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국내 연구진이 혈액 속 '엑소좀'(세포 간 정보교환·신호전달 메신저), 빛 알갱이가 물질을 통과할 때 나타나는 고유한 스펙트럼으로 암을 빠르고 정확히 진단할 수 있는 '라만신호'(분자 지문 신호), 인공지능(AI) 분석 기술을 결합해 피 한방울로 폐암·췌장암·유방암·대장암·위암·간암 등 암 6종을 97%의 정확도로 동시에 조기진단할 수 있는 기술을 개발했다.

(그래픽= 고려대구로병원 제공) 2023.03.28. photo@newsis.com.

암은 초기 단계에서 발견하면 더 나은 치료 기회가 주어지고 생존률이 크게 향상될 수 있다. 하지만 현재 암종별로 검사법이 서로 달라 검사 비용과 시간이 많이 소모되고, 특정 암종은 조기 발견이 어려운 경우가 많다.

고려대 바이오의공학부 최연호 교수·고려대 구로병원 심장혈관흉부외과 김현구 교수·주식회사 엑소퍼트 공동 연구팀은 암종마다 별도로 엑소좀을 검출할 필요 없이 종합적인 엑소좀의 패턴 변화를 나노 기술과 인공지능 기술로 분석해 한 번의 테스트만으로 6종 암에 대한 정보를 한번에 획득할 수 있는 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

세포들은 엑소좀이라는 입자를 이용해 서로 정보를 주고 받는다. 엑소좀은 세포의 종류 혹은 상태(정상 혹은 질병)에 따라 다른 메시지를 포함하고 있어 혈액으로부터 엑소좀을 분리한 후 메시지를 잘 읽어낸다면 원래의 세포 더 나아가 그 세포를 가지고 있는 사람이 특정 질병이 있는지 없는지 비교적 쉽게, 조기에 알아낼 수 있다.

연구팀은 혈액으로부터 엑소좀을 분리하고, 표면증강라만분광학 바이오센싱 기술을 통해 엑소좀의 분자구조 패턴을 대변할 수 있는 2만 개 이상의 라만신호 데이터를 확보했다.

연구팀은 이 데이터를 기반으로 6종의 암을 동시에 식별할 수 있는 인공지능 알고리즘을 구현했고 알고리즘 학습에 이용하지 않은 520명의 정상인과 암 환자의 엑소좀 정보를 분석했다. 그 결과 연구팀은 폐암, 췌장암, 유방암, 대장암, 위암, 간암에 대해서 97%의 정확도로 암의 존재를 감지할 수 있었고, 90%의 민감도(암이 있는 사람을 잘 찾아내는 정도)와 94%의 특이도(정상인 경우를 잘 찾아내는 정도)를 달성했다.

또 이 기술은 암의 존재 뿐 아니라 평균 90% 이상의 정확도로 암종의 종류까지 식별해낼 수 있었다. 특히, 2기 이하의 초기 암에서도 88%의 진단 민감도를 나타냈고, 76%의 환자에서 암종 정보를 정확히 판별해내 암 조기 진단을 위한 액체생검 기술로서의 가능성을 보였다.

최 교수는 “이번 연구로 최근 암 진단 분야 화두인 ‘다중암 조기 발견’이 가능해질 수 있다”며 “아직 암이 발견되지 않은 초기 암 환자를 더 빨리 치료 단계로 유도해 사망률 뿐 아니라 암 관리 비용도 크게 낮출 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

김 교수는 “소량의 혈액에서 분리한 엑소좀 이라는 물질을 분석해 다양한 암종과 초기 암을 높은 정확도로 진단할 수 있다"며 "고비용의 방사선 영상 진단 방법과 비교해 환자의 의료비 부담을 낮출 수 있고, 초기 암 진단을 통한 최적의 치료로 환자의 예후(경과)에 긍정적인 영향을 줄 수 있을 것으로 기대한다"고 했다.

연구팀은 이번에 개발한 기술에 대한 특허를 출원했고, 실제 진단검사 영역에서 기술을 빠르게 상용화할 수 있도록 본격적인 개발과 인허가 절차에 착수했다. 기술개발과 함께 상용화를 추진하고 있는 엑소퍼트는 올해 말 폐암 진단용 인공지능 소프트웨어에 대한 식약처 임상시험 진입을 목표로 하고 있다. 또 이번 다중암 동시 조기진단에 대한 기술도 상용화하기 위해 노력하고 있다.

기술을 개발한 신현구 엑소퍼트 박사는 “암종마다 추가적인 검출이 필요하지 않기 때문에 더 많은 종류의 암으로 진단 표적을 확장할 수 있을 것”이라면서 “이미 엑소좀 분리용 시약부터 라만신호 검출용 의료장비까지 핵심기술에 대한 의료기기 신고를 완료했기 때문에 빠른 시일 내 실제 진단검사에 기여할 수 있도록 힘쓸 것”이라고 말했다.

이번 연구는 범부처전주기의료기기연구개발사업단과 서울산업진흥원의 지원을 받아 이뤄졌다.

연구 결과는 세계적 권위의 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature communications)’에 지난 24일 실렸다.

/공감언론 뉴시스