현대인이 가장 두려워하는 질병 중 하나인 ‘암’ 치료의 핵심은 조기 진단이다. 암세포 전이가 얼마 되지 않은 초기엔 수술과 항암치료로 쉽게 완치할 수 있다. 보건복지부 통계에 따르면 암을 조기에 발견해 치료할 경우, 5년 생존률이 최대 90%에 달한다. 때문에 의료계에선 암 조기진단 기술 개발 연구가 활발히 진행되고 있다.
이 가운데 국내 연구진이 검진 현장에서 결과를 바로 알 수 있는 인공지능(AI)기반 소변 검사 기술 개발에 성공했다. 정호상 한국재료연구원(재료연) 나노표면재료연구본부 선임연구원팀은 소변 내 대사체의 광신호 증폭 현상을 이용해 암 진단이 가능한 ‘스트립형 소변 센서’를 개발했다고 25일 밝혔다.
암 환자와 정상인 소변은 ‘대사체 구성성분’에 차이점이 있다. 체내에 암세포가 증식하면 비정상적인 물질대사로 인해 정상인과 다른 대사체가 소변으로 분비되기 때문이다. 이를 소변 검사에서 확인할 수 있다면 내시경, 조직검사, 자기공명영상(MRI) 등 복잡한 검진 과정 없이도 암을 진단할 수 있다.
이에 연구팀은 다공성 종이 위에 산호초 모양의 ‘3차원 플라즈모닉 나노소재(3D-PCN)’를 결합해 ‘표면증강 라만산란센서’를 새롭게 개발했다. 여기서 표면증강 라만산란은 분자 고유의 빛 신호를 10억 배 이상 증폭시키는 광학기술로, 초고감도 센서 개발에 자주 사용된다. 연구팀이 개발한 표면증간 라만산란센서에 소변을 담은 후, 빛 신호를 가하면 암 대사체 신호가 센서 표면에서 증폭되는 것이다. 이렇게 획득한 빛 신호는 딥러닝 기반 AI가 분석해 암 진단을 내리게 된다.
연구팀은 새로 개발한 센서로 전립선암 및 췌장암 환자들의 소변 샘플 검사를 진행했다. 그 결과, 정상인과 암 환자를 99%의 정확도로 구분하는데 성공했다. 검사 과정도 간편하다. 약 10마이크로리터(㎕)의 소량 소변 샘플을 센서에 넣고 빛을 조사하기만 하면 되기 때문이다. 검사시간도 짧아 현장에서 바로 결과를 확인할 수 있다. 또 센서 자체 생산 가격은 개당 100원 이하이기 때문에 비용적 측면에서도 매우 우수하다.
정호상 연구원은 “췌장암과 같이 발견이 어려운 암은 최초 진단 시기가 늦어져 생존율이 낮다”며 “이번 연구가 전립선암, 췌장암 등에 새로운 진단법 및 미래 현장 진단 검사 시스템 개발에 큰 보탬이 되길 기대한다”고 전했다.
이번 연구 성과는 국제학술지 ‘바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스’에 1월 9일 자로 게재됐으며, 관련 기술 특허도 한국과 미국에 출원된 상태다.