<사진 왼쪽부터 울산의대 서울아산병원 융합의학과 김준기 교수, 조민주 · 황준섭 연구원>
초기 증상이 천식이나 알레르기 비염과 비슷해 진단이 까다로웠던 희귀 질환 ‘호산구 육아종증 다발혈관염(이하 EGPA)’을 빛을 이용한 첨단 이미징 기술로 정확하게 찾아낼 수 있는 길이 열렸다.
울산의대 서울아산병원 융합의학과 김준기 교수팀은 단일 세포의 물리적 구조와 화학적 성분을 동시에 분석할 수 있는 ‘광회절 단층 이미징-라만분광 멀티모달 시스템’을 구축, EGPA 환자의 호산구 특성을 96%의 높은 정확도로 감별하는 데 성공했다고 밝혔다.
EGPA는 혈액 내 호산구가 비정상적으로 증가하면서 전신 혈관에 염증을 일으키는 희귀 질환이다. 제때 치료하지 않으면 폐, 신경, 피부 등 주요 장기가 손상되지만 질환 양상이 다양하고 초기에는 천식과 구분이 어려워 오진되거나 진단이 지연되는 경우가 많았다. 기존에는 확진을 위해 침습적인 조직 검사가 필요한 경우도 많아 환자의 부담이 컸다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 형광 표지나 염색 과정 없이도 세포 내부를 들여다볼 수 있는 무표지·비파괴 방식의 시스템을 개발했다.
먼저 광회절 단층 이미징(ODT) 기술을 통해 세포 내부의 3차원 구조를 재구성해 밀도와 응축 상태 등 물리적 지표를 정량화했다. 이어 동일한 세포에 라만분광 기술을 적용해 분자 화학 정보를 확보했다. 특히 호산구 내 과립의 고굴절률 영역을 표적으로 삼는 특수 알고리즘을 적용해 질환 특이적인 신호를 극대화했다.
연구팀이 서울아산병원 알레르기내과 환자군을 대상으로 이 시스템을 적용한 결과 EGPA 환자의 호산구를 대조군과 비교해 최대 96%의 정확도로 구분해냈다. 이는 물리적 지표와 화학적 지표를 통합해 구축한 분류 모델이 실질적인 진단 도구로서 충분한 경쟁력을 갖췄음을 의미한다.
<[모식도] 광회절 단층 이미징-라만분광 멀티모달 시스템과 머신러닝 분류>
김준기 교수는 “이번 연구는 전처리 과정 없이 하나의 세포에서 3D 물리 지표와 분자 정보를 동시에 확보해 정밀 프로파일링이 가능하다는 점을 증명한 것”이라며 “향후 EGPA뿐만 아니라 다양한 호산구 연관 질환의 진단 및 모니터링 플랫폼으로 확장할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 지원을 받아 수행되었으며, 결과는 화학 및 생명 의학 분야 저명 학술지인 『머티리얼즈 투데이 어드밴시스(Materials Today Advances)』 최신호에 게재되며 그 학술적 가치를 인정받았다.
의료계에서는 이번 기술이 천식 환자 중 EGPA 가능성이 있는 대상을 조기에 선별하고, 치료에 대한 반응을 객관적으로 추적하는 데 중요한 참고 지표가 될 것으로 내다보고 있다.
