소변검사로 전립선암 20분만에 진단한다

 소변검사로 전립선암 20분만에 진단한다

KIST, 초고감도 바이오센서와 인공지능 알고리즘으로 95.5% 진단정확도 달성

KIST 이관희 박사(가운데)와 김호준 박사(왼쪽)가 인공지능분석법을 도입한 초고감도 스마트 바이오센서를 활용해 환자의 소변샘플로 전립선암을 진단하고 있다. [KIST]  

[아이뉴스24 최상국 기자] 전립선암은 가장 흔한 남성 암 중 하나다. 기존에는 혈액검사를 통해 일차적인 전립선암 여부를 판별하고 있다. 하지만 진단의 정확도가 떨어져 조직검사를 추가로 받아야 하는 불편함을 겪고 있다.

한국과학기술연구원(KIST) 생체재료연구센터 이관희 박사팀은 서울아산병원 정인갑 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 소변에서 전립선암을 단 20분 만에 100%에 가까운 정확도로 진단하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 초고감도 전기신호 기반 바이오센서에 스마트 인공지능 분석법을 도입해 기술 개발에 성공했다.

연구팀은 암인자들의 복잡한 신호 패턴을 다수 확보해 인공지능 분석법을 활용해 암과 정상을 100% 가까운 수치로 정밀 진단하는 데 성공했다. [KIST]  

소변을 활용한 진단검사는 편의성이 뛰어나고 조직검사가 필요하지 않아 부작용이나 환자의 고통 없이 암을 진단 할 수 있는 장점이 있다.

하지만 그동안은 정밀진단보다는 위험군을 분류하는 데 활용되어 왔다. 바이오센서를 활용한 암 진단은 암과 관련된 단백질 한 종류가 얼마나 있는지를 바탕으로 이루어지는데 소변은 농도가 낮고 단백질 하나가 질병의 모든 것을 대변할 수 없기 때문이다.

KIST 이관희 박사팀은 그동안 전기신호 기반의 초고감도 바이오센서를 활용해 소변에서 질병을 진단하는 기술을 개발해왔다. 암 진단과 관련해서는 단일한 암 인자로는 진단 정확도를 90% 이상으로 끌어올리는 데는 한계가 있었다.

연구팀은 더 정확한 암 인자를 찾는 대신에 서로 다른 특징을 나타내는 암 인자 여러 종을 동시에 측정하고 이들의 패턴을 분석해 진단 정확도를 높이는 방법을 시도했다.

연구진은 전립선암 진단을 위해 소변에서 극미량의 네 가지 암 인자들을 동시에 측정할 수 있는 초고감도 반도체 센서 시스템을 개발했다.

이 센서를 통해 얻은 네 가지 암 인자와 전립선암 사이의 상관관계를 인공지능에게 기계학습 시키고, 얻어진 검출 신호들의 복잡한 패턴에 따라 암 여부를 진단할 수 있는 알고리즘을 개발해냈다.

이 인공지능 분석법을 활용해 전립선암을 진단한 결과, 76개의 소변 표본에서 전립선암 환자를 95.5% 정확도로 진단하는 결과를 얻었다. 기존의 30% 정도에 머물렀던 전립선암의 진단 정확도를 획기적으로 끌어올린 것이다.

          연구진이 개발한 초 고감도 스마트 바이오센서 실물사진 [KIST] 

연구진은 이번에 개발한 기술이 특정 질병에 국한되지 않고 다른 암종의 정밀 진단에도 활용될 수 있을 것으로 보고 있다. 향후 임상을 확대해 더욱 많은 환자 정보를 학습시켜 진단 알고리즘의 정확성을 높일 계획이라고 밝혔다.

KIST와 공동 연구를 진행한 서울아산병원 정인갑 교수는 “수술이나 치료가 필요한 환자를 소변을 활용해 높은 정확도로 선별함으로써 불필요한 조직검사와 치료를 최소화해 의료비 및 의료진의 피로도를 획기적으로 줄일 수 있다.”고 말했다.

이 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 범부처 전주기의료기기연구개발사업단의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 나노분야 권위지인 ‘ACS Nano’ 최신 호에 게재됐다.(논문명: Noninvasive Precision Screening of Prostate Cancer by Urinary Multimarker Sensor and Artificial Intelligence Analysis)