한국재료연구원(KIMS, 원장 최철진/ 이하 재료연) 바이오·헬스재료연구본부 정호상 박사 연구팀이 서울성모병원과 함께 관절 윤활액을 이용해 골 관절염과 류마티스 관절염을 10분 내로 진단할 수 있는 기술을 국내 최초로 개발했다고 7일 밝혔다.

일부 연구에 의하면, 65세 이상 인구의 약 50% 이상이 골 관절염 증상을 겪으며, 류마티스 관절염은 100명 중 1명이 평생 앓는 심각한 질환으로 알려져 있다. 골 관절염과 류마티스 관절염은 비슷한 질병처럼 보이지만, 발병 원인과 치료법이 달라 초기 진단에서 정확하게 구분하는 게 중요하다. 지금까지는 X-ray, MRI, 혈액검사 등을 활용해 진단해 왔으나, 시간과 비용이 많이 들고 정확도에도 한계가 있었다.

▲ 정 호상 박사 

인체의 관절 속에는 윤활액이라는 액체가 존재한다. 연구팀은 이 윤활액에 포함된 대사산물(몸 속에서 일어나는 화학작용의 결과물)의 조성 차이에 주목했다. 이를 통해 두 관절염(골 관절염과 류마티스 관절염)을 10분 내로 구분하고, 류마티스 관절염의 중증도까지 진단할 수 있는 기술을 완성했다.

 연구팀은 표면증강 라만산란(SERS) 기술을 활용했다. 표만증강 라만산란은 분자 고유의 광학신호가 수백만 배 이상 증폭되는 현상을 의미한다. 따라서 본 기술은 관절의 윤활액 속 미세한 분자의 신호를 증폭하고, 이를 인공지능 분석법과 수학 알고리즘으로 계산해 관절염을 유발하는 극미량의 물질을 찾아내는 방식이다. 또한, 체액이 잘 흡습 되는 종이 표면에 바다 성게 모양의 금 나노 구조체를 형성해서 만든 진단 센서를 활용해 간단하고 신속한 진단을 실현했다.

 연구팀은 서울성모병원과 함께 120명의 환자를 대상으로 본 기술을 활용해 검사했다. 그 결과, 골 관절염과 류마티스 관절염을 94% 이상 정확도로 진단 및 구분할 수 있었다. 또한, 류마티스 관절염의 중증도 구분 정확도는 95% 이상을 달성했다. 이를 통해 해당 기술이 관절염 진단 과정의 시간과 비용 단축은 물론 높은 정확도까지 보장한다는 것을 입증했다.

 연구책임자인 재료연 정호상 선임연구원은 “이 기술이 상용화된다면 진단뿐 아니라 치료 경과를 확인하는 데에도 큰 도움이 될 것.”이라며 “향후 다양한 질병으로의 확장 연구도 지속할 계획.”이라고 말했다.

 이번 성과는 한국연구재단 바이오의료기술개발사업, 소재글로벌영커넥트사업, 산업통상자원부 소재부품기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 나노소재 분야의 세계적인 과학 학술지 ‘스몰(Small(IF:13))’ 2025년 4월호에 3월 30일 온라인 게재됐다.

※【사진】체액 기반 신속 관절염 진단 및 구분 기술 모식도