라만분광·인공지능 기반 ‘급성 신장손상 진단기술’ 개발

급성 신장손상은 혈액 속에 노폐물이 쌓이고 신체의 전해질, 산성도, 수분 항상성이 깨지면서 신장 기능이 급격히 감소하는 상태를 말한다. 이를 조기에 진단할 수 있으면 신속한 치료로 영구적인 신장손상과 만성 진행성 신장질환을 막을 수 있다.

이에 국내 연구진이 라만 분광법과 인공지능 기술을 활용해 급성 신장손상을 정확하고 신속하게 진단할 수 있는 기술을 개발해냈다.

울산의대 서울아산병원 융합의학과 김준기 교수팀은 바이오마커 검출법인 표면 증강 라만 분광법(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy)과 인공지능 기반의 통계처리 기법을 이용해 급성 신부전을 평가하는데 성공했다고 최근 밝혔다.

이번 연구는 미국화학학회가 발간하는 화학분석학 분야 세계적 권위지인 ‘애널리티컬 케미스트리(Analytical Chemistry, 피인용지수 8.008)’ 최신호에 게재됐다.

분광분석을 통한 진단은 현미경 영상에 기반해 조직의 미세구조나 분자 단계에서의 화학적 특성 평가가 가능해 다양한 질환의 진단에 응용된다. 라만분광학은 분광분석기법의 일종으로 단색광을 샘플에 조사해 산란광 속에서 비탄성적인 응답 파장의 스펙트럼을 분석하는 기술이다. 특히 샘플조직 성분의 미세한 화학구조 정보까지 제공하므로, 조직학적 진단이 가능한 비파괴 광학 진단기술 중 하나로 기대 받고 있다.

최근에는 나노 기술과 라만분광 기술을 융합한 비표지 기반의 표면 증강 라만 분광법(이하 ‘SERS’)이 개발되면서 진단응용 범위가 더욱 확장되고 있다. SERS는 은이나 금처럼 표면이 거친 금속의 플라즈몬 공명 현상을 이용해 라만분광 신호를 비약적으로 증강시키는 기술이다.

연구팀은 신장 허혈로 급성 신장손상이 발생한 쥐에게서 혈액과 소변을 채취한 후 진단검사와 병리검사를 진행해 신장기능 및 손상 정도를 확인했다.

이어서 금-산화아연(Au-ZnO) 나노 기둥으로 표면이 강화된 라만 센싱 칩 위에 쥐의 혈액과 소변을 올려놓고 SERS를 이용해 라만효과를 중폭시켜 신호를 얻었다. 연구팀은 이번 연구를 위해 나노 구조체를 기반으로 SERS를 위한 센싱칩을 제작했으며 거친 금속 표면에 의한 라만신호 증강을 극대화했다.

이후 라만신호에 주성분 분석(PCA)과 기계학습 알고리즘 중 하나인 기능성분 지도(PLS-DA) 메커니즘을 접목해 신장기능 평가를 진행했다.

혈액과 소변의 SERS 분석 결과, 급성 신장손상 진단을 위한 신장기능 평가에 사용될 수 있는 바이오마커가 페닌알라닌(Phe), 티로신(Tyr) 등으로 검출됐다. 연구팀은 아미노 III형과 달리 페닌알라닌과 티로신이 신장기능을 평가할 수 있는 인자임을 확인했으며, 라만신호 영역을 더 크게 사용하자 평가 정확도가 향상된 점을 발견할 수 있었다.

기존의 PCA 통계분석을 통해서는 라만신호의 데이터 분포와 진단 가능성을 검토할 수 없었으며, 라만신호를 PLS-DA 메커니즘에 접목해 분석했더니 혈액과 소변에서 99.3%, 99.9%의 정확도로 신장기능 평가가 가능하다는 사실을 확인할 수 있었다.

김준기 울산의대 서울아산병원 융합의학과 교수는 “SERS 칩의 라만신호 증강을 통해 신장기능을 모니터링하고 진단할 수 있었으며, PLS-DA의 머신러닝 분석 알고리즘을 이용해 혈액과 소변에 있는 SERS 바이오마커를 신장기능 이상 진단기준으로 사용할 수 있음을 확인했다. 나노다공성 구조의 신호 강화 감지 및 머신러닝 알고리즘 적용은 다양한 바이오마커의 다중 복합 검출이 필요한 신장기능을 평가하는 데 유용하며 향후 급성 신장손상 진단에 사용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 산업통상자원부와 보건복지부의 보건의료기술 연구개발사업 및 과학기술정보통신부 지원사업으로 진행됐다.

박기수 교수, 운동의 항스트레스 효과 최초 영상화

고려대안산병원 핵의학과 박기수 교수 연구팀이 핵의학 영상을 통해 세계 최초로 운동의 항스트레스 효과를 영상화하여 입증하였다.

스트레스는 심혈관질환을 비롯한 만병의 주요 위험요인으로 지목되고 있으며, 특히 비만인 사람은 그렇지 않은 사람보다 높은 스트레스 수준을 가지고 있다고 알려져 있다. 또한 운동이 스트레스를 완화시키는 것으로 알려져 있지만 이를 증명하는 객관적인 영상 자료는 없었는데, 연구팀은 최첨단 핵의학 영상 기법인 18F-FDG PET/CT를 통해 운동의 항스트레스 효과를 영상화하였다.

연구팀은 먼저 비만 여성군과 정상인에서 스트레스 반응을 관장하는 대뇌 영역인 편도체의 활성도를 18F-FDG PET/CT를 통해 영상화 및 정량화하였고, 비만 여성군에서 편도체의 활성도가 정상인에 비해 약 1.5배 증가되어 있음을 확인했다. 즉, 비만 여성군이 정상인에 비해 스트레스 수준이 높아져 있음을 영상 지표로서 밝힌 것이다.

또한 비만 여성군을 대상으로 유산소 운동과 근육 저항운동을 3개월간 시행하였고, 그 결과 편도체의 활성도가 약 20% 감소했음을 스트레스 영상 지표로 확인하였다. 더불어 편도체의 활성도가 감소하는 동안 체질량지수(BMI), 허리둘레, 혈압 모두 유의미하게 감소하였다.

박기수 교수는 “이번 연구는 운동의 항스트레스 효과를 세계 최초로 객관적인 영상으로 입증한 연구”이며 “임상적으로 스트레스를 줄이는 다양한 치료 전략에서 스트레스 평가 지표로서 핵의학 영상의 가치가 높다”고 강조했다.

이번 연구논문 ‘Chronic physical exercise alleviates stress-associated amygdala metabolic activity in obese women: A prospective serial 18F-FDG PET/CT study’는 국제 학술지 내분비학 프런티어(Frontiers in Endocrinology) 최신호에 게재됐다.

삼성서울병원, '디지털 전환 속도' 세계 최고 기록 

삼성서울병원이 전 세계 병원 가운데 디지털 전환에 가장 앞서 있다는 평가를 받았다. 

삼성서울병원은 세계 최대 의료정보학회인 미국 의료정보경영학회(HIMSS, Healthcare Information and Management Systems Society)가 진행한 ‘디지털헬스지표(DHI, Digital Health Indicator)’ 조사에서 400점 만점에 365점을 획득, 세계 최고 점수를 기록했다고 밝혔다. 

디지털헬스지표 조사는 △지배구조 및 인력 △상호운영성 △개인별 맞춤 의료 지원 △예측분석 등 4개 영역에서 병원의 디지털 전환 정도를 묻는다.

삼성서울병원은 모든 영역에서 100%에 가까운 디지털 전환 성적을 달성했다. 상호운영성과 예측 분석, 지배구조 및 인력 3개 부분에 각각 99%, 개인별 맞춤 의료 지원에서 98%를 달성했다. 

4차 산업 시대를 앞두고 삼성서울병원이 전 세계 어느 병원보다도 발 빠르게 디지털 전환에 속도를 내고 있고, 초격차를 확보했다는 점을 객관적으로 인정 받은 셈이다.

실제로 삼성서울병원은 이미 ‘첨단 지능형 병원’으로 거듭나기 위한 혁신적 서비스를 선보이며 변화가 한창이다.

이번 DHI 조사에서도 좋은 평가를 받은 DOCC(Data-based Operation & Communication Center)가 대표 사례다. 

DOCC는 병실부터 수술실, 검사 장비는 물론 의료진까지 병원의 모든 가용 자원을 그대로 ‘디지털 가상병원(Digital Twin)’에 연동시킨 뒤 병원의 현재 상황을 대입해 적시 적소에 필요한 자원을 운영할 수 있도록 돕는 시스템을 말한다.

가령 채혈 검사의 경우 환자들이 몰리는 상황이 발생하기에 앞서 가상 병원의    시뮬레이션 결과에 따라 이를 미리 예측하고 해당 시간대 의료진을 추가 배치하는 등 혼잡도를 줄이도록 변화가 뒤따르고 있다.

삼성서울병원은 현재 CT 검사실, 수술실 등 병원 현장 곳곳에서 이러한 디지털 가상병원 체계가 20여개 이상 가동되면서 진료와 운영의 효율을 도모, 4차 산업시대에 걸맞는 병원 서비스를 구현해 가고 있다.

DHI 평가 프로젝트 책임자인 이풍렬 디지털혁신추진단장(소화기내과 교수)는 “디지털 전환 속도가 전 세계에서 가장 빠르고 고도화되어 있다는 것은 누구도 가보지 않은 길을 삼성서울병원이 개척중이라는 의미” 라며 “다가올 미래 세상에서 대한민국의 삼성서울병원이 만든 디지털 기반 의료가 전 세계 표준이 되어 ‘글로벌 스탠더드’로 불리도록 최선을 다하겠다”고 말했다.

한편, 삼성서울병원은 지난 2022년 ‘세계 최초’로 미국 의료정보학회에서 의료정보인프라 인증(HIMSS INFRAM) 최고 등급 7단계를 받은 바 있다. 

이어 같은 해 디지털의료영상 수준 인증 ‘DIAM(Digital Imaging Adoption Model)’에서도 삼성서울병원은 국내 처음이자 세계 세 번째로 6단계 인증을 받았다.

고대의료원, 100주년 모금 캠페인 본격화

고려대학교의료원이 설립 100주년인 2028년을 목표로 미래의학 실현을 위한 대규모 모금 캠페인을 전개한다. 

지난 2018년 말 기금사업본부를 출범시키며 조직적인 모금 활동을 개시한 고려대의료원은 4년 동안 800억에 달하는 금액을 모으며 단기간에 괄목할 만한 성과를 보였다. 올해 연말까지 모금액 1,000억 돌파가 예상됨에 따라, 의료원은 더욱 많은 이들과 힘을 모아 2028년까지 100주년 기금 2,000억 달성을 가시화할 예정이다.

의료원은 질병으로부터 자유로운 인류를 위한 ‘미래의학 선도기금’, 공존하며 상생하는 세상을 위한‘사회혁신 공헌기금’, 뉴노멀(New Normal)을 개척하는 ‘세계인재 육성기금’ 등 의과대학과 안암·구로·안산병원 그리고 추진 중인 4차 병원을 통해 시대정신을 실천하고 사회적 의료기관의 역할을 다하는 새로운 100년 의학을 위한 대대적인 모금 활동을 펼친다는 계획이다. 

지난 2021년 ‘Again 65 캠페인’으로 단 100일 만에 수백억 원이 넘는 금액을 모아 메디사이언스파크와 청담 고영캠퍼스 조성에 활용해 기금 캠페인의 새로운 모델을 제시했다는 평가를 받은 고대의료원은 모금 액수 증대에 그치지 않고 더욱 많은 이들이 십시일반으로 참여할 수 있는 다양한 프로젝트를 통해 선진 기부·나눔 문화를 창조하고, 기부자가 언제든 자신의 기부내역과 공헌처를 확인할 수 있는 ‘기부금 추적 데이터베이스(Donation Tracking System)’를 구축, 운용의 투명성을 높여 100주년 캠페인의 완성도를 더욱 높인다는 계획이다. 

김영훈 의무부총장은 “지난 100년의 역사를 통해 위대한 미래는 모두 함께해야만 이룰 수 있다는 것을 배웠다. 최근 수년간 중증 난치성질환 정복을 위한 고려대의료원의 꿈에 공감해주시는 분들이 점점 늘어나고 있어 기쁜 마음이다. 더욱 웅대하고 구체적인 새로운 100년의 비전을 더욱 많은 분과 공유해 언젠가는 반드시 이를 현실화시킬 수 있도록 혼신의 노력을 다하겠다“라고 말했다.