타액으로 파킨슨병·알츠하이머병 조기 진단 … 고려대 정호상 교수팀, AI 기반 센서 개발

고려대학교는 바이오의공학부 정호상 교수 연구팀이 침(타액)으로 뇌신경 질환을 조기 진단할 수 있는 인공지능(AI) 기반 센서 플랫폼을 개발했다고 2일 밝혔다.

이번 연구는 가톨릭대 성빈센트병원 양승호 교수팀과 한국재료연구원(KIMS) 박성규 박사팀이 함께 진행했다.

뇌신경 질환은 초기 증상이 뚜렷하지 않아 조기 진단이 어렵다. 파킨슨병이나 알츠하이머병 같은 퇴행성 뇌 질환은 비전형적인 증상이 먼저 나타나 진단 시기를 놓치기 쉽다. 정확한 진단을 위해 뇌 영상 검사나 뇌척수액 검사가 활용되지만, 비용 부담이 크고 침습적(기구를 삽입하거나 체액을 채취하는 방식)이기에 일상적인 선별 검사로 활용하기에는 어려움이 따른다.

공동 연구팀은 표면증강 라만 산란(SERS) 기술 기반의 센서를 개발했다. SERS는 분자가 빛과 상호작용하며 나타내는 고유한 신호를 감지하는 분석 기법이다. 연구팀은 센서 구조를 정밀하게 설계해 침 속 극미량의 단백질 신호도 안정적으로 측정할 수 있게 했다. 센서 표면에서 단백질 신호가 더 뚜렷하게 포착되도록 GME(galvanic molecular entrapment·전기적 분자 포획) 기술도 적용했다.

연구팀은 이 센서를 활용해 알츠하이머병과 연관된 대표적 신경 단백질인 'Aβ42'와 'tau'를 분석하고, 단백질의 상태에 따라 스펙트럼 신호가 달라진다는 점을 확인했다. 이를 통해 침 속 신경 단백질 변화를 판별할 수 있는 분석 지표를 도출했다.

실제 임상 침 시료 67건에 적용한 결과, AI 모델을 통해 뇌전증·조현병·파킨슨병 등 3종 뇌신경 질환을 93.94%의 정확도로 구분하는 데 성공했다. 별도의 침습적 검사 없이도 현장에서 신속하게 활용할 수 있는 진단 기술로 발전할 가능성을 보여준다.

고려대 정호상 교수는 "이번 연구는 침 속 단백질의 구조 변화를 기반으로 신경계 질환을 비침습적으로 조기 선별할 수 있는 현장형 진단 플랫폼을 제시한 사례"라며 "앞으로 다양한 신경계 질환의 진단과 새로운 바이오마커 발굴에도 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 재료·바이오 융합 분야의 세계적 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials·첨단 소재)'에 지난달 24일 온라인 게재됐다. KIMS 생체소재·헬스케어 첨단연구부 무함마드 샬라후딘 알 자파라위 연구원이 제1저자, 가톨릭대 양승호 교수, KIMS 박성규 박사가 공동저자, 고려대 정호상 교수가 교신저자로 각각 참여했다.

이번 연구는 한국연구재단 바이오의료기술개발사업, 산업통상자원부 소재부품기술개발 사업, 한국재료연구원 기본사업, 국가과학기술연구회 글로벌 TOP 전략연구단과 보건복지부의 재원을 통한 한국보건산업진흥원 K-헬스미래추진단의 한국형ARPA-H프로젝트 사업 등의 지원으로 수행됐다.