국내 연구진이 최근 치매의 조기 진단 기술을 개발하며 의료기기 상용화 가능성을 높이는데 성공했다.

16일 업계에 따르면 국내 연구진이 일상 대화 분석해 치매 조기선별 기술, 알츠하이머 발병 과정을 실시간 관찰할 수 있는 전자현미경, 비정형 단백질을 검출할 수 있는 센서 단백질 등의 기술을 개발했다.

한국전기연구원(KERI) 박영진 박사는 최근 한국과학기술연구원(KIST), 한국전자통신연구원(ETRI), 서울대병원, 이화여대와 함께 발화, 청각인지 뇌파, 청력 등 정보 빅데이터를 수집하고, AI를 이용해 경도인지장애 고위험 노인들을 선별 및 모니터링하는 '노인 친화형 발화 데이터 수집 기기'를 개발했다.

이 기기는 보청기처럼 가볍게 착용할 수 있는 형태의 노인 친화형 발화 데이터 수집 기기와 신경 인지기능 검사기기 앱을 활용해 발화 패러다임 분석을 진행하는 방식이다.

노년층의 경우 조음(발음) 장애로 음성 인식작업이 젊은 연령층에 비해 더 까다롭고, 사투리를 사용하거나 난청으로 질문을 제대로 듣지 못하기도 해 AI 및 청각인지 디코드(decode) 기술 등을 통해 이런 부분을 해결해나가고 있다.

전기연은 현재 경기도 안산시 상록구노인복지관을 포함한 지역사회 어르신 100여명을 대상으로 실증사업을 진행하고 있다.

현재까지 6명의 경도인지장애 환자 및 7명의 의심 대상자를 선별해냈다.

전기연은 오는 8월까지 복지관 어르신 150명에 대해 추가로 실증을 실시하고 안산에 거주하는 노인들의 헬스케어 지원 및 기술을 고도화할 계획이다.

이후에는 실증사업 참여를 희망하는 지자체를 발굴해 대상 범위를 1천명까지 확대할 방침이다.

전기연은 개발 중인 기술이 치매 전단계 조기선별 기능을 갖추게 할 뿐만 아니라 대상자 맞춤형 인지기능 개선까지 이행할 수 있도록 하는 것을 목표로 한다.

카이스트(KAIST) 신소재공학과 육종민 교수팀은 최근 한국기초과학지원연구원, 포항산업과학연구원, 성균관대학교 연구팀과 함께 알츠하이머 유발인자로 알려진 아밀로이드 섬유 단백질의 실시간 거동을 관찰할 수 있는 단분자 관찰 기술을 개발했다.

연구팀은 차세대 소재로 주목받고 있는 그래핀을 이용해 막에 의한 분해능 저하와 전자빔에 의한 단백질 변성 문제를 해결하며 단백질의 거동을 실시간 관찰할 수 있는 단분자 그래핀 액상 셀 전자현미경 기술을 개발했다.

이번 연구에서 투과 막으로 이용한 그래핀은 원자 단위의 두께를 가지고 있어 분자 수준 관찰을 가능하게 할 뿐만 아니라 전자빔에 의한 단백질의 산화를 방지하는 산화 방지 역할을 해 기존 대비 40배 가량 변성을 억제해 단백질의 거동을 실시간으로 관찰할 수 있게 했다.

연구팀은 개발한 전자현미경 기술을 활용해 알츠하이머 질병을 유발한다고 알려진 아밀로이드 베타 섬유의 초기 성장 과정에서 발현되는 분자 불안정성을 세계 최초로 관찰했다.

연구팀은 현미경 기술 발전의 경우 생명과학 및 공학 기술 발전의 토대가 되는 것으로, 분자 단위의 현상을 관찰할 수 있다면 단백질들의 상호작용을 이해하고 조절할 수 있는 실마리를 제공할 수 있기에 알츠하이머와 같은 퇴행성 질환의 신약 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대했다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명과학과 김학성 교수팀은 최근 알츠하이머·파킨슨병과 같은 신경계 질환부터 암·심혈관계 질환·대사질환을 유발하는 것으로 알려진 비정형 단백질을 간단하게 검출할 수 있는 센서 단백질을 개발했다.

연구팀은 비정형 단백질이 단백질 2차 구조인 베타 스트랜드(β-strand)를 형성하는 특정 아미노산 서열을 갖고 있다는 점에 착안해 이러한 특정 서열과 상보적으로 결합할 경우에만 신호를 방출하는 새로운 형태의 센서 단백질 디자인 방법을 정립했다.

자연계에 존재하는 녹색 형광 단백질(GFP)의 베타 스트랜드를 하나 제거한 후 비정형 단백질의 특정 서열을 결합하면 형광 단백질 발색단(chromophore)의 파장 스펙트럼이 변화하는 센서 단백질을 컴퓨터 및 방향적 진화 방법을 이용해 개발했다.

연구팀은 대표적 비정형 단백질의 하나로 알츠하이머를 유발하는 세포 내 베타-아밀로이드(β-amyloid)를 검출할 수 있는 센서 단백질을 디자인해 실시간으로 세포막과의 상호작용을 추적하고 영상화할 수 있었다고 설명했다.

기존에 비정형 단백질을 분석하기 위해서는 복잡한 여러 단계 전처리 과정이 필요하고, 이로 인해 비정형 단백질 자체가 크게 변형됐다.

연구팀은 이번 센서 단백질이 비정형 단백질과 섞어주는 것만으로 매우 간편하고 빠르게 비정형 단백질을 검출할 수 있어 분석 및 관련 뇌 질환 등 연구에 크게 기여할 것으로 기대했다.