"피 한 방울로 폐암 진단 새 기법 개발… 30분 만에 확인 가능"
"피 한 방울로 폐암 진단 새 기법 개발… 30분 만에 확인 가능"
  • 오지혜 기자
  • 승인 2020.07.11 09:00
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고대 연구진 "나노기술과 AI 활용해 혈액 속 '엑소좀' 분석, 정확도 95%… 조기 발견 어려운 폐암 1기도 진단"

피 한 방울로 약 30분 만에 폐암을 진단할 수 있는 새로운 기법이 국내에서 개발됐다.

고려대 바이오의공학부 최연호 교수와 고대구로병원 흉부외과 김현구 교수 공동 연구팀이 나노기술과 인공지능(AI)을 활용해 혈액 속 암 진단 바이오마커인 '엑소좀(Exosome)'을 분석, 정상 세포와 폐암 세포를 95%의 정확도로 구분하는 데 성공했다고 11일 밝혔다.

이 기술을 활용하면 조기 발견이 어려웠던 폐암 1기 환자도 피 한 방울로 약 30분 만에 폐암 여부 확인이 가능해 조기 진단을 통한 생존율 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 전망되고 있다.

폐암을 혈액으로 진단할 수 있는 기술은 기존에도 있었지만 50% 정도의 환자에서만 진단이 가능해 실질적으로 활용되기 어려운 한계가 지적됐다. 연구팀이 개발한 기법은 84%까지 폐암 여부를 진단할 수 있어 정확도가 높을 뿐 아니라, 폐암의 진행 단계까지 예측할 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.

폐암은 많은 경우에 치료가 어려운 3기 이상에서 발견돼 사망률이 아주 높은 주요 암 중 하나로, 초기인 1~2기에 진단되면 생존율을 크게 높일 수 있는 것으로 알려져 있다. 

이에 따라 폐암을 초기에 진단하기 위한 기법들이 활발히 연구되고 있는데, 그 중 혈액 속을 떠다니는 엑소좀은 몸 속 깊숙한 종양 세포의 정보를 간직하고 있어 암 진단을 위한 바이오마커로 주목되고 있다.

연구팀은 정상인 20명과 비소세포폐암 1ㆍ2기 환자 43명의 세포 배양액에서 엑소좀을 분리한 뒤 표면 증강 라만 분광학(Surface-enhanced Raman Spectroscopy) 기반의 나노기술을 활용해 라만 분광학 신호 2000여개를 검출했다.

이렇게 검출된 신호를 이용해 딥러닝 기반 AI 모델을 훈련시켰고, 정상 세포와 폐암 세포 엑소좀을 95% 정확도로 분별하는 데 성공했고, 또한 폐암 환자의 엑소좀을 폐암 세포 유래 엑소좀과 비교해 약 84%의 민감도와 85%의 특이도로 분류하는 데도 성공한 것이다.

자료 : 고대구로병원
자료 : 고대구로병원

최연호 교수는 “이들 연구 결과는 엑소좀 분석 기법과 딥러닝 AI를 활용한 진단법의 폐암 조기 진단법으로의 유용성을 입증하는 결과”라며 “폐암 1기에 대한 진단은 물론, 폐암 기수가 높을수록 수치가 유의미하게 상승하고 정확도도 높아져 폐암 진행 단계 예측도 가능하다는 점에서 의의가 크다"고 말했다.

김현구 교수도 "이 기술을 활용하면 방사선 피폭의 우려가 있는 CT 검사 시행 전에 혈액 검사를 통해 폐암 가능성이 있는 군을 사전 선별해 필요한 때에만 CT검사를 시행할 수 있다"며 "특히 폐암 1기 환자도 비교적 정확하게 판별할 수 있었다는 점에서 의의가 크다. 앞으로 폐암 조기 진단과 이를 통한 생존율 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다"고 강조했다.

이 연구 논문인 ‘딥러닝 기반 인공지능 모델을 활용한 엑소좀 분석을 통한 초기 폐암 진단(Early-Stage Lung Cancer Diagnosis by Deep Learning-Based Spectroscopic Analysis of Circulating Exosomes)’는 한국연구재단의 이공분야기초연구사업(전략과제), 한국보건산업진흥원의 연구중심병원 육성 R&D 사업의 지원으로 수행됐으며, 이 연구 결과는 화학 및 나노기술 분야 국제 저명학술지 ‘ACS Nano’ 5월호에 게재됐다.

한편 이번 연구엔 최연호 교수가 대표이사로 운영 중인 고대 의료기술지주 회사인 엑소퍼트의 기술이 활용됐다. 엑소퍼트는 암환자 혈액 내의 엑소좀을 보다 높은 순도로 빠르게 분리해낼 수 있는 분리 키트와 엑소좀을 이용한 암 진단기기를 개발하는 기업으로, 개발된 기술의 신뢰성 향상 및 상용화를 위해 향후 정상인 및 환자 약 400명을 대상으로 고대구로병원을 포함한 5개 병원이 참가하는 다기관 연구를 계획 중이다. 

왼쪽부터 최연호 교수(교신저자)ㆍ김현구 교수(교신저자)ㆍ신현구 석박통합과정(제1저자)
왼쪽부터 최연호 교수(교신저자)ㆍ김현구 교수(교신저자)ㆍ신현구 석박통합과정(제1저자)

 


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