서울성모병원·고려대 공동 연구팀, 비침습적 두경부암 진단 플랫폼 개발

박준욱 가톨릭대 서울성모병원 이비인후과 박준욱 교수

정호상 고려대 바이오의공학부 교수

서효정 한국재료연구원 바이오·헬스재료연구본부 연구원

[헤럴드경제 = 김상수 기자] 가톨릭대학교 서울성모병원 이비인후과 박준욱 교수와 고려대학교 바이오의공학부 정호상 교수 공동 연구팀(제1저자 서효정 한국재료연구원 바이오·헬스재료연구본부 연구원)이 타액 검사만으로 두경부암을 98% 정확도로 진단하는 인공지능 기반 플랫폼을 개발했다.

4일 서울성모병원에 따르면, 가톨릭대학교 서울성모병원과 고려대, 한국재료연구원이 공동 수행한 이번 연구는 국내 두경부암 환자를 대상으로 AI 알고리즘과 첨단 재료공학이 결합한 비침습적 진단법을 개발하고, 유용성을 국제학술지에 발표한 첫 사례다.

두경부암은 세계보건기구의 국제암연구소 (IARC) 2020년 통계 기준, 전 세계에서 7번째로 흔한 암이다. 연간 약 89만명이 발병하고 45만명이 사망하는 것으로 알려졌다. 전체 암 진단의 약 4.5%를 차지한다. 조기 발견 시 5년 생존율이 80% 이상으로 높지만, 진행암인 3기 이후에는 40% 이하로 크게 낮아진다.

초기 증상이 미미해 진단이 늦어지는 경우가 많아 문제다. 내시경 검사나 조직 생검으로 종양 위치를 확인하기 어려운 경우도 빈번하다. 혈액 속에 존재하는 종양 DNA의 양이 매우 적어 다른 암보다 진단 정확도가 낮은 한계도 있다.

연구팀은 그래핀을 활용해 진단 기판을 제작했다. 이 센서 기판은 시간 의존적 모니터링 결과에서도 2시간 동안 안정적인 신호를 유지했으며, 물로 세척 후에도 평균 67% 수준의 신호를 유지하는 우수한 성능을 보였다.

타액 속 70개 대사물질을 체계적으로 분석해 이 중 39개 대사물질로 참조 데이터를 구축하고 인공지능 분석을 거쳤다. 그 결과, 두경부암 환자에게서 특징적으로 나타나는 티오시아네이트, 페닐알라닌, 메티오닌, 타우린, 푸코스 등 15개의 바이오마커를 최종적으로 확인할 수 있었다.

이번 연구를 통해 확인된 바이오마커들은 두경부암의 특징적인 대사산물로서, 향후 병리 메커니즘을 이해하는 데에 큰 단서를 제공할 것으로 기대된다.

두경부암 환자 25명과 건강한 대조군 25명의 타액을 대상으로 분석한 결과, 나노코랄 그래핀 센서와 결합한 인공지능 모델은 특이도 100%, 민감도 96%, 정확도 98%라는 우수한 결과를 보였다.

판별 성능 지표인 곡선하면적(AUC) 역시 0.999를 기록, 환자와 정상인을 거의 완벽하게 구별하는 것으로 나타났다. 5회 반복 검증 실험에서도 평균 정확도 93% 이상을 유지해, 분석 모델의 재현성과 신뢰성 역시 충분히 입증됐다.

박준욱 교수는 “환자에게 부담이 크고 종양 위치 확인이 어려웠던 기존 진단법 대비 비침습적이고 간단한 타액 검사방법으로 높은 정확도를 보여 두경부암의 조기 진단과 환자 삶의 질 개선에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 전했다.

정호상 교수는 “이번에 개발한 진단 플랫폼은 복잡한 생체 신호에서 개별 바이오마커의 기여도를 정량화할 수 있어, 향후 다른 질환의 바이오마커 발굴에도 폭넓게 활용할 수 있을 것”이라고 전망했다.