고가의 PET 촬영이나 뇌척수액 검사 없이 타액(침) 한 방울만으로 파킨슨병, 간질, 조현병 등 주요 신경계 질환을 90% 이상의 정확도로 진단할 수 있는 기술이 개발되었습니다. 고려대학교와 한국재료연구원 공동 연구팀이 세계 최초로 개발한 이 AI 기반 센서는 비침습적이고 저비용으로 뇌 질환을 조기 진단할 수 있는 혁신적인 방법을 제시합니다.
연구 개요와 참여 연구진
이번 연구는 정호상 고려대학교 바이오의공학부 교수 연구팀이 양승호 가톨릭대학교 성빈센트병원 교수팀, 박성규 한국재료연구원 박사팀과 함께 수행했습니다. 연구 결과는 국제학술지 ‘Advanced Materials’에 2026년 1월 24일 온라인 게재되었습니다.
연구의 의의
박성규 한국재료연구원 박사는 “고가의 PET 촬영이나 뇌척수액 검사 없이 간편한 타액 분석만으로 뇌 질환 상태를 파악하는 시대가 열렸다”고 밝혔습니다. 정호상 고려대학교 교수는 “비침습, 저비용이라는 점에서 병원 외래는 물론 가정용 진단 기기까지 확장될 수 있는 기술적 잠재력이 매우 크다”고 설명했습니다.
SERS 기반 센서의 작동 원리
연구팀이 개발한 센서는 표면증강 라만 산란(SERS, Surface-Enhanced Raman Scattering) 기술을 기반으로 합니다. SERS는 분자가 빛과 상호작용하며 나타내는 고유한 신호를 감지하는 분석 기법입니다.
기술적 특징
연구팀은 센서 구조를 정밀하게 설계해 침 속 극미량의 단백질 신호도 안정적으로 측정할 수 있도록 했습니다. 특히 단백질 신호가 더 뚜렷하게 포착되도록 GME(galvanic molecular entrapment) 기술도 적용했습니다. 은에 분자가 흡착되면 빛을 쪼였을 때 산란되는 빛의 세기가 1조 배 이상 커지는 ‘표면증강 라만 효과’를 활용해 단 하나의 분자만 존재하더라도 검출이 가능합니다.
단백질 구조 변화 분석
연구팀은 이 센서를 활용해 대표적인 신경 단백질인 Aβ42와 tau를 분석하고, 단백질의 상태에 따라 스펙트럼 신호가 달라진다는 점을 확인했습니다. 전체 단백질 농도가 아닌 ‘단백질 구조 변화’라는 근본적 병리 지표를 기반으로 신경계 질환의 차이를 판별할 수 있다는 점은 세계적으로도 드문 성과입니다.
임상 검증 결과
공동 연구팀은 성빈센트병원과 협력해 간질, 조현병, 파킨슨병 환자 총 44명과 건강대조군 23명의 타액을 분석했습니다. 그 결과, 해당 기술이 90% 이상, 최대 98%에 달하는 높은 정확도로 질환을 분류할 수 있음을 확인했습니다.
질환별 진단 원리
신경전달물질의 농도 변화는 뇌 질환의 조기 발견과 예후 추적을 위한 바이오마커 역할을 합니다. 특히 도파민, 세로토닌, 아세틸콜린, 가바, 글루타메이트 등 주요 신경전달물질은 알츠하이머병, 파킨슨병, 정신분열증, ADHD, 헌팅턴병과 밀접한 관련이 있습니다.
기존 진단 방식과의 비교
현재 뇌 질환 진단에는 뇌 PET 스캔이나 뇌척수액 검사가 주로 활용되지만, 높은 비용과 침습성으로 인해 접근성이 떨어지는 한계가 있었습니다. 반면 타액 검사는 채취가 간단하고 비용이 저렴해 대규모 선별 검사 및 조기 진단의 대안으로 부상하고 있습니다.
향후 발전 방향과 활용 전망
현장형 진단 장치 개발
연구팀은 향후 휴대형 라만 센서 기반 현장형(Point-of-Care) 진단 장치 개발을 추진할 계획입니다. 이를 통해 병원뿐만 아니라 가정에서도 간편하게 뇌 질환을 조기 진단할 수 있는 환경이 조성될 것으로 기대됩니다.
상용화 계획
연구팀은 의료 및 생명과학 기업과의 기술이전을 추진할 예정입니다. 상용화가 이루어지면 고령화 사회에서 급증하는 퇴행성 뇌질환의 조기 발견과 관리에 큰 도움이 될 것으로 전망됩니다.
글로벌 뇌질환 치료 시장
한국투자증권 자료에 따르면, 글로벌 뇌질환 치료제 시장은 2019년 837억 달러에서 연평균 8%씩 성장해 2026년 1,431억 달러에 이를 전망입니다. 조기 진단 기술의 발전은 이 시장 성장을 더욱 가속화할 것으로 예상됩니다.
자주 묻는 질문
침으로 어떤 뇌 질환을 진단할 수 있나요?
현재 연구에서는 파킨슨병, 간질, 조현병 등 주요 신경계 질환의 진단이 가능함을 확인했습니다. 향후 알츠하이머병, ADHD, 헌팅턴병 등으로 적용 범위가 확대될 수 있습니다.
진단 정확도는 어느 정도인가요?
임상 검증 결과, 90% 이상의 정확도를 보였으며 최대 98%까지 달성했습니다. 이는 기존 진단 방법과 비교해도 매우 높은 수준입니다.
SERS 기술이란 무엇인가요?
표면증강 라만 산란(SERS)은 금속 나노구조 표면에서 분자의 라만 신호가 크게 증가하는 현상을 활용한 분석 기법입니다. 극미량의 물질도 검출할 수 있어 바이오 센서 분야에서 주목받고 있습니다.
언제 일반인도 이 검사를 받을 수 있나요?
연구팀은 현장형 진단 장치 개발과 기업 기술이전을 추진 중입니다. 상용화까지는 추가적인 임상 검증과 인허가 과정이 필요하며, 구체적인 시기는 아직 발표되지 않았습니다.
기존 PET 검사와 비교했을 때 장점은 무엇인가요?
타액 검사는 비침습적이고 비용이 저렴하며 채취가 간편합니다. PET 검사는 고가의 장비가 필요하고 방사선 노출이 있는 반면, 타액 검사는 이러한 부담이 없어 대규모 선별 검사에 적합합니다.
왜 침으로 뇌 질환을 진단할 수 있나요?
타액에는 뇌에서 분비되는 신경 단백질과 신경전달물질이 포함되어 있습니다. 뇌 질환이 있으면 이러한 단백질의 구조가 변화하는데, SERS 센서가 이 미세한 변화를 감지해 질환을 판별합니다.
마무리
한국 연구진이 개발한 타액 기반 AI 센서 기술은 뇌 질환 진단의 패러다임을 바꿀 잠재력을 가지고 있습니다. 비침습적이고 저비용이라는 장점은 고령화 사회에서 퇴행성 뇌질환의 조기 발견과 예방에 큰 기여를 할 것으로 기대됩니다.
연구팀은 현장형 진단 장치 개발과 상용화를 목표로 후속 연구를 진행 중입니다. 가정에서도 간편하게 뇌 건강을 체크할 수 있는 시대가 머지않아 현실이 될 전망입니다. 본 정보는 일반적인 참고 자료이며, 구체적인 건강 문제는 전문 의료진과 상담하시기 바랍니다.