음과 같이 덧붙였습니다. "소견서를 의사에게 빨리 전달할수록 아이의 삶이 더 좋아집니다. 이것이 바로 우리의 모든 원동력입니다."

AWS의 서버리스 솔루션을 사용하는 IGM은 기존 병원 개발자보다 훨씬 빠르게 움직일 수 있습니다. 소아 환자의 암 샘플을 신속하게 분석하여 치료를 추천하고 환자의 치료 결과를 지원할 수 있습니다. 또한 IGM은 컴퓨팅 용량에 대한 걱정 없이 규모를 확장합니다. 이제 실행해야 하는 테스트 수에 관계없이 워크플로를 처리할 수 있다고 자신하게 된 것입니다.

향후 NCH는 이 솔루션을 뇌전증이나 희귀 유전질환의 진단과 치료와 같은 다른 프로그램으로 확대할 계획입니다. Lammi는 "AWS 서버리스 솔루션을 사용하면 기술 유지가 아니라 과학의 성과에 집중할 수 있습니다."라면서 "전 세계 어린이들의 삶을 개선하는 데 집중할 수 있는 것이죠."라고 전했습니다.