국내 연구진이 타액 검사만으로 두경부암을 98% 정확도로 진단하는 인공지능 기반 플랫폼을 개발했다. 

가톨릭대학교 서울성모병원 이비인후과 박준욱 교수와 고려대학교 바이오의공학부 정호상 교수 공동 연구팀(제1저자 한국재료연구원 바이오·헬스재료연구본부 서효정 연구원)은 이 같은 내용을 국제학술지 '저널 어드밴스드 사이언스 (Advanced Science)'에 발표했다고 4일 밝혔다. 

두경부암은 세계보건기구 국제암연구소 (IARC) 2020년 통계 기준, 전 세계에서 7번째로 흔한 암이다. 연간 약 89만 명이 발병하고 45만명이 사망하는 것으로 알려져 있으며 전체 암 진단의 약 4.5% 정도를 차지하고 있다. 

조기 발견 시 5년 생존율이 80% 이상으로 높지만, 진행암인 3기 이후에는 40% 이하로 크게 낮아지는 문제가 있는 것으로 알려져 있다.

그러나 초기 증상이 미미해 진단이 늦어지는 경우가 많으며, 내시경 검사나 조직 생검으로 종양 위치를 확인하기 어려운 경우가 빈번하다. 

현재 액체 생검 기술이 활발히 연구되고 있지만 혈액 속에 존재하는 종양 DNA 양이 매우 적어 다른 암보다 진단 정확도가 낮은 한계가 있어왔다. 타액을 활용한 비침습적 진단 기술 개발은 이러한 한계를 극복할 수 있을 것으로 평가되고 있다.

연구팀은 연필심에 쓰이는 흑연 구성 물질로 디스플레이 및 이차전지, 태양전지, 자동차 및 조명 등 다양한 분야에 활용되는 그래핀을 활용해 진단 기판을 제작했다. 

그래핀 소재는 자체적으로 방향족 분자를 안정적으로 흡착하는 특성이 있을 뿐 아니라, 그래핀 표면에 존재하는 미세한 주름과 결함 부위를 활용해 성장시킨 금 나노코랄(산호 형태의 금 나노구조) 모델로 신호 증폭을 통해 초고감도 정밀 측정을 가능하게 하기 위함이었다. 

이 센서 기판은 시간 의존적 모니터링 결과에서도 2시간 동안 안정적인 신호를 유지했으며, 물로 세척 후에도 평균 67% 수준의 신호를 유지하는 우수한 성능을 보였다.

또 이들은 타액 속 70개 대사물질을 체계적으로 분석해 이 중 39개 대사물질로 참조 데이터를 구축하고 인공지능 분석을 거쳤다. 그 결과, 두경부암 환자에서 특징적으로 나타나는 티오시아네이트, 페닐알라닌, 메티오닌, 타우린, 푸코스 등 15개의 바이오마커를 최종적으로 확인할 수 있었다.

이번 연구를 통해 확인된 바이오마커들은 두경부암의 특징적인 대사산물로 향후 병리 메커니즘을 이해하는데도 상당한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 

두경부암 환자 25명과 건강한 대조군 25명 타액을 대상으로 분석한 결과, 나노코랄 그래핀 센서와 결합한 인공지능 모델은 특이도 100%, 민감도 96%, 정확도 98%라는 우수한 결과를 보였다. 

판별 성능 지표인 곡선하면적(AUC) 역시 0.999를 기록해 환자와 정상인을 거의 완벽하게 구별하는 것으로 나타났다. 5회 반복 검증 실험에서도 평균 정확도 93% 이상을 유지, 분석 모델 재현성과 신뢰성 역시 충분히 입증됐다. 

박준욱 교수는 "환자에게 부담이 크고 종양 위치 확인이 어려웠던 기존 진단법 대비 비침습적이고 간단한 타액 검사방법으로 높은 정확도를 보여 두경부암 조기진단과 환자 삶의 질 개선에 크게 기여할 수 있을 것"이라며 "향후 대규모 다기관 임상 검증을 통해 실제 진료 현장에 적용할 수 있도록 노력하겠다"고 말했다.