혈액 생체 검사 (Blood Biopsy)에 기계학습 접목 시켜 더 빠른 뇌종양 진단 가능

(AI타임스=김영하 기자) 고질적인 두통을 경험하고 있는 사람이 간단한 혈액검사를 통해 단순 두통인지 아니면 심각한 어떠한 증상에 의한 두통인지 진단하는 방법이 AI를 통해 가능하게 되었다.

(사진=Shutterstock) ©AI타임스
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국제 과학 학술지인 Nature Communications 에 기재된 내용에 따르면, 스코틀랜드 University of Strathclyde 연구원들은 ClinSpec Diagnostics Limited의 연구원들과 공동으로 혈액 샘플에서 뇌 종양을 검출할 수 있는 특허 기술을 개발했다. 이 기술은 ‘인공지능 (AI)’과 ‘분광학 (Spectroscopy)’의 혁신적인 조합을 이용하여 혈액 생체 검사에서 뇌종양을 검출할 수 있는 방법이다.

2016년 6월 미국 식품의약국(FDA)이 처음으로 사용을 승인한 액체 생체검사 테스트는 로슈 홀딩 AG (Roche Holding AG)의 비소세포폐암 (Non-Small Cell Lung Cancer)진단 테스트였으며, 로슈 홀딩 외 액체 생체검사 시장 부문의 주요 업체로는 그래일 (GRAIL), 지노믹헬스(Genomic Health), 신베니오(Cynvenio), 트로바진 (Trovagene), 바이오셉 (Biocept), 게놈 헬스 (Genomic Health), 레인댄스 테크놀러지 (RainDance Technologies), 키아젠 (Qiagen), 가던트 헬스 (Guardant Health) 등이 포진해 있다.

액체 생체검사 시장의 많은 회사들은 '차세대 염기서열 분석(Next-Generation Sequencing, NGS)를 이용하여 '무세포 순환 종양 DNA (Cell-Free Circulating Tumor)' 및 '순환종양세포(CTC·Circulating Tumor Cell)' 찾아내는 해결책을 가지고 있으나, 이와는 대조적으로 ClinSpec Diagnostics Limited의 연구원들은 혈액 샘플에 분광학 (Spectroscopy)을 적용한다.

분광학은 전자기 방사선 스펙트럼으로 분할하는 과학이다. ClinSpec Diagnostics Limited 연구에서 연구원들은 적외선 (Infrared Light)을 사용하여 혈액 샘플로부터 생화학 지문을 형성하는 방식을 기반으로 하는 ‘ATR (Attenuated Total Reflection: 감쇠 전반사)- FTIR (Fourier Transform Infrared: 푸리에 변환 적외선) 분광법’을 사용했다. 연구원들에 따르면, ATR-FTIR 분광법의 장점은 "간편함 (Simple), 라벨 프리 (Label Free), 비 침습 (Non-Invasive), 비파괴 분석 (Non-Destructive)” 이라고 한다. 또한 광범위한 샘플 준비 없이 샘플의 생화학 적 프로파일을 특성화 할 수 있다고 전했다.

ATR-FTIR 분광 과정 후에는 AI 기계학습이 적용된다. 연구진은 서포트 벡터 머신 모델 (SVM: Support-Vector Machine Model)을 사용하여 기계 학습을 진행했다. SVM 알고리즘은 724명의 환자에 대한 ‘후향적 코호트 연구 (Retrospective Cohort Study)’ 에서 얻은 데이터를 기반하여 훈련되었다. 연구원들에 따르면, 이 연구를 통해 ATR-FTIR 분광학을 클리닉 분야에 적용하는 단계를 제시할 뿐만 아니라 이 기법을 활용한 혈청 분석은 뇌종양에 대한 분류 도구로서 이상적인 방법일 것이라고 했다.

미국 뇌종양학회 (American Brain Tumor Association)에 따르면 두통은 뇌종양의 가장 흔한 증상 중 하나라고 한다. 2011년 발행된 세계보건기구 (World Health Organization) 보고서에 따르면 18~65세 사이의 전 세계 성인 중 50~75%가 지난 1년 동안 두통을 앓았다고 추정했다. 뇌 종양의 흔한 증상 중 하나인 두통은 매우 흔한 질병인 반면 실제 뇌 종양은 그렇지 않다고 한다.

액체 생체 검사 관련하여 시장조사기관인 BCC Research LLC의 2019년 4월 보고서에 따르면 지난해 전세계 액체 생체검사 시장은 24억 달러로 추산되었으며, 이 시장은 급속하게 성장하여 2023년까지 61억 달러의 시장을 형성할 것으로 예상된다고 기입되어 있다.

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