최연호 교수팀과 고려대구로병원 김현구 교수팀, ㈜엑소퍼트 신현구 박사팀 공동연구
종합 엑소좀 패턴 변화, 나노기술과 인공지능 기술로 분석 '6종 암 정보' 한 번에 획득
'초기 기수 암 존재 확인+암 종류 식별' 가능
최 교수 "초기 암 환자, 치료 단계 앞당겨 사망률, 암 관리 비용 크게 낮출 수 있을 것"
김 교수 "소량 혈액서 분리한 엑소좀 분석, 다양한 암종과 초기 암 높은 정확하게 진단"
신 박사 "암종마다 추가 검출 필요하지 않아 더 많은 종류 암 진단 표적 확장할 수 있을 것"
논문, 세계적 권위 국제학술지 'Nature Communications' 게재
[보건타임즈] 단 한 번 혈액 검사로만 폐암, 췌장암, 유방암, 대장암, 위암, 간암을 비롯해 6종의 다중 암을 동시에 조기 진단할 수 있는 기술이 개발됐다.
고려대학교(총장 김동원) 바이오의공학부 최연호 교수(사진 하단 우 교신저자, 고려대 바이오의공학부), 고대 구로병원 심장혈관흉부외과 김현구 교수(사진 하단 좌 교신저자), 최병현 박사(상단 우, 제1저자, 고려대학교 한국인공장기센터 연구교수), 주식회사 엑소퍼트 신현구 박사(상단 좌, 제1저자, ㈜엑소퍼트 기술이사) 공동연구팀은 엑소좀과 라만신호, 인공지능 분석기술을 결합해 한 번의 혈액 검사로만 6종의 암을 동시에 조기 진단할 수 있으며 이 기술은 초기 기수 암의 존재를 확인할 뿐 아니라 암의 종류도 식별할 수 있다며 이같이 발표했다.
이에 따르면 사람이 대화하거나, 다양한 형태의 메신저를 통해 서로의 의견과 정보를 주고받는 것처럼, 세포들도 엑소좀이라는 입자를 이용, 서로의 정보를 주고받는 영향을 끼친다.
이러한 엑소좀은 세포의 종류 혹은 상태(정상 혹은 질병)에 따라 다른 메시지를 포함해 혈액으로부터 엑소좀을 분리한 후 메시지를 잘 읽어낸다면 원래의 세포 더 나아가 세포를 가진 사람이 특정 질병이 있는지 없는지를 비교적 쉽게 그리고 조기에 알아낼 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.
암은 초기 단계에서 발견할 시 더 나은 치료 기회가 주어져 생존율이 크게 향상될 수 있다.
하지만 각 암종 검사법이 서로 달라 검사 비용과 시간이 많이 소모되며, 특정 암종은 조기에 발견하기가 어렵다.
이에 반해 액체생검(Liquid biopsy) 기술은 혈액과 같은 체액 속에 존재하는 종양세포가 분비하는 물질을 체외에서 검출하는 방법으로, 혈액 검사를 통해 암을 조기에 발견할 수 있어 암 치료/예방 전략에서 핵심 역할을 담당할 것으로 기대받고 있다.
연구팀이 이번에 주목한 것은 혈액 속 엑소좀이라는 물질이다.
엑소좀은 몸속 종양세포의 분자정보를 간직한 상태로 혈액 속에 풍부하게 존재해 차세대 암 바이오마커로 각광받고 있다.
이에 연구팀은 암종마다 별도의 방법으로 엑소좀을 검출할 필요 없이, 종합적인 엑소좀의 패턴 변화를 나노기술과 인공지능 기술로 분석해 단 한 번의 테스트만으로 6종 암의 정보를 한 번에 획득할 수 있는 기술을 개발했다.
먼저, 연구팀은 혈액으로부터 엑소좀을 분리한 다음 표면증강라만분광학(Surface-enhanced Raman spectroscopy) 바이오센싱 기술을 통해 엑소좀의 분자구조 패턴을 대변할 수 있는 2만 개 이상의 라만신호 데이터를 확보했다.
연구팀은 이 데이터를 기반으로 6종의 암을 동시에 식별하는 인공지능 알고리즘을 구현했으며 알고리즘 학습에 이용하지 않은 정상인 520명과 암 환자의 엑소좀 정보를 분석했다.
이 결과 폐암, 췌장암, 유방암, 대장암, 위암, 간암을 97% 정확하게 (ROC 커브의 AUC 기준) 암의 존재를 감지할 수 있었으며, 90%의 민감도와 94%의 특이도를 달성했다.
더 나아가, 이 기술은 암의 존재뿐 아니라 평균 90% 이상의 정확도로 암종의 종류(Tissue of origin)까지 식별해냈다.
특히, II기 이하의 초기 기수에서 88%의 암 진단 민감도를 나타냈으며 환자 76%에서 암종 정보를 정확하게 판별해내 암을 조기에 진단할 수 있는 액체생검 기술로서 가능성을 보였다.
고려대 최연호 교수는 "이 연구를 통해 최근 암 진단 분야의 화두인 ‘다중 암 조기 발견 (MCED multi-cancer early detection)’이 가능해질 수 있다"며 "아직 암이 발견되지 않은 초기 암 환자를 더 빨리 치료 단계로 유도해 사망률뿐 아니라 암 관리 비용도 크게 낮출 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
고려대 구로병원 흉부외과 김현구 교수는 "이 연구는 소량의 혈액에서 분리한 엑소좀이라는 물질을 분석, 다양한 암종과 초기 암을 높은 정확도로 진단할 수 있다"며 "고비용의 방사선 영상 진단 방법과 비교해 환자의 의료비 부담을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 초기 암 진단을 통해 최적의 치료로 환자의 예후에 긍정적인 영향을 줄 수 있을 것으로 기대한다"고 평가했다.
연구팀은 이 기술의 특허를 출원함과 함께 실제 진단검사 영역에서 기술을 빠르게 상용화할 수 있도록 본격적인 개발과 인허가 절차에 착수하고 있다.
기술개발과 함께 상용화를 추진하는 주식회사 엑소퍼트는 올해 말 폐암 진단용 인공지능 소프트웨어의 식약처 임상시험 진입을 목표로 하고 있으며, 이를 필두로 해 이번 다중 암 동시 조기 진단 기술도 상용화하려 노력하고 있다.
기술을 개발한 엑소퍼트 신현구 박사는 "암종마다 추가 검출이 필요하지 않아 더 많은 종류의 암으로 진단 표적을 확장할 수 있을 것"이라며 "이미 엑소좀 분리용 시약부터 라만신호 검출용 의료장비까지 핵심기술에 대한 의료기기 신고를 마쳐 빠른 시일 내 실제 진단검사에 기여할 수 있도록 힘쓸 것"이라고 덧붙였다.
이 연구에 참여한 저자는 신현구(공동 제1저자, ㈜엑소퍼트 기술이사), 최병현(공동 제1저자, 고려대학교 한국인공장기센터 연구교수), 심온(공동저자, ㈜엑소퍼트 선임연구원), 김지희(공동저자, ㈜엑소퍼트 주임연구원), 박용(공동저자, 고려대 안암병원 혈액종양내과 교수), 조석기(공동저자, 분당서울대병원 흉부외과 교수), 김현구(교신저자, 고려대 구로병원 흉부외과 교수), 최연호(교신저자, 고려대 바이오의공학부 교수) 등이다.
이 연구는 범부처전주기의료기기연구개발사업단과 서울산업진흥원의 지원을 받아 수행됐다.
이 연구결과를 상세하게 정리한 논문은 'Single test-based early diagnosis of multiple cancer types using Exosome-SERS-AI'란 주제로 세계적 권위의 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications, IF: 17.7'에 3월 24일 게재됐다.
기사최종편집일: 2024-04-25 11:50:25
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