국내 연구진이 초고감도 센서와 인공지능(AI)을 활용 소변 검사로 20분 이내에 전립선암을 95% 이상의 정확도로 진단하는 기술을 개발했다.
초고감도 바이오센서를 활용하여 환자 소변에서 극미량의 암 인자들을 검출
여기서 발생하는 검출 신호의 패턴을 얻어내는 모식도 / KIST 제공
한국과학기술연구원(KIST) 생체재료연구센터 이관희 박사팀은 “서울아산병원 정인갑 교수팀과 함께 초고감도 전기신호 기반 바이오센서에 스마트 AI 분석법을 도입 소변 검사로 전립선암을 20분 만에 진단하는 기술을 개발했다”고 밝혔다.
대표적인 남성 암인 전립선암은 혈액 내 '전립선 특이항원'(PSA) 수치로 1차 진단한다. 그러나 이 방법은 정확도가 30%에 불과해 침습적인 조직검사를 추가로 해야 하기 때문에 출혈과 고통이 불가피하다. 편의성이 뛰어나고 침습적 조직검사가 필요 없는 소변 진단검사가 사용되고 있지만 소변에는 암 인자 농도가 낮아 소변 기반의 바이오센서는 정밀진단보다는 위험군 분류에 활용돼 왔다. 연구팀은 한 가지 전립선암 인자만 측정하는 기존 방법 대신 소변에 극미량 들어 있는 네 가지 전립선암 인자(PSMA ENG ERG ANXA3)를 동시에 측정할 수 있는 초고감도 반도체 센서 시스템을 개발 진단 정확도를 획기적으로 높였다.
이 센서로 얻은 네 가지 암 인자 측정치와 전립선암의 상관관계를 인공지능에 기계 학습 시키고 여기서 얻은 검출 신호들의 복잡한 패턴에 따라 암 여부를 진단하는 알고리즘을 개발했다. 연구팀이 이 방법으로 전립선암 환자와 건강한 사람 전립선 비대증 환자의 소변 76개를 검사한 결과 암 인자 1개만 활용할 때는 진단 정확도가 평균 62.9%에 그쳤으나 네 가지 인자를 모두 사용하면 진단 정확도가 95.5%로 높아지는 것으로 확인됐다. 특히 이 검사법은 기존 '전립선 특이항원'(PSA) 기반의 혈액검사로는 진단하기 어려웠던 전립선암과 전립선 비대증도 정확하게 구분해낸다고 연구팀은 설명했다. 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.
연구팀은 다음 단계로 500명 규모의 피실험자(환자 또는 일반인) 대상으로 임상 실험을 실시 정확도를 더 높이고 이르면 2022년 상용화한다는 계획이다. 이관희 박사는 "소변만으로 전립선암을 신속히 정확하게 진단할 수 있는 스마트 바이오센서의 개발은 방광암과 신장암 등 소변을 활용한 다른 암종의 정밀 진단에도 활용될 수 있을 것"이라며 "후속 연구와 인허가를 거쳐 2~3년 후 의료현장에 적용할 수 있을 것"이라고 전망했다.
이 연구 결과는 나노분야 국제학술지 'ACS 나노'(ACS Nano) 최신호에 게재됐다.