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  • 치료 어려운 뇌 질환, ‘전자약’으로 맞춤치료 가능할 것

    치료 어려운 뇌 질환, ‘전자약’으로 맞춤치료 가능할 것

    ※ 이미지는 기사 내용과 직접적인 관련이 없음 / Designed by Freepik (https://www.freepik.com/)
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    기초과학연구원(IBS) 뇌과학 이미징 연구단에서 대뇌 표면에 견고하게 밀착할 수 있는 ‘신축성 전자패치’를 개발했다. 이를 통해 뇌 질환을 앓고 있는 환자 개개인에 맞춘 ‘전자약(electronic drug)’ 기술을 최초 구현했다. 전자약이란, 질병 치료 및 생체활동 회복 기능을 가진 전자장치를 일컫는 말이다.

     

    난치성 뇌 질환 치료의 원리

    약물 치료가 통하지 않는 난치성 뇌 질환 환자는 전 세계적으로 수천만 명에 달한다. 이들 질환은 파킨슨병과 같은 퇴행성 질환부터, 우울증과 같은 신경정신질환에서 약물 저항이 발생하는 경우, 그리고 그 외의 희귀성 질환까지 다양하다.

    이를 치료하기 위해 병증이 발생한 조직을 자극해 증상을 완화하는 ‘경두개 집속초음파 신경자극술(Transcranial Focused Ultrasound, tFUS)’이 등장한 바 있다. 두피에 변환기를 장착하고, 초음파를 두개골에 투과시켜 뇌 조직의 특정 지점에 집중시키는 방식이다.

    하지만 뇌 신경의 구조는 개인마다 다르다. 이 때문에 고정된 조건으로 신경자극을 가할 경우, 치료 효과가 일관되게 나타나지 않는 문제가 있었다. 개인에 따라서는 오히려 증상을 악화시키는 경우도 있었다.

    이러한 문제를 극복하기 위해, ‘폐 루프 신경자극술(Peripheral Nerve Stimulation, PNS)’이 제안됐다. 초음파로 말초 신경을 자극하고 그에 따른 전기적 뇌파 변화를 감지해, 개인에게 맞는 자극 조건을 맞춤 제공하는 방식이다. 

    이는 초음파 기반의 신경치료체계를 확립하기 위해 무엇이 필요한지를 보여준다. 대뇌 표면에서 발생하는 전기신호(대뇌피질전도)를 실시간으로 감지해 활용할 수 있는 ‘뇌파 계측 기술(EEG)’이 필수적이라는 의미다.

     

    기존 소재의 한계를 극복한 형상변환 전자패치

    대뇌피질전도를 계측하는 데 사용하던 기존의 전극 소자는 강성이 높고 형태 적응성이 낮았다. 쉽게 말해 ‘딱딱한 성질을 갖고 있고, 고정된 형태를 유연하게 바꾸기 어렵다’라는 뜻이다. 이런 소재는 복잡한 굴곡이 있는 뇌 조직의 표면에 적용할 수 없다. 또한, 뇌의 미세한 움직임으로 인해 견고하게 고정되기도 어렵다. 장시간에 걸친 뇌파 계측에 한계가 있다는 것이다.

    또한, 초음파 자극을 가할 경우 접촉면에서 음압 진동이 발생한다. 이때 음압 진동에 의해 극심한 잡음이 발생하기 때문에, 신경자극술을 수행하는 동안 전기적 뇌파를 측정할 수가 없다. 피드백 정보로 활용할 수 없다는 의미다.

    연구진은 이러한 한계들을 해결하는 데 집중했다. 대뇌피질의 표면을 따라 정교하게 밀착되면서도, 조직 표면에 견고하게 부착될 수 있는 소재로 측정용 패치를 개발했다. ‘접착 하이드로 젤’과 ‘형상변형 기판’을 사용해 이중으로 구성한 패치와, 신축성이 있는 다중채널 미세전극소자를 결합해 제작한 ‘형상변형 대뇌피질접착 신축성 전자패치(이하 형상변형 전자패치)’다. 

    형상변형 전자패치는 접착 하이드로 젤이 대뇌 접촉면에서 체액과 상호작용해 표면에 부착된다. 형상변형 기판의 소재는 형태 변화가 용이한 데다가 주변 온도가 높으면 물성이 부드러워지는 성질(열 가소성)을 갖고 있다. 

    대뇌피질은 불규칙한 단차를 띠고 있고, 신체 온도에 따라 온도가 변한다. 형상변형 전자패치에 사용된 소재들은 이러한 환경에서도 견고한 밀착이 가능하다. 초음파 자극에 의한 음압 진동에도 잡음을 발생시키지 않을 정도로 정밀하게 고정될 수 있기 때문에, 대뇌피질전도를 높은 품질로 측정할 수 있다.

     

    실시간 뇌파 진단 및 치료 자극 가능

    이를 통해 연구진은 초음파 자극이 연속으로 가해지는 환경에서 뇌파 변화를 실시간으로 진단할 수 있는 방법을 개발했다. 이는 실시간으로 뇌파를 모니터링하면서, 적절한 조건으로 조정된 신경 자극을 제공할 수 있다는 뜻이다. 즉, 환자 개인의 뇌파 패턴에 따라 최적화된 자극을 가할 수 있다는 의미다. ‘전자약’이라는 표현이 딱 알맞는 대목이다.

    그렇다면 이러한 뇌파 모니터링은 대상이 자유롭게 움직이는 상태에서도 가능할까? 이를 검토하기 위해, 연구진은 뇌전증이 유발된 쥐에게 형상변형 전자패치를 적용해 뇌파 모니터링 안정성을 검토했다. 그 결과 활발하게 움직이는 동안에도 모니터링 안정성이 유지된다는 것을 확인했다.

    한편, 뇌전증 발작이 나타나기 전 발생하는 고주파 신호를 포착해, 발작 증상이 나타나기 전 이를 예측하고 초음파 자극을 가동해 발작을 억제하는 결과를 보였다. 초음파 자극이 가해지는 동안, 치료 효과가 충분치 않으면 자극 조건을 조정해 발작을 억제하는 것도 확인할 수 있었다.

    성균관대학교 전자전기공학부 교수인 손동희 연구위원은 “초음파 자극에 반응하는 개별 환자의 뇌 신경 활동을 실시간 계측할 수 있게 한 최초 사례”라며 “난치성 신경질환의 정밀 진단 및 개인맞춤형 치료를 가능하게 하는 ‘차세대 전자약 핵심기술’로 자리할 것으로 기대된다”라고 이야기했다.

    본 연구결과는 「네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)」(IF=33.7)에 지난 11일(수) 온라인 게재됐다.

    '형상변형 대뇌피질접착 신축성 전자패치'는 조직에 접착 가능한 하이드로젤, 금/티타늄 금속 전극 및 배선, 신축성 형상변형 기판으로 구성된다. 이는 설치류와 소 대뇌피질에 도움 없이 쉽고 간편하게 부착되며 매우 견고하게 밀착된다. / 출처 : 기초과학연구원
    '형상변형 대뇌피질접착 신축성 전자패치'는 조직에 접착 가능한 하이드로젤, 금/티타늄 금속 전극 및 배선, 신축성 형상변형 기판으로 구성된다. 이는 설치류와 소 대뇌피질에 도움 없이 쉽고 간편하게 부착되며 매우 견고하게 밀착된다. / 출처 : 기초과학연구원
    인체 내 습윤한 환경에서 하이드로젤의 특성에 의해 대뇌피질에 즉각 접착하기 시작한다. 동시에 신축성 형상변형 고분자는 대뇌피질의 굴곡에 맞추어 자발적으로 변형하며 빈틈없이 밀착된다. 대뇌피질에 견고히 부착되고 나면 형상변형 고분자 내부의 응력은 조기에 모두 해소돼, 뇌 조직에 물리적 압박 없이 장기간 안전하게 사용할 수 있다. / 출처 : 기초과학연구원
    인체 내 습윤한 환경에서 하이드로젤의 특성에 의해 대뇌피질에 즉각 접착하기 시작한다. 동시에 신축성 형상변형 고분자는 대뇌피질의 굴곡에 맞추어 자발적으로 변형하며 빈틈없이 밀착된다. 대뇌피질에 견고히 부착되고 나면 형상변형 고분자 내부의 응력은 조기에 모두 해소돼, 뇌 조직에 물리적 압박 없이 장기간 안전하게 사용할 수 있다. / 출처 : 기초과학연구원
    전자약 시스템은 형상변형 대뇌피질접착 신축성 전자패치와 소형 경두개 집속초음파 변환기로 구성된다. 먼저, 쥐의 머리에 전자패치를 부착하고 소형 경두개 집속초음파 변환기를 이식해, 무손실 대뇌피질전도 피드백 폐-루프 발작 제어가 가능하도록 전자약 시스템을 구성했다. 그리고 뇌전증을 유발한 쥐를 대상으로 16채널 전자패치를 이용해 대뇌피질전도를 실시간으로 모니터링했다. 고품질 뇌파 측정은 집속초음파 전자약의 3단계 강도 변조 중에도 안정적으로 가능했으며, 폐-루프 뇌전증 제어를 성공적으로 달성했다. / 출처 : 기초과학연구원
    전자약 시스템은 형상변형 대뇌피질접착 신축성 전자패치와 소형 경두개 집속초음파 변환기로 구성된다. 먼저, 쥐의 머리에 전자패치를 부착하고 소형 경두개 집속초음파 변환기를 이식해, 무손실 대뇌피질전도 피드백 폐-루프 발작 제어가 가능하도록 전자약 시스템을 구성했다. 그리고 뇌전증을 유발한 쥐를 대상으로 16채널 전자패치를 이용해 대뇌피질전도를 실시간으로 모니터링했다. 고품질 뇌파 측정은 집속초음파 전자약의 3단계 강도 변조 중에도 안정적으로 가능했으며, 폐-루프 뇌전증 제어를 성공적으로 달성했다. / 출처 : 기초과학연구원

     

  • 헬리코박터 치료, 늦으면 치매 위험 2배 높다

    헬리코박터 치료, 늦으면 치매 위험 2배 높다

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    헬리코박터 감염으로 인한 위 궤양이 치매 위험에 영향을 미친다는 내용이 발표됐다. 헬리코박터 제균 치료를 빨리 시작하면 치매 위험을 낮춘다는 연구 결과다.

     

    헬리코박터 파일로리 균이란?

    ‘헬리코박터 파일로리(Helicobacter pylori) 균’은 소화성 궤양을 유발하는 대표적인 균이다. 보통 헬리코박터 균이라고 부르며, 위암 발병의 주요 원인 중 하나로 알려져 있다. 주로 위와 십이지장 점막에 서식하며, 생존력이 강해 위산에서도 살아남을 수 있는 것으로 알려져 있다. 

    이들은 혈뇌장벽(Blood-Brain Barrier, BBB)을 통과해 뇌에 신경염증을 유발할 수 있다. 감염을 통해 발생한 염증성 물질이 혈류를 통해 뇌에 도달하고, 혈뇌장벽 투과성을 증가시킴으로써 신경염증을 유발하는 메커니즘이 대표적이다. 또한, 알츠하이머 유발 원인으로 꼽히는 아밀로이드 베타, 타우 단백질의 침착에도 영향을 미칠 수 있는 것으로 알려져 있다.

    헬리코박터 감염으로 발생하는 소화성 궤양은 비타민과 무기질의 흡수를 방해하는 원인이 됨으로써, 신경세포 재생에 영향을 미치게 된다. 또한 장내 미생물군(장내 마이크로바이옴)에 불균형을 일으키고, 뇌 기능에 영향을 미치는 대사산물의 생성에 변화를 일으켜 치매 발병 위험을 높일 수 있다.

     

    소화성 궤양 있으면 치매 발병 위험 높아

    가톨릭의대 서울성모병원 정신건강의학과 강동우 교수와 여의도성모병원 뇌건강센터 임현국 교수 연구팀은 헬리코박터 제균 치료 여부에 따른 치매 발병 위험도를 연령대별로 평가하는 연구를 진행했다. 국민건강보험공단 데이터베이스를 활용, 55세~79세 총 47,628명의 참가자를 대상으로 했다.

    소화성 궤양 환자의 5년, 10년 추적관찰 내용을 최초 분석한 결과, 건강한 대조군에 비해 치매 발병 위험도가 3배 가량 높아지는 것으로 확인했다. 이는 고혈압, 당뇨, 고지혈증, 허혈성 심질환 등 치매 위험인자로 꼽히는 것들을 통제했음에도 나타난 결과다. 특히 60~70대에서는 알츠하이머성 치매 발병 위험도가 높아지는 것으로 확인됐다.

    연구팀은 헬리코박터 파일로리 제균 치료가 위암의 발병 위험을 낮춘다는 기존 연구결과에 주목, 치료 시기에 따른 치매 발병 위험도를 평가했다. 위 궤양 진단 후 6개월 이내에 제균 치료를 시작한 그룹(조기 치료군), 그리고 1년 이후 제균 치료를 시작한 그룹(지연 치료군)을 각각 5년, 10년 추적관찰했다. 

    마찬가지로 고혈압, 당뇨, 고지혈증 등 다른 위험인자는 통제한 상태에서 치매 발병 위험도를 비교했다. 분석 결과, 지연 치료군이 조기 치료군에 비해 치매 발병 위험도가 2배 이상 높게 나타난 것을 확인할 수 있었다.

    강동우 교수는 “이번 연구는 헬리코박터 파일로리 감염이 신경퇴행성 질환의 발생 원인과 연관이 있음을 제시한 초기 연구”라고 이야기했다. 또한 강 교수는 “발효 음식, 매운 음식을 즐기는 우리나라 식습관은 위 점막을 자극해 헬리코박터 균 감염을 높일 수 있다”라며 “진단 기술 발전으로 헬리코박터 감염 여부를 정확하게 확인할 수 있는 만큼, 장 건강 및 뇌 건강을 위해 조기 진단이 필요하다”라고 말했다.

    이번 연구는 미국 노화학회 공식 학술지인 「Geroscience」에 게재됐다.

     

    헬리코박터 감염과 치료

    서울아산병원 질환백과에 따르면 헬리코박터 균의 감염 경로가 무엇인지는 정확하게 알려져 있지 않지만, 사람과 사람 사이에 전파되는 것으로 추정된다. 입에서 입으로 감염되는 경우, 한 그릇에 음식을 놓고 함께 먹는 식습관 역시 전염 사유가 된다. 

    헬리코박터 균은 우리나라 성인의 50~60%가 가지고 있으며, ‘감염자의 감수성’에 따라 증상이 다르게 나타난다. 증상으로는 가벼운 수준의 소화불량, 급성위염부터 만성위염, 위 궤양, 십이지장 궤양, 위암 등 심각한 수준까지 나타날 수 있지만, 대부분은 감염돼도 특별한 증상을 나타내지 않기 때문에 모두가 치료를 받아야 할 필요는 없다. 

    다만, 대한소화기학회에서 제시한 가이드라인에 따르면, 위 궤양 환자, 합병증을 동반한 십이지장 궤양 환자, 조기 위암 환자 등 일부 질환을 앓고 있는 경우는 치료를 받을 것이 권장된다. 치료의 필요성은 증상의 심각성, 환자의 컨디션 및 위험 요소 등에 따라 달라질 수 있다.

    헬리코박터 감염을 예방하기 위해서는 양배추, 브로콜리, 사과 등 위장 건강에 좋은 음식을 섭취하는 것이 좋다. 항산화 물질, 항염증 성분, 식이섬유 등을 통해 위장 점막을 보호하고 염증을 줄임으로써 면역력을 강화하는 것이 핵심이다. 또한, 과식을 피하고 절주, 금연을 습관화하는 것이 좋다. 

    헬리코박터 제균치료는 주로 항생제와 위산 억제제를 복용한다. 치료 후에는 세균이 완전히 제거됐는지를 확인해야 하며, 재발 우려가 있으므로 꾸준한 관리가 필요하다.

    가톨릭의대 서울성모병원 정신건강의학과 강동우 교수(좌)와 여의도성모병원 뇌 건강센터 임현국 교수(우)
    가톨릭의대 서울성모병원 정신건강의학과 강동우 교수(좌)와 여의도성모병원 뇌 건강센터 임현국 교수(우)

     

  • 인공지능 기반 위암 예측 SW, 식약처 인증 완료

    인공지능 기반 위암 예측 SW, 식약처 인증 완료

    위암 진단 SW 화면 / 출처 : 가천대 길병원
    위암 진단 SW 화면 / 출처 : 가천대 길병원

    가천대학교 길병원(이하 가천대길병원)은 (주)피씨티와 공동으로 개발한 ‘인공지능 위암 예측 소프트웨어’가 최근 식품의약품안전처(이하 식약처)로부터 의료기기 제조 허가를 획득했다고 10일(화) 밝혔다.

    가천대 길병원은 과학기술정보통신부, 정보통신산업진흥원이 주관하는 ‘AI 정밀의료솔루션’ 개발 사업의 일환으로 위암 예측 및 조기 발견을 위한 ‘닥터앤서 2.0’에 참여 중이다. 지난 2021년 대장암 예측 및 진단 소프트웨어인 닥터앤서 1.0을 개발한 이후, 이번에는 위암을 적용 대상으로 확대시켰다.

    닥터앤서 2.0 사업 중 위암에 관련된 부분은 △인공지능을 이용한 위암 예측 소프트웨어 그리고 △내시경을 통한 위암 조기 진단으로 나뉜다. 이 가운데 환자 의무기록(EMR) 및 문진을 통해 위암 발생 가능성을 예측하는 소프트웨어(AI-Doctor for Gastric Cancer)가 최근 식약처로부터 의료기기 인증을 획득했다.

    이 소프트웨어는 대상자의 혈액검사 결과, 헬리코박터 검사 등 건강검진 결과, 전자의무기록 데이터, 생활습관 조사 결과를 활용해 위암 발병 위험률을 도출한다. 생활습관, 건강검진, 내시경, 조직검사 등을 포함하는 3만 건 이상의 EMR 데이터를 토대로 위암 발생 위험을 다각적으로 분석하는 구조다.

     

    검사 필요성을 일깨우는 시각자료 제공

    연구 책임자인 가천대 길병원 소화기내과 김경오 교수는 “위암은 내시경 검사로 조기진단이 가능하지만, 고령이나 체질 등 환자들의 불안 요소로 검사에 불응하는 경우가 있다”라며 “이 경우 정량화된 위암 발병 위험률을 산출해, 환자로 하여금 내시경을 받도록 유도하고 궁극적으로 위암의 조기진단률을 높이는 것을 목표로 한다”라고 말했다.

    위암 위험군에 속하는 환자 중에는 ‘꼭 검사를 해야 하나’라든가 ‘내시경 검사는 부담된다’라고 말하는 경우가 있다. 이런 경우는 본인의 전자의무기록 및 문진 내용을 토대로 위암 발병 위험률을 분석할 수 있으며, 그 결과를 시각적으로 제공할 수 있다.

    위암 위험군에 속하는 환자는 △가족력이 있는 경우 △만성 위염이 있는 경우 △헬리코박터 파일로리 감염 이력이 있는 경우 등이 대표적이다. 이밖에 염도가 높은 식품, 훈제 음식 등을 과도하게 먹는 편이거나, 비만자, 흡연자, 음주자, 고령자 등이 위험군으로 분류하는 기준이 된다. 성별로는 남성이 상대적으로 더 높은 발병 위험을 갖는다.

     

    위암 발병률 증가세, 조기 발견 중요

    한편, 위암은 기존 높은 순위에 있던 다른 암종보다도 높은 발병률을 보이는 추세다. 국가암정보센터에 따르면 2021년 기준 남녀 통합 위암 발생률은 4위로 집계됐으나, 가천대 길병원 측에 따르면 최근 동향은 폐암, 대장암 등을 제치고 1위에 올랐다는 설명이다. 

    또한 가천대 길병원 측에 따르면 최근 5년간 위암 진단 환자는 6.9% 증가했다. 국내에서는 매년 3만 명 정도의 위암 환자가 발생하고 있으며, 이중 70%는 국가 암 검진 등을 통해 조기에 발견된다. 

    위암이 1기나 2기에 발견될 경우 5년 생존율이 90% 이상으로 높게 나타나는 경우가 많다. 대개 다른 조직으로 전이되지 않은 상태에서는 치료 성공률이 높은 편에 속한다. 하지만 조기 발견 시기를 놓쳐 3기나 4기에서 발견될 경우, 5년 생존율은 20% 혹은 그 이하로 급격하게 낮아진다. 국가암정보센터에서 공개한 2017년부터 2021년까지 5년 상대생존율을 보면, 위 이외의 장기를 침범하지 않은 ‘국한’ 환자의 생존율은 97.4%로 나온 데 비해 인접 조직을 침범한 ‘국소’ 환자의 경우 생존율 61.4%, 멀리 떨어진 부위에 전이된 ‘원격’ 환자의 경우 생존율 6.6%로 큰 폭으로 떨어지는 것을 볼 수 있다. 

    이는 조기 발견 여부에 따라 그 위험이 급격하게 차이가 난다는 것을 보여준다. 그러나 2021년 기준 위암 검진 대상자의 수검률은 62.6%로 집계됐다. 여전히 검진 대상임에도 불구하고 검진을 받지 않는 경우가 3분의 1가량 된다. 가장 수검률이 높은 간암의 경우 72.9%다.

    가천대 길병원 김우경 병원장은 “닥터앤서 사업의 목표는 환자들이 건강관리에 경각심을 갖게 하고 인공지능 기술을 이용해 암을 조기 발견하는 데 있다”라며 “위암 조기 진단 및 치료 성과를 높일 수 있는 닥터앤서 소프트웨어가 임상 현장에서 널리 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

    위암은 조기 진단에 따른 5년 상대생존율에 급격한 차이를 보인다 / 출처 : 국가암정보센터
    위암은 조기 진단에 따른 5년 상대생존율에 급격한 차이를 보인다 / 출처 : 국가암정보센터

     

  • 딥 러닝 활용한 친환경 간암 조직진단 성공

    딥 러닝 활용한 친환경 간암 조직진단 성공

    ※ 사진은 본문 내용과 직접적인 관련이 없음 / Designed by Freepik (https://www.freepik.com/)
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    ‘빛(레이저)을 이용한 친환경 조직병리 진단법’을 개발한 연구 결과가 국제 학술지 「빛: 과학과 응용(Light: Science and Application)」(IF=20.6)에 게재됐다. 이 학술지는 세계 3대 학술지로 꼽히는 「네이처(Nature)」의 자매 학술지다.

     

    조직병리, 기존 진단법의 한계

    조직병리는 조직의 세포와 구조를 분석해, 질병의 원인과 기전을 알아내는 것을 말한다. 일반적으로 조직 생검 등의 방법으로 생체 조직 샘플을 채취한 다음, 이를 현미경으로 관찰하는 방법을 사용한다. 

    기존까지의 조직병리 진단법에서는 먼저 생검 등의 방식으로 조직을 떼어낸 다음, 이를 현미경으로 관찰하기 위해 염색 슬라이드를 준비해야 했다. 통상 슬라이드를 준비하는 데만 1~2일 정도가 걸렸으며, 이때마다 조직이 소모된다는 문제가 있었다. 또한, 조직 구조의 시각화를 명확하게 하기 위한 슬라이드 염색에서, 화학약품을 사용하기 때문에 환경오염을 유발한다는 것 또한 단점으로 꼽혔다. 

     

    레이저 기술과 인공지능의 결합

    가톨릭대학교 서울성모병원 병리과 정찬권 교수와 포스텍 김철홍 교수 연구팀은 ‘광음향 조직 영상(Photoacoustic Histology, PAH)’ 기술을 활용해 보다 빠르고 친환경적인 조직검사 시스템을 개발했다. PAH는 빛(레이저)을 쏘아 생체분자가 만들어내는 초음파 신호를 감지함으로써 이미지를 생성하는 기술이다. 연구팀은 이 기술을 활용해 간암 조직 진단에 접목시켰다. 

    PAH는 ‘가상 염색’을 통해 실제와 동일한 병리 이미지를 생성할 수 있다. 화학약품을 통한 염색, 조직 검체 식별을 위한 라벨링 작업이 필요치 않다는 장점이 있었지만, 이제까지는 병리 의사가 진단을 할 수 있을 만큼의 명확한 이미지를 생성하는 데 한계가 있었다.

    연구팀은 PAH에 인공지능 기술을 결합한 딥 러닝 모델을 개발해 이러한 한계를 극복해냈다. 인공지능을 통해 △가상 염색 △분할 △분류 단계를 수행함으로써 조직 영상을 분석하는 방식이다. 

    출처 : 가톨릭대학교 서울성모병원
    출처 : 가톨릭대학교 서울성모병원

     

    전문의 진단 결과와도 일치

    연구팀은 실제 간암 조직에서 얻은 PAH에 연구팀이 개발한 딥 러닝 모델을 적용해보았다. 그 결과 딥 러닝 모델은 간암세포 및 정상 간 세포를 98% 정확도로 분석해냈다. 병리과 전문의 3명이 진단한 결과와 비교한 결과에서도, 딥 러닝 모델이 식별한 결과는 100% 일치했다. 이는 실제 현장 적용도 가능하다는 것을 의미한다.

     

    진단 정확성 및 환경오염 문제 해결

    조직검사는 질환의 정확한 진단부터 그에 맞는 적절한 치료 계획을 세우는 데 매우 중요하다. 간암의 경우, 정확한 진단을 위해 영상 검사, 혈액 검사를 선행한다. 이 결과로 확진이 어려울 경우, 초음파를 보며 가느다란 바늘을 이용해 간 조직을 채취(바늘 생검)한다.

    생검으로 채취한 조직을 현미경으로 관찰하기 위해서는, 유리 슬라이드에 조직을 얇게 잘라낸 다음 염색을 하는 과정이 필요했다. 이 과정에서 추가 인력 및 비용이 들어가며, 염색을 위해 화학물질이 사용되므로 환경에도 악영향을 끼쳤다.

    만약 슬라이드 제작 과정에서 기구 오염 또는 조직 오염이 발생할 경우, 진단 자체가 잘못될 가능성도 있었다. 진단 목적에 따라 염색법이 달라질 수 있기 때문에, 여러 검사가 필요할 경우 그때마다 슬라이드를 추가 제작해야 한다는 문제도 있었다.

    정찬권 교수는 “딥 러닝을 활용한 검사법은 슬라이드 제작에 소요되는 시간과 비용을 줄이고, 염색에 사용되는 헤마톡실린, 에오신, 자이렌, 알콜과 같은 화학물질을 사용하지 않는 친환경 진단법”이라며 “간암 진단 민감도 100%를 달성한 만큼, 다른 암 조직검사 진단에도 적용하기 위한 추가 연구를 지속해 진단 효율성을 향상시킬 것”이라고 설명했다.

    병리과 정찬권 교수 / 출처 : 가톨릭대학교 서울성모병원
    병리과 정찬권 교수 / 출처 : 가톨릭대학교 서울성모병원

     

  • 고혈압 약 3종 합친 ‘복합 약물’로 더 나은 효과 입증

    고혈압 약 3종 합친 ‘복합 약물’로 더 나은 효과 입증

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    건강보험심사평가원 통계에 따르면 2023년 기준 우리나라의 고혈압 환자는 약 750만 명으로 집계된다. 인구의 5천만을 기준으로 하면 대략 15%에 해당하는 수치다. 전 세계적으로는 약 13억 명에 가까운 고혈압 환자가 존재한다고 알려져 있다. 전 세계 인구를 기준으로 비율을 측정해보면 우리나라 유병률과 얼추 비슷한 수준이다.

    고혈압은 기본적으로 식이요법이나 운동, 스트레스 관리 등 생활습관 차원에서 개선해가는 것이 원칙이다. 하지만 고혈압 정도가 심해 위험도가 높거나, 생활습관 개선만으로 충분한 조절이 어렵다고 판단될 경우에는 약물 치료가 필요하다.

    이때 증상이나 상태에 따라 여러 가지 약물을 함께 복용해야 하는 경우가 있다. 이는 환자에게 있어 ‘약물 부담’을 가중시키는 결과를 낳는다. 이런 와중에, 기존의 약물들을 조합해 만든 하나의 약물로 현행 치료법보다 더 나은 효과를 낼 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 

     

    기존 약물 3가지를 조합한 단일 약물

    미국 건강전문 미디어 ‘메디컬뉴스 투데이’에 따르면, 최근 「Journal of the American Medical Association(JAMA)」에 고혈압 치료의 새로운 접근법에 관한 연구 결과가 게재됐다. 기존에 사용되던 서로 다른 세 가지 항고혈압제를 보다 낮은 용량으로 조합해 하나의 알약으로 만들었고, 이것이 현재 표준 치료법보다 더 나은 효과를 발휘했다는 것이다.

    이번 연구는 영국의 제약회사인 조지 메디슨(George Medicines)에서 제조한 3중 복합 고혈압 치료제 ‘GMRx2’의 3상 임상시험의 일부로서 진행됐다. 연구 책임자를 맡은 호주 조지 글로벌 건강 연구소의 앤서니 로저스 박사는 “3가지 약물의 메커니즘을 통해 효능을 높이고, 각 약물의 용량을 낮춰 부작용을 최소화하는 방식”이라고 말했다. 

    연구자들은 나이지리아에 거주하는 ‘심각한 수준의 고혈압 환자’ 약 300명을 모집해 임상시험을 진행했다. 이들 중 절반은 기존에 사용되던 ‘텔미사르탄’, ‘암로디핀’, ‘인다파미드’의 세 가지 항고혈압제를 저용량으로 조합한 CMRx2를 투여했다. 나머지 절반은 나이지리아 보건부에서 권장하는 표준 고혈압 치료를 받았다. 한 가지 약물로 시작해, 필요에 따라 두 번째와 세 번째 약물을 추가하는 방식이다.

     

    유의미하게 낮아진 수축기 혈압 보여

    6개월에 걸친 치료 후, 로저스 박사와 연구팀은 두 참여자 그룹의 혈압을 측정했다. GMRx2 복합 약물을 복용한 그룹은 수축기 혈압이 31mmHg 낮게 나왔고, 표준 고혈압 치료를 받은 그룹은 26mmHg 낮게 나왔다. 

    과거 연구에 따르면 수축기 혈압이 5mmHg 더 감소하면 주요 심혈관 질환 위험이 약 10% 감소하는 것으로 나타난 바 있다. 즉, 새로운 복합 약물을 복용한 그룹이 기존 치료법을 따른 그룹에 비해 심혈관 질환 발병 위험을 10% 더 낮췄다는 의미가 된다.

    로저스 박사는 “혈압이 1mmHg 높아질 때마다 심혈관 질환 발생 위험은 약 2%씩 증가한다.”라며 “향후 지속적인 혈압 감소를 보이는지가 중요하다.”라고 이야기했다.

    연구팀은 또한, GMRx2 복합 약물을 복용한 참여자 중 81%가 1개월만에 병원에서 제시한 혈압 목표치를 달성했다는 점을 확인했다. 기존 치료법을 적용한 참여자는 약 45%만이 목표치를 달성했다. 이러한 효과는 6개월 후에도 지속됐다. 6개월 동안 혈압 목표치를 유지한 비율 역시도 복합 약물을 복용한 그룹이 약 10%p 앞섰다.

    로저스 박사는 “환자들에게 하루빨리 이를 제공하는 것이 중요하다.”라며 “지난 달 FDA(미국 식품의약국)에 이러한 결과를 제출했고, 나이지리아를 비롯한 아프리카 지역, 그리고 다른 국가에도 가능한 한 빨리 임상시험 결과를 제출할 계획”이라고 밝혔다. 또한 그는 “다음 단계는 이번에 확인한 GMRx2 복합 약물의 효능을 확대 적용해볼 수 있는 최적의 방법을 찾는 것”이라고 덧붙였다.

     

    ‘약물 부담 완화’라는 점에서 의의 있어

    고혈압 환자의 경우, 보통 두 가지 이상의 약을 먹는 경우가 흔하다. 이는 약물 부담 문제를 야기할 우려가 있을 수밖에 없다. 고혈압 증상이 있는 경우 보통 다른 증상도 함께 앓고 있는 경우가 많기 때문에, 환자는 여러 모로 약물 복용에 부담을 느낄 수밖에 없다.

    만약 환자들이 기존 복용하던 2~3가지 약물 대신 하나의 약물로만 치료를 받을 수 있다면, 복용 편의성 및 효과를 높이고 많은 양의 약물을 지속적으로 복용해야 하다는 부담감이 완화될 수 있을 것이다. 

    현재까지 알려진 실험 결과는 미국 FDA에 제출돼 승인을 기다리고 있는 상태다. FDA 승인을 통과한다면 앞으로 어떤 임상 연구가 추가로 제시될지에 따라 우리나라 식품의약품안전처에서도 국내 도입을 검토할 가능성이 있지 않을까 예상해본다.

  • 편도 및 아데노이드 절제, 한 번 더 신중하게 생각하세요

    편도 및 아데노이드 절제, 한 번 더 신중하게 생각하세요

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    편도 절제술은 편도염이나 인후염 등이 자주 발생하는 등의 이유로 흔히 행해지던 수술이었다. 일상생활에 큰 영향을 주지 않고, 오히려 잦은 염증을 예방할 수 있다는 인식이 있었다. 하지만 앞으로는 편도 절제술을 결정하기 전 ‘면역력 변화’까지도 고려해야 할 것으로 보인다.

     

    감염의 첫 지점, 편도와 아데노이드

    편도(Tonsil)는 아데노이드(Adenoids)와 함께 인체 상기도에 존재하는 임파선 조직이다. 이들은 바이러스가 인체에 감염될 때 처음으로 타겟이 되는 조직으로, 감염이 자주 발생하는 경향이 있다. 또, 크기가 커질 경우 상기도를 좁혀 수면 장애를 일으키는 원인으로도 꼽힌다. 편도 및 아데노이드 절제술이 종종 시행되는 이유다.

    그러나 편도와 아데노이드의 조직학적 형태가, 백신 접종 후 ‘기억 면역 세포(memory T and B cells)’가 만들어지는 임파선과 유사하다는 점 때문에, 이들을 제거 대상이 아닌 ‘면역기관’으로 이해할 필요가 제기돼 왔다.

     

    제거 대상이 아닌 ‘면역기관’으로서의 역할

    최근 코로나19 감염 후 편도와 아데노이드를 통해 감염 중증도가 약해질 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 2022년 미국 라호야 면역연구소에서는 ‘성인의 편도와 아데노이드에서 활성화되는 기억 면역 세포’에 대해 연구를 진행했다.

    그 결과, 편도와 아데노이드에서 선천성 면역인자들이 활성화되고, 백신 접종 후 기억 면역 세포 등 후천성 면역 세포들이 활성화된다는 점을 확인했다. 또한, 백신 접종 후 아데노이드에 기억 면역 세포가 1년 이상 존재하며, 혈액보다도 면역 기능이 오래 유지된다는 사실을 규명했다. 이 내용은 국제 학술지 「Nature」 온라인판에 게재된 바 있다.

    서울대학교병원 이비인후과 김현직 교수는 이 연구에 공동연구자로서 참여했다. 김현직 교수는 코로나19 감염 환자 또는 백신을 맞은 사람들의 편도와 아데노이드가 우리 몸에서 ‘호흡기 바이러스에 저항하는 중요한 면역기관’임을 강조했다.

     

    아데노이드의 면역기능 확인을 위한 추가 연구

    여기에 이어 아데노이드에서의 면역 반응이 코로나19 경과에 어떤 영향을 미치는지를 규명한 연구가 진행됐다.

    김현직 교수는 감염내과 박완범 교수와 함께 2022년 5월부터 2023년 1월까지 오미크론 변이가 유행했던 시기의 코로나19 환자들을 분석했다. 오미크론 감염 환자들의 아데노이드에서 나타나는 면역 반응을 통해, 코로나19 임상 결과와의 연관성을 규명하고자 한 것이다.

    연구팀은 코로나19 경증 환자 그룹과 중증 환자 그룹, 그리고 건강한 대조군으로부터 아데노이드가 위치한 비인두 부위의 조직 샘플을 채취했다. 그런 다음 비인두에서 ‘인터페론(Interferon)’과 ‘인터페론 자극 유전자(ISGs)’의 발현이 환자의 예후에 어떤 영향을 미치는지를 분석했다. 

    인터페론은 척추동물의 면역 세포에서 만들어지는 단백질로, 선천 면역 반응의 핵심요소다. 즉, 인터페론이 얼마나 발현되는지, 이후 얼마나 오래 지속되는지에 따라 질병 경과 및 초기 치료가 달라질 수 있다.

     

    아데노이드 면역작용, 질병 심각도에 영향 미쳐

    분석 결과, 코로나19 경증 환자의 아데노이드에서는 인터페론 발현이 증가해, 질병 경과가 좋아지는 것과 연관이 있음을 확인했다. 인터페론 반응이 강할수록 바이러스 확산이 억제돼, 짧은 시간 안에 환자가 회복된 것이다.

    반면, 코로나19 중증 환자의 경우, 아데노이드에서 인터페론 반응이 나타나긴 했지만, 그 발현 수준이 경증 환자에 비해 낮게 나타났다. 이는 면역 반응의 강도와 타이밍에 따라 질병 심각도, 중증도에 영향을 미친다는 것을 의미한다.

    또한, 코로나19 환자의 아데노이드에서 활성화된 대식세포(M1)와 수지상세포(DCs), 그리고 CD4+ 기억 T세포가 인터페론 활성화에 주된 역할을 한다는 것을 확인했다.

     

    면역기관으로서 아데노이드의 중요성 확인

    이번 연구는 아데노이드에서의 인터페론 활성화가 코로나19의 경과에 어떤 영향을 미치는지를 체계적으로 분석했다는 데 의의가 있다. 아데노이드에서의 선천성 면역 반응 및 기억 면역 세포 활성화가 질환이 심각한 수준으로 진행되는 것을 막는데 중요한 역할을 할 수 있다는 것이다.

    김현직 교수는 “이번 연구는 코로나19 감염 억제를 위해 상기도에 전달할 새로운 백신 및 치료제 개발에 중요한 근거가 될 것”이라며 “편도와 아데노이드를 절제한 경우, 상대적으로 코로나19가 중증으로 진행될 가능성이 높다”라고 말했다. 편도 및 아데노이드 절제 수술이 필요하다고 판단되는 경우에도 보다 신중하게 결정해야 한다는 것이 김현직 교수의 말이다.

    이번 연구 결과는 국제 학술지 「세포 및 분자 생명과학(Cellular and Molecular Life Science)」 온라인 최신호에 게재됐다.

    서울대병원 이비인후과 김현직 교수 / 출처 : 서울대학교병원
    서울대병원 이비인후과 김현직 교수 / 출처 : 서울대학교병원

     

  • ‘추억의 장소’는 어떻게 더 오래 기억에 남을까

    ‘추억의 장소’는 어떻게 더 오래 기억에 남을까

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    우리는 종종 특별한 기억이 남아있는 장소를 오랫동안 잊지 않는 경향이 있다. 어떤 곳은 이름만 들어도 그 주변부터 세세한 요소까지 떠올릴 수 있는 경우도 있고, 또 어떤 곳은 평소 잊고 살다가도 그 장소 또는 근처에 가면 기억이 떠오르기도 한다. 그런가 하면 어떤 장소는 최근에 다녀오고도 까맣게 잊어버리는 경우도 있다.

    기억에 남는 장소는 대개 ‘추억’ 내지는 ‘깊은 인상’으로 인한 것이다. 깊게 보면 감정을 자극하는 사건이 있었던 장소부터, 가볍게 보면 꼭 기억해뒀다가 다시 오고 싶은 맛집이 그 예라 할 수 있다. 

    어떤 장소에 대한 기억이 오랫동안 남는 것은, 마치 그 장소와 그에 관련된 기억을 한데 묶어 ‘가치(value)’를 부여하는 것과 같다. 다른 사람에게는 그냥 ‘장소 A’일 수 있는 것이, 나에게는 그렇지 않을 수 있다는 것이다. 뇌는 이것을 어떻게 구분하여 기억하는 것일까? 

     

    우리 뇌는 어떤 원리로 ‘장소’를 기억할까?

    우리 뇌에서 공간 기억에 관여하는 주요 영역은 ‘해마(hippocampus)’다. 해마는 새로운 장소를 기억해야 할 때 활성화되며, 그 특징을 인코딩해 정보를 처리하고 저장하는 역할을 한다. 이때 각 장소에는 ‘장소 세포(place cells)’가 배정돼 해당 위치나 공간에 대한 기억을 저장한다. 장소를 기억하기 위한 색감이나 형태, 소리나 냄새 등 감각 정보는 물론, 그 장소에 도달하기 위한 경로도 마찬가지다.

    위치 기억을 비롯한 뇌의 공간 인식에 있어 ‘장소 세포’가 중요하다는 사실은 2014년 심리학자이자 신경과학자인 존 오키프 박사에 의해 규명됐다. 그는 이 공로로 노벨상을 수상한 바 있다. 또한, 기억에 단기 저장된 것들은 잠을 자는 동안 재활성화를 거치며 공고하게 다져진다는 것 역시 과학적으로 알려진 사실이다.

    하지만 어떤 장소에 대한 정보가 장기 기억으로 넘어간 뒤에는 어떤 원리로 다시 떠오르는 것일까? 이는 ‘그 장소가 얼마나 가치가 있는지’, ‘어떤 기억과 연관돼 있는지’, ‘어떤 단서를 매개로 하고 있는지’ 등에 대한 정보가 함께 저장됐다가 다시 인출되는 것이라고 봐야한다. 이 과정에 뇌의 여러 영역이 관여한다는 연구는 여럿 있었지만, 정확한 원리는 완전히 밝혀지지 않았던 영역이다.

     

    해마 중간 부분, ‘기억할 만한 장소’에 집중

    서울대학교 뇌인지과학과 이인아 교수 연구팀은 쥐에게 ‘서로 다른 가치를 가진 장소’를 학습하도록 한 다음, 해마의 장소 세포가 어떤 양상을 보이는지를 측정했다. 그 결과, 쥐가 잠을 자거나 멍하니 있는 동안 해마 중간 부분에 존재하는 장소 세포들이 ‘가치가 높은 장소’에 대한 기억을 선택적으로 재생한다는 것을 밝혔다.

    그동안 해마에 관한 연구는 비교적 관측이 용이한 ‘배측(dorsal) 해마’에만 집중된 경향이 있었다. 해마의 모든 하위 영역이 비슷한 기능을 할 거라고 가정했기 때문이다. 그러나 이번 연구에서는 해마 중간 영역과 배측 영역을 함께 관측 대상으로 삼았다.

    이인아 교수 연구팀은 해마 중간 부분이 ‘특정 장소에 대해서만 활동하는 장소 세포’를 가지고 있으며, 이 과정에서 편도체로부터 ‘그 장소가 어느 정도의 가치를 갖고 있는지’에 대한 정보를 받아들인다는 사실에 주목했다. 즉, 어떤 장소를 오랫동안 기억하는데는 그만한 이유(가치)가 있기 때문이라는 이야기다.

    이를 토대로 연구팀은 해마 중간 영역의 장소 세포가 ‘해당 공간(장소)의 가치’를 구체적으로 나타낼 것이라는 가설을 세웠다. 이에 따라 쥐로 하여금 가치 기반 미로학습 과제를 수행하게 한 다음, 고밀도 전기생리학을 이용해 해마 배측과 중간 부분의 신경세포들이 각각 어떻게 활동하는지를 동시 기록해 비교했다.

    연구 결과, 쥐가 미로학습 과제를 수행하는 동안 해마 중간 부분에서 ‘가치가 높은 장소’와 ‘가치가 낮은 장소’를 나타내는 서로 다른 장소 세포를 발견했다. 뇌파와 함께 이들의 세포 활동을 측정한 결과, ‘가치가 높은 장소’를 나타내는 장소 세포가 훨씬 더 많이 재활성화된다는 것을 발견했다. 반면, 배측 해마에서도 장소 세포의 재활성화가 일어났지만, 이는 장소의 가치가 높은지 낮은지와는 무관하게 나타났다.

    잠을 자거나 무의식 상태일 때, '맛있는 음식이 있는 장소'가 더 자주 재생된다 / 출처 : 서울대학교 보도자료
    잠을 자거나 무의식 상태일 때, '맛있는 음식이 있는 장소'가 더 자주 재생된다 / 출처 : 서울대학교 보도자료

     

    잠자는 동안 더욱 확고해지는 기억

    연구팀은 미로학습 과제를 수행한 후 잠을 자는 동안, 장소 세포가 어떻게 활동하는지도 살펴보았다. 수면 중 나타나는 해마의 리플(ripple) 구간은 주로 느린 뇌파로 구성되며, 기억의 통합 및 재생에 관여한다. 또한, 빠른 신경 활동이 나타나 학습한 정보를 강화하는 작용도 한다.

    이 리플 구간 동안 ‘가치가 높은 장소’를 나타내는 장소 세포는 보다 자주 재활성화되는 모습을 보였다. 즉, 기억할만한 이유가 있는 장소는 더 자주 재생되며 확고하게 기억에 남는 것이다.

    연구팀은 잠자는 동안 재활성화 횟수가 많을수록, 그 다음날 쥐의 미로학습 과제 수행 속도가 빨라지는 것을 확인했다. 가치가 있다고 판단된 장소를 보다 확고하게 기억함으로써, 해당 장소의 가치 정보가 ‘응고화(consolidation)’된 것이다. 기억의 응고화 과정은 단순히 정보를 저장하는 것 이상의 의미를 가진다. 해당 정보의 의미와 가치를 강화하여 ‘장기 기억’으로 전이하는 데 중요한 역할을 하기 때문이다.

     

    퇴행성 뇌질환부터 인공지능 발전까지 기여

    이인아 교수는 “이번 연구는 해마 연구 이론이 배측 해마 연구에 치우쳐 있다는 것에 대한 돌파구로서 학술적 의의가 있다”라고 밝혔다. 또한, “학습 후 충분한 수면을 취하거나 학습 내용을 고찰(reflection)하는 것이 왜 중요한지에 대해 뇌과학적 기전을 밝혔다는 데 의미가 있다”라고 이야기했다. 

    이는 알츠하이머 치매 등 퇴행성 뇌질환으로 인한 해마의 기능 이상에 대해 해결책을 마련할 수 있는 뇌과학 원리를 제공해줄 것이라 기대할 수 있다. 특히 정기적인 수면을 비롯해, 미로학습 과제와 같이 뇌를 자극하는 활동이 구체적으로 어떻게 영향을 줄 수 있는지를 입증할 수 있는 토대가 될 것이다.

    이번 연구 논문의 제1저자인 진승우 박사는 “뇌에서 가치  정보가 학습과 기억을 탄력적으로 조절하는 과정을 이해하고, 이를 차세대 인공지능에 접목시킴으로써 뇌 신경망과 더욱 유사한 인공지능 개발에 원천 기술을 제공할 수 있을 것”이라고 말했다. 본 연구결과는 글로벌 SCI 저널인 「Science Advances」(IF=11.7)에 게재됐다.

  • 이명 증상, 인공지능 활용한 신뢰도 높은 진단 가능

    이명 증상, 인공지능 활용한 신뢰도 높은 진단 가능

    ‘이명’은 외부에서 들리는 소리가 없음에도 불구하고 소리가 들린다고 느끼는 증상을 말한다. 고령화에 따른 대표적 질환 중 하나로, 전 세계적으로 성인 인구의 약 10~15%가 이명을 경험한다는 연구 결과가 있다. 

    질병관리청 자료에 따르면 2010~2011년 국민건강영양조사에서 20세 이상 1만여 명 중 21.4%가 이명을 경험했다는 보고가 있다. 건강보험심사평가원 통계에 따르면 2023년 이명 증상으로 진료 받은 환자 수는 약 36만 명이었다.

     

    이명의 원인

    이명은 개인의 주관적 경험에 기반하는 ‘자각적 이명’과 다른 사람도 객관적으로 들을 수 있는 ‘타각적 이명’으로 나뉜다. 자각적 이명은 외이도 질환이나 중이염 등으로 인한 청력 감소로 발생하거나, 달팽이관 손상으로 인해 발생할 수 있다. 또는 대뇌로 전달되는 청각 신호가 감소하며 나타나는 비정상적 신경반응이 이명 증상으로 나타나기도 한다.

    환자가 느끼는 소리를 다른 사람도 들을 수 있는 타각적 이명의 경우, 혈관 기형 등 혈관 이상, 턱관절 문제로 인한 체내 소리 등이 주 원인이다. 이밖에 귓속뼈나 귀인두관, 입천장을 움직이는 근육이 경련함으로써 소리가 나기도 한다.

     

    스트레스로 인한 심리 문제 유발

    이명은 그 자체가 직접적인 건강문제를 일으킨다기보다, 스트레스 등 심리적 문제를 유발해 건강에 부정적 영향을 끼치는 경우가 대부분이다. 이명이 발생하면 기본적으로 업무나 학업 등에 집중력을 떨어뜨리기 때문에 스트레스 요인이 된다.

    이외에도 수면 장애, 불안, 우울 등의 문제를 초래하거나, 이명으로 인한 불편함 때문에 사회적 교류를 기피하는 현상이 나타날 수도 있다. 고령층에서 나타나는 이명일 경우 특히 그렇다. 이명이 장기적으로 이어질 경우 청력 손실을 초래할 수 있다는 것 역시 위험요인이라 할 수 있다.

     

    기존 검사법은 주관적 경험 비중 높아

    이명은 환자의 주관적 보고, 즉 문진을 비롯해, 고막 검사, 청력 검사, 고막운동성 검사, 이명도 검사 등 객관적 검사를 종합해 진단한다. 드물지만 이명 환자에게서 뇌종양이 발견되는 경우가 있기 때문에, 필요한 경우 뇌간유발반응 검사를 실시하기도 한다.

    증상 자체가 개인의 경험 및 그 정도에 크게 의존하는 경향이 있기 때문에, 환자가 느끼는 소리의 특성이나 강도, 지속 시간 등을 기반으로 진단을 하게 된다. 객관적 검사법을 통한 진단 역시 중요하게 다뤄지지만, 전체적으로 보면 환자의 주관적 경험이 차지하는 비중이 클 수밖에 없다.

     

    보다 객관적·정량적인 검사법 개발

    충남대학교병원 의료기기융합연구센터 구윤서 교수 연구팀은 서울대학교병원 이비인후과 서명환 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 ‘객관적 이명 진단법’을 개발해 발표했다. 

    연구팀은 ‘펄스전 간격’ 형태의 소리 자극을 가했을 때, 이명이 있는 경우와 없는 경우는 서로 다른 ‘청성유발반응’을 보일 것이라는 가설을 세웠다. 짧고 강한 소리를 일정 간격을 두고 반복했을 때, 이명 증상이 있는 환자는 뇌의 반응이 다르게 나타날 거라 예상한 것이다. 

    이러한 가설을 토대로 연구팀은 소리 자극 및 대뇌청각피질의 청성유발반응과 함께 ‘자발뇌파’를 측정할 수 있는 시스템을 개발했다. 소리가 들렸을 때의 뇌 반응과 뇌가 스스로 발생시키는 전기 신호를 토대로 뇌의 활동 상태를 평가하고 이명의 발생 원인을 찾고자 한 것이다.

    연구 과정에는 인공지능 기술을 활용, 진단의 정확성을 높이고자 했다. 또한, 이명 유무를 예측하는 과정에서 측정한 사항들에 대해 설명할 수 있는 해석 모델도 개발했다. 이를 토대로 약 90% 정확도로 이명을 진단할 수 있었으며, 해석 모델을 통해 개인 맞춤형 분석 및 이명 위험도를 제시할 수 있었다.

     

    개인 맞춤형 분석 및 치료 접근 가능

    이번 연구는 보다 객관적인 이명 진단법의 가능성을 제시했다는 점에서 의의가 있다. 뇌의 반응을 측정하고 인공지능이 이를 해석하도록 하는 기법을 토대로, 기존 진단법 대비 신뢰도 높은 이명 진단이 가능하게 된 것이다.

    또한, 인공지능 기반 해석 모델을 통해 개인별 소리 자극에 대한 뇌 활동 상태를 분석하고, 이에 따른 이명 위험도를 보다 세밀하게 분석할 수 있다. 각 환자에 대한 개인 맞춤형 치료법을 제시할 수 있는 가능성이 열린 것이다.

    구윤서 교수는 “이명의 객관적 진단을 가능케 하는 중요한 첫걸음”이라고 말하며, “이후 대규모 확증 임상시험을 통해 기술이 고도화되면, 많은 환자들이 보다 정확한 진단 및 치료·관리를 받을 수 있을 것”이라고 말했다.

    이번 연구결과는 컴퓨터 과학 및 의공학 분야 학술지인 「Computer Methods and Programs in Biomedicine」(IF=4.9)에 게재됐다.

     

    <본 기사는 충남대학교병원에서 2024년 9월 3일 작성하여 공공누리 제2유형으로 개방한 보도자료를 활용해 작성되었습니다.>

  • 눈꺼풀에 생긴 종양, 레이저로 즉석 제거 가능

    눈꺼풀에 생긴 종양, 레이저로 즉석 제거 가능

    ※ 사진은 본문 내용과 직접적인 관련이 없음
    ※ 사진은 본문 내용과 직접적인 관련이 없음

    건국대학교병원 안과 신현진 교수가 레이저를 이용해 눈꺼풀에 생긴 종양을 제거하는 방법을 논문 발표했다. 

    기존에는 눈꺼풀에 종양이 생길 경우, 칼로 조직을 절개해 종양을 제거한 다음, 다시 실로 봉합하는 방식을 써왔다. 이는 수술 방식이기 때문에 부담감과 불편함이 따랐고, 회복시간이 다소 걸리는 데다가 봉합 후 흉터가 남는다는 단점이 있었다.

    신현진 교수가 발표한 레이저 시술은 수술실이 아닌 안과 외래 환경에서 아르곤 레이저(Argon Laser)를 이용해 제거하는 방식이다. 약 3분 정도면 가능한 데다가, 종양만 세밀하게 제거할 수 있어 주변 조직 손상도 최소화된다.

    신현진 교수가 발표한 ‘레이저 눈꺼풀 종양 제거술’은 보라색 마킹펜으로 눈꺼풀 종양을 염색한 다음, 레이저를 사용해 종양을 제거하는 방법이다. 수술 부담감 없이 짧은 시간 안에 가능한 시술이며, 통증도 최소화된 시술법이다.

    아르곤 레이저는 의료 분야에서 사용되는 가시광선 레이저 중 하나로, 488nm의 파란색 파장 또는 514nm 청록색 파장에서 작동한다. 혈관이나 멜라닌 색소 등에서 잘 흡수돼 피부과 및 안과에서 사용된다. 신현진 교수는 “보라색 마킹펜으로 종양 표면을 칠한 후, 낮은 에너지의 레이저로 해당 부위를 조사하는 방법”이라고 밝혔다.

    즉, 마킹펜을 사용해 종양 표면을 보라색으로 염색한 다음 저출력의 레이저를 쏘면, 염색된 종양은 보다 높은 에너지 흡수율을 보여 안전하게 시술이 가능하다는 것이다. “통증은 최소화하고 안전하고 빠르게 큰 종괴도 제거할 수 있다.”라는 것이 신 교수의 설명이다.

    한편, 이 시술법은 양성 종양에만 적용 가능하다. 양성 종양은 일반적으로 주변 조직을 침범하지 않고 전이 가능성이 낮기 때문이다. 악성 눈꺼풀 종양의 경우, 주변 정상조직으로의 침습이나 전이 가능성이 있다. 또한, 재발이나 악화 가능성이 있어 외과적 절제술 등 보다 포괄적인 치료가 필요할 가능성이 높다. 따라서 이 경우는 레이저 시술로 제거하는 대신 안과 전문의와의 상의가 필요하다.

  • 협심증-심방세동 동시 발생, 최적의 약물치료법 찾았다

    협심증-심방세동 동시 발생, 최적의 약물치료법 찾았다

    ‘협심증’이나 ‘심근경색’은 심장에 혈액을 공급하는 관상동맥에 문제가 생기는 질환이다. 전 세계 사망원인 1위로 거론될 만큼 흔하면서 생명과 직결되는 위험한 질환이기도 하다. 또한, 심장박동이 불규칙해지는 ‘심방세동’은 부정맥 중 가장 유병률이 높은 질환이다. 

    관상동맥 질환과 심방세동은 동시에 나타나기도 한다. 서울아산병원 자료에 따르면 통상 관상동맥 질환 환자 10명 중 1명이 심방세동을 함께 앓고 있는 것으로 알려졌으며, 그런 환자 수가 점점 증가하는 추세다. 

    두 질환은 서로 다른 방식으로 치료하는 것이 일반적이었다. 하지만 두 질환이 동시에 나타날 경우 사용하는 치료제 간의 상호작용 등으로 인한 부작용 위험이 크다고 알려져 치료의 최적화가 필요한 상황이었다.

    서울아산병원 심장내과 남기병, 박덕우, 조민수, 강도윤 교수팀은 이에 대해 심방세동 치료제만 복용하게 함으로써 보다 안전성이 높은 결과를 얻었다고 발표했다.

     

    관상동맥 질환과 심방세동

    관상동맥이 좁아지거나 막힘으로써 혈액을 공급받지 못한 심장 근육이 손상돼, 심장이 제 기능을 하지 못하는 것이 관상동맥 질환의 기본적인 현상이다. 또한, 심장을 움직이게 하는 전기 신호에 이상이 발생해 비정상적인 수축이 발생할 수 있는데 이것이 심방세동이다. 관상동맥 질환과 심방세동이 동시에 나타날 수 있는 메커니즘이다.

    이밖에도 관상동맥 질환이 발생함으로써 체내 염증과 스트레스 호르몬이 증가할 수 있으며, 심장 근육이 비대해지거나 경직됨으로써 심장의 구조적 변화를 일으킬 수 있다. 이런 것들 또한 관상동맥 질환과 심방세동이 동시에 나타날 수 있게 하는 원인이다.

     

    출혈 위험성 높이는 복합치료법

    일반적으로 관상동맥 질환은 ‘항혈소판제’를 사용해 치료한다. 혈소판의 응집을 억제함으로써 혈전의 형성을 줄이는 원리로, 주로 동맥에서 발생하는 혈전 예방에 쓰인다. 관상동맥이 좁아지면 혈소판 응집 가능성이 높아져 혈류 공급에 문제가 생기게 되므로 항혈소판제를 써서 이를 예방하는 것이다.

    한편 심방세동은 주로 ‘항응고제’를 사용한다. 혈액이 굳는 과정에 작용해 혈전이 생기는 것을 막는 원리로, 정맥에서 발생하는 혈전 예방에 효과적이다. 심방세동은 전기적 신호 이상으로 혈액 흐름이 불규칙해지는 현상을 유발한다. 이로 인해 혈액에 정체가 발생하면 쉽게 혈전이 생길 수 있으므로, 이를 고려해 항응고제를 쓰는 것이다.

    두 가지 치료제는 서로 다른 방식으로 작용하지만, ‘혈전 형성을 예방’한다는 점에서는 같다. 하지만 이 둘을 동시에 사용할 경우 지혈 작용이 크게 감소하기 때문에 출혈 발생 시 위험이 커질 수 있다.

    관상동맥 질환과 심방세동 중 한 가지만 있을 경우는 비교적 안전한 치료가 가능하다. 하지만 두 가지 질환을 동시에 앓는 경우는 복합적인 관점에서의 치료 접근이 필요하다.

     

    심방세동 치료제만 복용해도 효과

    항혈소판제와 항응고제는 서로 다른 기전으로 작용하지만, 결과적으로 모두 혈액을 ‘묽게’ 만든다. 때문에 두 가지를 함께 복용할 경우 부작용 위험이 커진다고 알려져 있었다. 

    서울아산병원 심장내과 연구팀은 관상동맥 질환과 심방세동이 함께 나타난 환자 1,040명을 그룹으로 나누어, 한 그룹(복합치료 집단)은 항혈소판제와 항응고제를 모두 복용하게 하고, 다른 한 그룹(단독치료 집단)은 심방세동 치료제인 항응고제만 복용하도록 했다.

    1년 동안의 치료효과를 분석한 결과, 심방세동 치료제만 복용한 단독치료 집단에서 사망, 뇌졸중, 심근경색, 출혈 등의 문제가 약 56% 낮게 나타났다. 보다 안전성이 높은 결과를 낸 것이다. 이를 바탕으로 남기병 심장내과 교수는 “이번 연구를 통해 약물치료지침을 최적화해 환자들의 예후가 개선될 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.

    연구팀은 이번 결과를 토대로 지난 1일(일) 영국 런던에서 열린 ‘유럽심장학회 연례학술대회(ESC Congress 2024)’의 메인 세션 발표를 진행했다. 

    또한, 연구 결과를 토대로 높은 권위를 인정받는 임상 논문 저널 NEJM(New England Journal of Medicine, IF=96.2)에 논문을 게재했다. 이는 서울아산병원에서 9번째로 게재하는 것으로, 국내는 물론 아시아에서도 손에 꼽는 수준의 의학적·학술적 성과다.

    9월 1일(일) 영국 런던에서 열린 유럽심장학회에서 발표 중인 남기병 교수 / 출처 : 서울아산병원
    9월 1일(일) 영국 런던에서 열린 유럽심장학회에서 발표 중인 남기병 교수 / 출처 : 서울아산병원
    (왼쪽부터) 서울아산병원 심장내과 남기병, 박덕우, 조민수, 강도윤 교수 / 출처 : 서울아산병원
    (왼쪽부터) 서울아산병원 심장내과 남기병, 박덕우, 조민수, 강도윤 교수 / 출처 : 서울아산병원

     

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