[카테고리:] HL트렌드

국내 연구진이 대상포진 백신 접종으로 8년간 심혈관 질환 위험을 23% 가량 낮출 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 이 내용은 <유럽 심장 저널(European Heart Journal)>에 게재됐다.

 

대상포진 백신과 심혈관 질환 위험

경희대학교 의과대학 연동건 교수팀은 국내 거주 중인 50세 이상 약 128만 명을 대상으로 연구를 실시했다. 연동건 교수는 “대상포진이 심장 질환 위험도 높이는 것으로 알려져 있어, 백신 접종을 통해 위험을 낮출 수 있는지를 알아보고자 했다”라고 연구 계기를 밝혔다.

연구팀은 2012년부터 대상포진 백신 접종 여부에 관한 데이터를 수집했다. 그런 다음 이를 바탕으로 심혈관계 건강 데이터, 연령, 성별, 경제적 수준, 생활습관 등 건강에 직·간접적으로 영향을 미칠 수 있는 다른 요인들과 결합해 분석했다.

연구 결과, 대상포진 백신 접종자의 경우 전반적인 심혈관 질환 발생 위험이 23% 가량 낮은 것으로 나타났다. 이는 뇌졸중, 심부전, 관상동맥 질환 등 다양한 심혈관계 질환을 모두 포함한 결과다. 

뇌졸중과 심장마비로만 데이터를 산출한 결과, 대상포진 백신 접종 시 발병 위험이 26% 더 낮았다. 심부전은 26%, 관상동맥 질환은 22% 더 낮은 위험도를 보였다. 한편, 대상포진 백신 접종 시점으로부터 2~3년까지가 가장 강한 보호 효과를 보였으며, 최대 8년까지 보호 효과가 지속된다는 점을 확인했다.

연동건 교수는 “심혈관 질환 위험 요인이 없는 사람일지라도, 대상포진 백신 접종을 통해 심장질환 위험을 낮추는 데 도움이 될 수 있을 것”이라고 이야기했다. 

 

대상포진 예방으로 혈관 건강 지켜

대상포진 백신 접종이 심혈관계 질환 예방에 도움이 되는 메커니즘은 무엇일까? 여기에는 여러 이유가 있다. 대상포진이 발병할 경우, 몸에서는 바이러스에 대응하기 위해 강한 염증 반응을 일으킨다. 기본적으로 대상포진은 신경계를 따라 발진과 통증을 유발하는 것이 주된 증상이지만, 이밖에도 전신에 영향을 미칠 수 있다.

특히 염증 반응은 혈관 건강에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 대상포진으로 인한 염증이 혈관 내피세포를 손상시킬 수 있으며, 이로 인해 혈관 탄력이 떨어지고 손상이 발생할 수 있다. 이로 인해 혈전이 더 쉽게 생기도록 만드는데, 이들은 심혈관 질환을 유발하는 주요 요인으로 꼽힌다. 

즉, 대상포진을 예방함으로써 이러한 위험을 원천적으로 낮출 수 있는 것이다. 알려진 바에 따르면 백신 접종으로 약 90%의 예방 효과를 얻을 수 있다. 연구팀에 따르면 나이가 젊을수록 면역 반응이 좋아져 효과가 더 크게 나타났으며, 남성에게서 효과가 더 큰 것으로 나타났다.

연동건 교수는 이번 연구에서 기준으로 삼은 것이 ‘대상포진 생백신’이라는 점을 짚었다. 최근 트렌드에서 재조합 백신을 사용하는 경우가 많은 만큼, 재조합 백신을 접종했을 때도 심혈관 질환 감소에 유의미한 효과가 있는지를 연구한다는 계획이다.

한편, 지난 4월 미국 스탠포드 의과대학에서 발표한 연구에서는 대상포진 백신 접종을 통해 치매 예방에도 도움이 될 수 있다는 연구 결과가 제기된 바 있다. 대상포진이 기본적으로 신경계에 영향을 미치는 질병이므로, 치매 발생 위험과 무관하지 않다는 결론을 내린 연구다. 이에 대해서는 현재 추가 연구를 추진 중인 것으로 알려졌다.

 

경희대학교한방병원 중풍뇌질환센터 연구팀(문상관·정우상·권승원·이한결 교수)은 한약제제 '거풍청혈단'이 동맥경직도 감소에 효과가 있다는 연구 결과를 대한한의학회지 2025년 3월호에 발표했다.

연구팀은 2019년부터 2023년 6월까지, 외래 진료를 받은 환자 중 조건에 맞는 13명을 대상으로 거풍청혈단 복용 전후 심장-발목혈관지수(Cardio-Ankle Vascular Index, CAVI) 데이터를 비교 분석했다. 심장-발목혈관지수(CAVI)는 양 발목 동맥의 맥파를 측정해 혈관의 상태와 혈액 순환 정도를 평가하는 지표로 심혈관 질환의 위험 예측에 활용된다.

연구 대상자는 △하루 2회, 1개월 이상 거풍청혈단(거풍단+청혈단) 복용 △심장-발목혈관지수 1회 이상 측정 △복용 전 측정값이 양측 중 하나라도 8.0 이상인 경우로 한정했다.

분석 결과, 거풍청혈단 복용 전에 비해 복용 1달 후의 심장-발목혈관지수 평균값이 유의미하게 감소했다. 좌측(발목) 값은 9.72에서 8.9으로 0.82 감소했으며, 우측(발목) 값은 9.87에서 9.14로 0.73 감소했다. 이는 거풍청혈단 복용이 동맥의 경직도를 낮추고 혈관 탄력성을 개선하는데 기여했다고 볼 수 있다.

제1저자인 문상관 교수는 “거풍청혈단은 뇌 혈류 개선과 뇌신경 보호에 효과가 입증된 약제로 동맥경화증 환자에서도 혈관 탄력 개선에 유효할 것이라 추론하고 연구를 진행했다”며 “초고령사회 진입으로 증가하고 있는 고령 환자에서 거풍청혈단이 동맥경직도를 개선하고 혈관노화를 억제해 심혈관 질환 예방과 뇌졸중 관리에 효과적인 한의학적 대안이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

미국 존스홉킨스 대학병원의 월머 안(眼) 연구소(이하 월머 연구소)에서 저혈당으로 인해 혈액-망막 장벽(Blood-Retinal Barrier, BRB) 손상이 가속화될 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 이는 지난 4월 30일 <Science Translational Medicine>에 발표된 연구 결과로, 저혈당과 눈 건강 사이의 연관성을 보여주고 있다.

 

혈액-뇌 장벽과 혈액-망막 장벽

BRB는 혈액을 통해 몸 속을 순환하는 여러 물질로부터 망막을 보호하기 위한 시스템이다. 망막 안팎의 영양소, 노폐물, 수분 등의 흐름을 조절하는 중요한 경계선 역할을 하며, 독소나 병원균, 염증 유발 물질과 같은 해로운 물질 및 크기가 큰 분자의 유입을 차단하는 방어선 역할도 한다.

BRB의 구조는 쉽게 말해 ‘망막 혈관 내피세포들의 촘촘한 결합’이다. 세포들끼리 단단하게 결합돼 그 사이 공간이 매우 작아지기 때문에, 그보다 크기가 큰 분자들은 쉽게 통과할 수 없게 되는 원리다.

BRB는 익히 듣곤 하는 ‘혈액-뇌 장벽(Blood-Brain Barrier, BBB)’과 이름이 비슷하다. 실제로 두 시스템은 구조와 기능도 유사하다. 앞서 설명했듯, BRB는 ‘내피세포의 촘촘한 연결’로 이루어져 있다. 이 부분은 BBB의 구조와 유사하다. 뇌와 망막 모두 중요하고 민감한 신경조직이기 때문에, 혈액 속 물질을 선택적으로 차단함으로써 통제된 내부 환경을 유지하기 위함이다.

 

저혈당으로 망막 장벽 손상

월머 연구소 연구팀은 이번 발표한 연구를 통해 저혈당과 눈 건강 사이의 연관성을 입증했다. 저혈당으로 인해 BRB가 손상될 수 있는 메커니즘을 밝혀낸 것이다. 

연구팀이 확인한 바에 따르면, 저혈당 상태에 있을 때 망막의 특정 세포에는 ‘저산소 유도 인자(Hypoxia-Inducible Factor, HIF)’라는 단백질이 축적된다. HIF는 기존에 당뇨병성 망막증을 비롯한 안과 질환과 관련이 있는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 당뇨병이 있는 쥐 모델과 건강한 쥐 모델에 저혈당 상태를 유도한 다음, 일정 기간을 두고 HIF가 어떤 역할을 하는지를 살폈다. 실험 결과, 당뇨병이 있는 쥐의 경우 HIF 수치가 매우 높아 BRB 파괴를 촉진했다. 반면, 당뇨병이 없는 쥐는 저혈당 상태가 되더라도 HIF 수치가 그다지 높지 않게 나왔다.

연구팀은 저혈당으로 인한 HIF 단백질 축적을 억제할 수 있는지를 확인하기 위한 추가 연구를 진행했다. 먼저 당뇨병이 있는 쥐들 중 일부에게, 실험용 약물 32-134D를 사전에 투여했다. 그런 다음 저혈당 상태를 유도하자, 약물 투여 없이 저혈당을 유도한 것과 달리 HIF 수치가 낮아지는 결과를 보였다. 즉, BRB 파괴를 촉진하는 효과가 나타나지 않은 것이다.

 

저혈당과 눈 건강의 연관성

당뇨병으로 인해 눈 건강에 영향을 미칠 수 있다는 점은 이미 알려진 사실이다. 고혈당 상태가 지속될 경우, 눈과 연결된 미세혈관에 손상이 발생해 당뇨병성 망막증과 같은 질환을 유발할 수 있다. 시력 저하를 넘어 실명으로까지 이어질 수 있는 질환이다.

한편, 월머 연구소가 내놓은 이번 연구는 고혈당으로 인한 눈 건강 악화에 이어 저혈당과 눈 건강의 관련성을 밝혀낸 사례다. 당뇨병이 발생하면 기본적으로 엄격한 혈당 조절이 필요하다. 그런데 연구팀에 따르면 엄격한 혈당 조절을 처음 시작한 환자 또는 혈당 수치의 변동성이 높은 환자에게서 종종 당뇨병성 안과 질환이 악화되는 현상이 나타난다.

연구팀은 이번 연구를 통해 당뇨병 관리 과정에서 눈 건강이 악화되는 이유를 설명할 수 있게 됐다는 입장이다. 또한, 저혈당으로 인한 망막 손상을 예방하고 치료할 수 있는 가능성을 제시했다는 점도 중요하다. 실험에 사용한 약물 32-134D는 보다 철저한 연구와 임상실험을 거쳐야 하지만, 가능성을 보여줬다는 점에서 큰 의의를 갖는다.

 

포스텍(POSTECH, 포항공과대학교) 연구팀이 뇌의 심혈관 조절 원리를 재현한 ‘디지털 트윈(Digital Twin)’을 개발했다. 디지털 트윈은 실제 대상을 가상 환경에서 재현하는 기술을 말한다. 이를 바탕으로 고혈압 치료의 새로운 가능성을 제시해 줄 것으로 기대된다.

 

고혈압, 조용한 살인자

고혈압은 대표적인 만성 건강 문제 중 하나다. 뚜렷하게 어떤 증상이 나타나지는 않지만, 혈관계에 지속적인 영향을 미쳐 뇌졸중이나 심혈관계 질환을 유발하는 주요 요인으로 꼽힌다. 

수많은 사람들이 고혈압으로 인해 지속적으로 약을 먹고 있으며, 그로 인한 부작용으로 삶의 질이 저하되는 문제를 겪고 있다. 무엇보다 약을 먹는 것은 일시적으로 증상을 완화시켜주는 것이다. 따라서 근본적인 고혈압 치료법이라 하기는 어렵다.

최근에는 약을 대신할 수 있는 신경자극(Neurostimulation) 기반의 고혈압 치료법이 주목을 받기도 한다. 신경 신호를 인위적으로 조절해 혈압을 낮추는 원리다. 하지만 자극을 가했을 때 혈압 변화로 이어지는 메커니즘을 정확하게 예측하기가 어려워, 정밀한 치료에는 한계가 있었다.

 

혈압 조절 기능 디지털 트윈 구현

POSTECH 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 뇌에서 혈압 조절을 담당하는 ‘고립로핵(Nucleus Tractus Solitarius, NTS)’에 주목했다. 고립로핵은 뇌의 가장 아래쪽에 있는 뇌간(Brainstem)의 연수(Medulla Oblongata)에 위치한 신경핵으로, 몸속 장기들로부터 오는 감각 정보를 수신하는 ‘관제탑’ 역할을 하는 곳이다. 

고립로핵은 다양한 기능을 담당하며, 그중 자율신경계를 조절하는 핵심 역할도 포함돼 있다. 혈압 역시 자율신경계에 의해 조절되므로 고립로핵의 통제 대상이다. 즉, 고립로핵의 신경신호를 파악할 수 있다면 고혈압 치료의 원리를 밝혀낼 수 있다는 것이다.

POSTECH 연구팀은 몸 곳곳에서 전달되는 다양한 신경 신호가 NTS에 도달하면, 몇 가지 핵심 신호로 압축되는 ‘저차원 잠재공간 변환’ 과정이 일어난다는 사실을 밝혀냈다. 예를 들어, ‘혈압이 높아요’, ‘심장이 빨리 뛰어요’, ‘혈관이 좁아졌어요’와 같은 신호가 들어오면, 이를 종합해 ‘혈압을 낮추자’와 같은 간단한 통합 명령으로 변환하는 식이다.

연구팀은 이 과정을 디지털 트윈으로 구현함으로써, 자극을 통해 변한 신경신호가 혈압에 어떤 영향을 미치는지를 예측하는 데 성공했다. 이를 바탕으로 효과적인 자극을 정밀하게 설계할 수 있게 된 것이다.

 

실제 고혈압 치료 기술 잠재력

POSTECH 연구팀이 개발한 디지털 트윈은 단순히 가상 환경에서의 재현에 그치지 않고, 실제 고혈압 치료 기술로의 적용 가능성까지 보여줬다. 연구팀은 디지털 트윈을 활용한 ‘자동 최적화 시스템’ 개발 가능성을 입증했다. 환자마다 맞춤형으로 가장 효과적인 신경자극 패턴을 찾아주는 시스템이다.

이 시스템은 센서를 통해 환자의 신체 상태를 실시간 모니터링하고, 부작용을 최소화하며 혈압을 최적화할 수 있는 신경자극을 계산해낸다. 현재 일선 병원에서 사용 중인 의료기기와도 연동할 수 있어, 실제 개발될 경우 임상 현장에서도 빠르게 적용할 수 있는 잠재력도 가지고 있다.

POSTECH IT융합공학과·기계공학과·전자전기공학과 박성민 교수는 “디지털 트윈 기반 신경자극 기술은 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)를 이용하는 고혈압 관리 방식이다”라며 “약물 의존도를 줄이고 보다 안전하고 효과적으로 관리할 수 있는 길을 연 것”이라고 이야기했다.

이번 연구는 네이처(Nature)의 파트너 저널인 <NPJ 디지털 메디슨(NPJ Digital Medicine)>에 지난 4월 23일 게재됐다.

 

국내 연구진이 손상된 연골 조직을 단일 시술로 재생할 수 있는 가능성을 제시했다. 순천향대학교 연구팀이 3D 바이오프린팅 기술을 이용해 줄기세포 기반 연골 재생 치료소재를 개발한 것이다. 

순천향대학교 의과대학 재생의학교실 이병택 교수 연구팀은 생체활성 단백질 기반 바이오잉크에 성장인자와 지방유래 줄기세포(ADSCs)를 탑재한 3D 바이오프린팅 연골 치료소재를 개발했다. 인체 내 관절 연골의 미세한 환경을 정밀하게 본떠, 생리활성과 역학적 기능을 동시에 구현했다. 이를 통해 체내에서 자가 재생을 유도하는 완전 통합형 연골 재생 치료 플랫폼으로 주목받는다.

연구팀은 연골이 손상된 토끼 모델을 활용해 전임상 실험을 진행했다. 연구팀이 개발한 지지체를 불규칙한 연골 손상 부위에 이식한 다음, 새로운 연골 조직이 재생되는 과정을 확인했다. 새롭게 만들어진 연골 조직에 대한 검증도 마쳤다. 조직 병리학적 분석, MRI 영상 분석, 나노인덴테이션 기법 등을 통해 구조적 완성도와 역학적 특성을 검증했다.

연구팀이 개발한 지지체는 퇴행성 관절염 환자를 위한 맞춤형 치료가 가능하며, 최소 침습으로 연골 재생 및 치료 가능성을 제시한다는 점에서 의의가 크다.

연구를 이끈 이병택 교수는 “이번에 개발한 지지체는 단순히 조직 회복을 보조하는 수준을 넘어, 실제로 손상된 연골 조직의 재생을 유도하는 스마트 치료 시스템”이라며, “고령화 사회의 퇴행성 관절 질환과 인체골 재생 분야에서 높은 상용화 가능성을 지닌다”라고 이야기했다.

이번 연구 결과는 바이오소재 분야 글로벌 학술지 <바이오액티브 머티리얼(Bioactive Materials, IF=18.0)>에 게재됐다. 연구팀은 이번 성과를 바탕으로 향후 동물 실험 및 연골 재생을 위한 이식 기술 개발을 진행할 예정이다. 또한, 실제 임상에서의 연골 재생을 가능케 할 치료 플랫폼의 후속 연구도 추진한다는 계획이다.

 

관절에 존재하는 ‘관절 활액(Synovial Fluid)’을 통해 10분만에 관절염 진단을 가능케 하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 또한, 골관절염인지, 류마티스 관절염인지 여부와 증상의 심각한 정도까지도 높은 정확도로 파악할 수 있는 것으로 알려졌다. 연구 결과는 나노과학 분야를 주로 다루는 국제 학술지 <스몰(Small)>에 지난 3월 30일 게재됐다.

 

관절을 감싼 물, ‘관절 활액’

우리 몸의 관절은 일반적으로 생각하는 것보다 훨씬 복잡한 구조로 이루어져 있다. 그중 관절부를 감싸고 있는 관절낭의 안쪽 벽에서는 ‘관절 활액’이라 불리는 점성 액체가 분비된다. 관절 활액은 뼈와 연골 사이의 마찰을 줄여주는 윤활제 역할을 하면서, 관절에 가해지는 충격을 흡수하는 역할도 겸한다. 

한편, 관절 활액은 연골 건강을 유지하는 역할도 한다. 연골에는 혈관이 존재하지 않기 때문에, 혈액을 통해 산소와 영양분을 공급받을 수 없다. 따라서 연골 세포는 관절 활액으로부터 필요한 영양분을 공급받아 제 기능을 유지하게 된다.

정상 상태일 때 관절 활액은 무색의 투명한 상태를 유지하며 점성도 높다. 하지만 관절에 염증이 생기거나 하면 이 액체의 색, 투명도, 점도에 변화가 생긴다. 소위 ‘무릎에 물이 찼다’라고 표현하는 증상은, 관절부에 염증이 생김으로써 관절 활액이 과도하게 분비되는 것을 말한다.

 

관절염 진단의 한계

한국재료연구원(KIMS) 첨단바이오헬스케어 소재연구본부 정호상 박사는 가톨릭대학교 서울성모병원과 공동 연구를 통해 관절 활액 특성을 분석해 10분만에 관절염 진단 및 종류, 중증도를 확인하는 기술을 개발했다. 

골관절염과 류마티스 관절염은 둘 다 ‘관절염’이라는 명칭이 붙기 때문에 언뜻 비슷해보인다. 하지만 둘은 만성 질환이라는 공통점만 있을 뿐, 발생 원인부터 치료법까지 서로 다르다. 

골관절염의 경우, 65세 이상 인구 둘 중 한 명이 앓는다고 해도 과언이 아닐 만큼 매우 흔하게 나타나는 퇴행성 질환이다. 반면, 류마티스 관절염은 약 1~2%의 유병률을 보이는 자가면역 질환의 일종이다. 면역 체계가 자신의 관절 부위를 공격하는 것이 주된 기전이다.

명백히 다른 질환이기 때문에 초기 진단이 정확해야만 올바른 치료가 가능하다. 지금까지는 통상 X-레이, MRI, 혈액 검사를 통해 진단을 해왔는데, 이는 시간과 비용이 많이 들고 정확도도 높지 않다는 한계가 있었다.

 

분자 신호 증폭, 10분만에 관절염 진단

KIMS와 서울성모병원 연구팀은 관절 활액 내에 존재하는 대사 산물이 건강 상태에 따라 달라진다는 점에 주목했다. 즉, 관절 활액의 구성 성분을 분석함으로써, 관절염이 발생했는지, 진행되고 있는지 등을 구분하고, 그것이 골관절염인지 류마티스 관절염인지를 알아낼 수 있다는 것이다. 류마티스 관절염인 경우 중증도를 평가하는 것도 가능하다.

공동 연구팀이 개발한 이 기술의 최대 장점은 ‘시간’이다. 관절 활액의 성분을 분석함으로써 단 10분만에 관절염 진단이 가능하기 때문이다. 연구팀은 분자의 광학 신호를 증폭시키는 ‘표면 강화 라만 산란(SERS)’ 기술을 활용했다. 관절 활액 속 미량 분자가 발산하는 신호를 증폭시키고, 이를 AI 기반 알고리즘으로 분석해 관절염의 원인이 되는 미세 물질을 감지해내는 원리다.

KIMS 연구팀은 서울성모병원의 협력을 얻어 120명의 환자를 대상으로 기술의 정확도를 검증했다. 그 결과, 골관절염과 류마티스 관절염을 94% 이상 정확도로 구분해서 진단할 수 있었다. 또한, 류마티스 관절염의 중증도를 95% 이상 정확도로 판별해냈다. 간편성과 정확도를 모두 잡은 획기적인 성과다.

정호상 박사는 “이 기술은 진단뿐만 아니라 치료 경과 모니터링에도 매우 유용할 것”이라고 말했다. 한편, 분자의 광학 신호를 증폭시켜 분석하는 원리는 더 넓은 범위로의 응용 잠재력도 가지고 있다. 정호상 박사는 “관절염 뿐만 아니라 향후 더 다양한 질병으로 연구를 확대해 나갈 계획’이라고 밝혔다.

 

 

종양(암)을 인공적으로 성장시켜, 예후를 예측할 수 있는 인공지능(AI) 기술이 개발됐다. 실제 암 환자로부터 암세포를 확보한 다음, 3D 프린팅 인공 종양 조직 기술로 환자의 체내 조건을 그대로 모사한 환경에서 키우고, 이 인공 종양 조직의 성장 사진으로 예후를 예측하는 것이다. 이 ‘암 성장 예측’ 기술이 암 맞춤형 치료 가능성을 크게 향상시킬 것으로 기대된다.

 

실제 체내 환경을 구현하는 기술

암세포는 정상 세포에 비해 빠른 증식을 특징으로 한다. 이 때문에 밀도가 높아져 정상조직보다 딱딱해지고, 산소도 부족한 환경에서 자란다. 기존에도 실제 환자에게서 떼어낸 세포를 활용해 인공 암 조직을 만드는 것은 가능했다. 다만 명확한 한계가 있었다.

기존의 인공 암 조직은 생체 조직과 형태적으로는 유사하지만, 종양 미세환경(Tumor Microenvironment, TME)을 그대로 재현하는 데 한계가 있었다. 이로 인해 암 성장 예측에 오차가 생기거나, 약물 반응이 왜곡되는 등의 문제가 있었다. 

유니스트(UNIST, 울산과학기술원) 바이오메디컬공학과 박태은·강현욱 교수팀과 서울아산병원 명승재 교수팀은 이를 해결하기 위해 실제 암 조직의 고경도·저산소 환경을 재현하는 인공 암 조직 ‘Eba-PDO’를 연구·개발했다.

연구팀은 암 환자에게서 떼어낸 암세포를 3차원으로 배양해 암 오가노이드를 만들고, 이를 젤트렉스(Geltrex)와 히알루론산(HA) 기반으로 개발된 바이오잉크와 섞었다. 그런 다음 구슬 형태로 정렬해 프린팅하는 방식으로 생체환경을 모사하는 ‘임베디드 바이오프린팅’ 기술을 개발했다. 

젤라틴과 세포외기질 성분을 섞은 바이오잉크는 실제 암이 성장하는 ‘딱딱하고 산소가 부족한 환경’을 그대로 재현할 수 있도록 설계됐다. 이 방식으로 인공 암 조직을 성장시키자, 동일 환자에서는 일정한 형태를 유지하고, 환자마다 크기와 모양이 다르게 나타났다.

 

현미경 사진으로 암 성장 예측하는 AI

연구팀은 새롭게 개발한 인공 암 조직 성장 기술의 특성에 착안해, 현미경 사진만으로도 ‘CEACAM5 유전자’의 발현 여부를 예측할 수 있는 AI를 개발했다. 

CEACAM5는 대장암을 비롯한 고형암에서 많이 발견되는 단백질로, 전이 가능성과 항암제 내성을 높이는 것으로 알려져 있다. 인공 암 조직의 모양을 AI로 분석함으로써, 대장암 성장 예측에 쓰이는 주요 표지 유전자의 발현 여부를 99%의 정확도로 맞춰낼 수 있다.

인공 암 조직에서 CEACAM5 단백질이 과도하게 발현되면 세포 간 결합이 약해진다. 이로 인해 암 조직이 보다 덜 조밀하고 균형이 무너진 형태를 띠게 된다. 연구팀이 개발한 AI는 이러한 조직 모양의 변화를 학습함으로써 유전자 발현 정도를 예측할 수 있도록 훈련됐다. 

또한, 연구팀이 개발한 인공 암 조직은 실제 암 환자 조직에서 떼어낸 암 조직과의 유전자 발현 유사도도 더 높았다. 기존 기술로 구현한 암 조직은 약 70%의 유전자 유사도를 보였지만, Eba-PDO는 그보다 대폭 향상된 90%의 유전자 유사도를 기록했다. 또한, 환자에 따라 5-플루오로우라실(5-FU) 항암제 반응성에 차이가 있는 점도 정확하게 재현했다. 

 

정밀의료, 맞춤형 치료에 어울리는 성과

이번 연구는 단순한 세포 배양을 넘어, 암 조직의 물리적·생리학적 특성을 정밀하게 재현함으로써 암 성장 예측의 정확도를 한층 높였다는 데 의의가 있다. 이는 의료계 트렌드로 자리잡고 있는 정밀의료, 맞춤형 치료에 부합하는 성과라 할 수 있다. 환자별 체내 환경을 고려한 맞춤형 치료 전략 개발 가능성을 제시한 것이다. 

이번 연구는 UNIST 정혜진, 한종혁 연구원이 제1저자로 참여했다. 연구팀은 “실제 암세포의 성장을 체외에서 재현해 분석하는 이 방식을 통해 보다 정밀한 환자 맞춤형 치료가 이뤄질 수 있을 것으로 기대된다”라며 “향후 면역세포나 혈관 구조까지 통합하면 더욱 정교한 인공 암 모델로 확장할 예정”이라고 설명했다. 

연구팀은 향후 췌장암, 간암 등 다양한 고형암 모델로 확장할 수 있을 것으로 보고 있다. 무엇보다도, 현미경 이미지를 기반으로 한 예측 모델은 조직을 손상시키지 않고 진단 및 치료 반응을 예측할 수 있는 ‘비파괴적 스크리닝 도구’라는 강점이 있다. 실제 임상에서의 적용 가능성과 편의성도 향상시킬 것으로 기대된다.

연구는 보건복지부의 한국형 ARPA-H 프로젝트, 산업통상자원부의 산업기술 알키미스트 프로젝트, 바이오·의료기술개발사업 첨단바이오 기술·인력 교류 지원사업 및 교육부 글로컬대학사업(울산대학교) COMPaaS 공동연구의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 국제 학술지 <어드밴스드 사이언스(Advanced Science)>에 지난 3월 28일자로 온라인 공개됐다. 

(논문명: Bioprinted Patient-Derived Organoid Arrays Capture Intrinsic and Extrinsic Tumor Features for Advanced Personalized Medicine)

크기가 크고 깊은 상처가 생기는 것은 그 자체로도 문제지만, 회복된 후 흉터가 남을 수 있다는 점에서도 문제가 된다. 특히 미관상 거슬릴 정도의 ‘병적 흉터’가 남는 경우는 더더욱 그렇다. 

서울대학교병원운영 서울특별시보라매병원(이하 서울보라매병원) 연구팀이 심한 흉터이자 피부 질환으로 꼽히는 ‘켈로이드’가 왜 발생하는 것인지를 근본적으로 규명하고, 켈로이드 발생 원인을 억제할 수 있는 새로운 치료 전략을 제시하는 연구 결과를 발표했다.

 

켈로이드 발생 원인 연구

켈로이드(Keloid)는 상처의 경계를 넘어서 진행되는 융기된 흉터를 말한다. 외상, 수술, 화상 등으로 손상된 피부가 회복되는 과정에서 정상 범위를 넘는 과도한 섬유조직이 증식하는 것이 원인이다. 단순히 흉터가 커지는 것을 넘어 지속적인 통증, 가려움, 운동 제한 등을 유발해 환자의 삶의 질을 크게 떨어뜨리는 질환이다. 

켈로이드에는 스테로이드 주사, 수술, 레이저 치료 등 다양한 치료법이 존재한다. 문제는 약 50% 이상이 재발하는 것으로 알려져 있다는 점이다. 즉, 근본적인 원인이 명확하지 않고, 확실한 치료법이 없는 상황이다.

이에 서울보라매병원 박지웅 교수 연구팀은 켈로이드 발생 원인 및 근본적인 해결책을 찾기 위한 연구를 진행했다. 연구팀은 켈로이드가 발생하는 부위의 조직 장력, 즉 ‘기계적 자극 전달’ 과정이 핵심적인 역할을 한다는 점에 주목했다. 

이는 피부가 외부에서 가해지는 물리적 자극을 감지하고 세포 내 신호로 전환하는 과정으로, 이를 통해 세포의 증식이나 섬유조직 형성이 촉진된다는 것이다. 연구팀은 이 과정에서 중심적인 역할을 하는 ‘ROCK1(Rho-associated kinase 1)’이라는 단백질에 주목했다.

 

기계적 스트레스에 반응하는 단백질

켈로이드 발생 원인은 기존까지 명확하게 밝혀지지 않았지만, 상처 부위에서 생기는 피부 조직의 장력이 중요한 역할을 한다는 것까지는 알려져왔다. 서울보라매병원 연구팀의 연구에 따르면, 켈로이드 환자의 섬유아세포에 기계적 스트레스를 가할 경우 ROCK1 단백질의 발현이 급격히 증가했으며, 이는 과도한 세포 증식과 섬유조직 생성으로 이어졌다. 

이때 ROCK1 억제제를 처리하면 세포 골격을 구성하는 액틴 필라멘트(actin filament)의 형성이 억제되고, 섬유화 관련 단백질들의 발현도 현저히 감소하는 결과가 나타났다. 이와 함께 세포의 성장과 섬유화 조절에 관여하는 YAP/TAZ 신호전달 경로도 억제되며, 콜라겐 생성 역시 줄어드는 결과를 얻었다.

동물 실험에서도 ROCK1 억제제는 뚜렷한 효과를 보였다. 연구팀은 인간 켈로이드 섬유아세포를 이식한 면역결핍 생쥐(SCID mouse) 모델을 만들고, ROCK1 억제제를 투여하는 실험을 진행했다. 

그 결과 켈로이드 결절의 크기와 무게가 유의미하게 줄어들었으며, 조직 내 염증세포와 콜라겐 축적 역시 감소해 조직학적 개선 효과도 입증되었다. 

무엇보다 약물에 의한 부작용이나 독성은 관찰되지 않았다는 점이 주목할 만하다. 이는 향후 임상 적용 가능성이 높다고 평가할 수 있는 대목이다.

 

증상 완화 → 근본적 원인 차단

이번 연구는 켈로이드 발생 원인과 더불어 병태생리 경로를 명확히 정리했다는 데 큰 의의가 있다. 연구팀은 켈로이드 발생 원인과 메커니즘을 ▲기계적 자극(mechanosensing) → ▲ROCK1 신호 활성화(mechanotransduction) → ▲섬유화 반응(mechano response)의 3개 단계로 정리했다.  이는 증상 완화를 위주로 하는 현재의 치료법에서 벗어나, 켈로이드라는 질환의 ‘근본적 원인’ 자체를 차단할 수 있는 가능성을 처음으로 제시한 것이다.

서울보라매병원 성형외과 박지웅 교수는 “기존 치료가 증상을 완화하거나 흉터의 크기를 줄이는 데 한정되었다면, 이번 연구는 켈로이드의 발생을 유도하는 근본 신호전달 경로를 표적으로 삼는 완전히 새로운 전략”이라며 “향후 전임상 및 임상 연구를 거쳐 ROCK1 억제제가 실용화된다면, 켈로이드는 물론 심장 및 폐 섬유화와 같은 다른 난치성 섬유질환 치료에도 폭넓게 응용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구결과는 <영국피부과학회지(British Journal of Dermatology, IF=11)>에 최근 게재되었다.