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

24일 업계에 따르면 국내 연구진이 일알츠하이머 치매 발병 위험을 예측할 수 있는 새로운 바이오마커, 경도인지장애 조기 진단할 바이오마커 , 노인친화형 발화 데이터 수집 기기 등의 기술을 개발했다.

한국뇌연구원 인지과학연구그룹 이동하 선임연구원은 최근 아주대학교병원 정신건강의학과 홍창형·손상준·노현웅 교수팀과 함께 멀티모달 뇌영상 백질 패턴 분석을 통해 노년층의 알츠하이머치매를 예측할 수 있는 새로운 진단기술을 개발했다.

연구팀은 한국인체자원은행사업 '혁신형 만성뇌혈관질환 바이오뱅킹 컨소시엄'을 통해 확보한 인체 자료를 활용해, 454명 뇌 MRI와 아밀로이드 PET 데이터를 바탕으로 백질 패턴을 파악했다.

이어 연구팀은 백질 패턴과 개인간 변동성(WM-ISV)에 초점을 맞춰, 개인 뇌 전체 백질을 3차원 공간모형인 복셀로 재구성했다.

휴먼커넥톰프로젝트 뇌지도 360개 뇌기능 영역을 보여주는 연결분포 지도를 활용하여 심층 분석을 수행했다.

이를 통해 연구팀은 인지 및 기능 장애를 보다 정확히 분류할 수 있도록 MRI와 아밀로이드 PET을 결합한 앙상블 모델을 만드는데 성공했다.

연구팀은 이렇게 추출된 고도화 백질 패턴만을 활용해 인지장애 여부를 88%이상 예측하는데 성공했고, 치매여부를 77%이상 예측하는데 성공했다. 또 백질 패턴의 개인 간 변동성은 다양한 퇴행성 뇌질환 바이오마커 및 인지기능 수준과 밀접한 관련이 있음을 확인했다.

연구팀은 인지장애 여부 및 치매 여부를 판단하는데 백질의 고도화 패턴 분석 기술을 활용하여 접근했다는 점이 새로운 지점으로 향후 치료 반응성 예측 등과 같은 백질을 활용한 노화 연구에 유용한 분석 기술로 발전시킬 수 있을 것으로 기대했다.

한국한의학연구원 디지털임상연구부 김재욱 박사팀은 최근 건강한 사람과 경도인지장애(MCI) 환자 간 ERP 평균값에는 큰 차이가 없다는 점에 착안, ERP의 변동성을 측정하는 방법을 제안했다.

인지장애를 효과적으로 치료하기 위해서는 조기 진단이 매우 중요하다.

선택적 주의력을 보는 '사건 관련 전위(ERP·특정 사건 관련 뇌 내 반응)'를 측정해 진단하는데, 통상적으로 자극이 발생해서 인지가 일어나는 데까지 걸리는 300㎳(0.3초) 근처에서 관찰되는 평균 뇌전위 값을 계산하는 방식이 쓰인다.

연구팀은 우선 MCI 환자군과 정상인지 대조군 등 1천524명을 대상으로 5분 동안 256개의 표준 청각자극과 64개의 목표 청각자극을 무작위로 제시한 뒤 목표자극에 대해서만 버튼을 누르도록 했다.

전두엽 뇌파측정장치(EEG)로 시간에 따른 전위의 크기 변동성을 측정한 결과 MCI 환자의 ERP 변동성이 건강한 사람보다 12∼18% 큰 것으로 나타났다.

자극 후 0.2초가 지났을 때 초기 뇌 반응의 변동성은 12% 정도였지만, 감각 정보에 대한 인지가 일어나는 0.3초 구간에서는 변동성이 18%로 증가하는 것으로 나타났다.

MCI 환자군의 집중력 지속시간이 상대적으로 짧고 신경 처리 과정이 불안정하다는 것을 의미한다.

연구팀은 ERP 변동성 지표를 기존 ERP 지표나 신경 심리학적 검사 결과와 통합하면 경도인지장애 환자 조기 진단 가능성을 더욱 높일 수 있기에 ERP 측정을 통해 보다 체계적이고 정밀한 치매 조기 선별 모델을 개발할 계획이다.

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.