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AI로 아래턱 신경손상 위험 최소화 가능케한다

CBCT영상에서 하치조신경 자동 확인 기술 개발 기존모델과 비교해 하치조신경 위치 일치도 약 5% 개선, 신경 경계의 평균 오차 최대 약 19% 줄였다 고려대 안암병원·구로병원·순천향대 공동 연구팀

AI로 아래턱 신경손상 위험 최소화 가능케한다

고려대학교 안암병원 치과 구강악안면외과 송인석 교수 연구팀이 고려대학교 구로병원 치과교정과 정석기 교수, 고려대학교 구로병원 치과 구강악안면외과 임호경 교수, 순천향대학교 컴퓨터공학과 조용원 교수와 함께 치과용 3차원 엑스레이(CBCT) 영상에서 하치조신경의 위치와 경로를 자동으로 찾아내는 인공지능 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 하치조신경은 아래턱 치아와 아랫입술의 감각을 담당하는 중요한 신경으로, 사랑니 발치, 임플란트, 양악수술 등에서 손상되지 않도록 수술 전 정확한 확인이 필요하다. 하치조신경이 손상되면 아랫입술이나 턱 부위의 감각이 둔해지거나 저린 증상이 생길 수 있고 심한 경우 증상이 오래 지속돼 환자의 일상생활에 영향을 줄 수 있다. 이 때문에 치과와 구강악안면외과 수술에서는 수술 전 영상검사를 통해 신경이 어디를 지나가는지 정확히 확인하는 과정이 매우 중요하다. 영상검사를 위해서는 CBCT를 활용하게 되는데, 입과 턱뼈를 입체적으로 보여주고, 일반 엑스레이보다 턱뼈 안쪽 구조를 자세히 볼 수 있어 아래턱 신경의 위치를 확인하는 데 도움이 된다. 하지만 하치조신경은 가늘고 길게 휘어져 있으며 사람마다 위치와 모양이 다르다. 또, 의료진이 영상에서 신경을 하나하나 표시하는 데 시간이 오래 걸린다. 영상이 흐리거나 신경 주변 뼈의 경계가 뚜렷하지 않은 경우에는 정확한 확인이 더 어렵다는 한계점이 지적되어 왔다. 연구팀은 이러한 한계를 줄이기 위해 인공지능 기술인 CNN과 트랜스포머 기술을 결합한 새로운 딥러닝 모델을 개발했다. CNN은 영상에서 모양과 경계를 찾아내는 데 강점이 있는 인공지능 기술이며, 트랜스포머는 떨어져 있는 부분 사이의 관계를 함께 살펴보는 데 유리한 기술이다. 연구팀은 두 기술의 장점을 결합해 가늘고 복잡하게 이어지는 하치조신경을 보다 안정적으로 찾아내도록 했다. 이번 연구에는 고려대학교 안암병원과 고려대학교 구로병원에서 수집한 환자 130명의 CBCT 영상이 사용됐다. 고려대학교 안암병원 자료는 모델 개발과 내부 검증에, 고려대학교 구로병원 자료는 외부 검증에 활용됐다. 이를 통해 한 병원의 자료에만 맞춰진 기술이 아니라 서로 다른 병원과 장비 환경에서도 성능을 확인했다. 연구팀은 인공지능이 찾아낸 하치조신경의 위치가 전문가가 직접 표시한 위치와 얼마나 잘 맞는지 확인했다. 그 결과, 연구팀이 개발한 모델은 기존 대표 인공지능 모델과 비교해 하치조신경 위치 일치도를 약 5% 개선하고, 신경 경계의 평균 오차를 최대 약 19% 줄였다. 또한, 신경 경계의 평균 오차가 약 1mm대 수준으로 나타나, 얇고 길게 이어지는 하치조신경의 위치와 경계를 보다 안정적으로 확인할 수 있음을 보였다. 특히 연구팀의 모델은 하치조신경처럼 얇고 긴 구조가 중간에 끊기지 않고 이어지도록 분석하는 데 강점을 보였다. 향후 임플란트, 사랑니 발치, 양악수술 등 턱뼈 주변 시술 전 하치조신경의 위치와 경로를 더 정확히 파악하는 데 활용될 수 있으며, 이를 통해 신경손상의 가능성을 최소화 하고 진단과 치료의 정확도를 높이는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 연구팀은 “나아가 환자의 후유증과 추가 치료 부담을 줄여 의료·사회적 부담을 완화하는 데도 기여할 수 있을 것”으로 전망했다. 고려대학교 안암병원 치과 구강악안면외과 송인석 교수는 “하치조신경 손상은 환자의 감각 이상과 삶의 질 저하로 이어질 수 있어 수술 전 정확한 확인이 매우 중요하다”며 “이번 연구는 인공지능을 활용해 의료진의 판단을 돕고, 보다 안전한 치과·구강악안면 수술 환경을 만드는 데 한 걸음 다가간 결과”라고 말했다. 이번 연구 ‘Deep learning for automatic segmentation of the inferior alveolar nerve using a hybrid CNN–transformer framework’는 국제학술지 ‘Scientific Reports’에 게재돼 주목받고 있다.

다중결합 메커니즘 적용한 범용성 폐암 표적 항암 플랫폼 원천기술 개발

덱사메타손 처리로 암세포 표적 리간드 발현 높여 폐암 선택적 표적 기술 개발 자가 맞춤형 세포 전달 항암제의 새로운 핵심 플랫폼 기술로 활용 기대 가천대학교 의과대학 강동우 교수(의예과) 연구팀

다중결합 메커니즘 적용한 범용성 폐암 표적 항암 플랫폼 원천기술 개발

가천대학교 의과대학 강동우 교수(의예과) 연구팀이 줄기세포 세포막(스템좀)을 이용해 다양한 종양의 유전적 변형에 대응할 수 있는 ‘범용성 폐암 표적 항암 플랫폼’ 원천기술을 개발했다. 이번 연구 결과는 세계적인 국제학술지인 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science, IF 14.1)’에 11일자로 온라인 게재됐다. 이 연구에는 가천대학교 의과대학 강동우 교수와 청주대학교 바이오의약학과 이영기 교수가 공동교신저자로, 가천대학교 융합의과학원 김근혜 박사과정생(제1저자)과 ㈜엑토좀 권인아 연구원이 공동 제1저자로 참여했다. ▲(왼쪽부터) 강동우 교수, 이영기 교수, 김근혜 박사과정생, 권인아 연구원 폐암은 유전자 변이로 인해 기존 표적 약물에 반응하지 않는 환자가 전체의 70%에 달하는 대표적인 난치성 질환이다. 특히 표적인자가 없을 경우 10년 생존율이 10%에 불과해 환자의 다양한 종양 변형에 대응할 수 있는 범용성 표적 항암 플랫폼의 필요성이 꾸준히 제기되어 왔으나, 뚜렷한 해결책을 찾지 못했다. 연구팀은 유전자 변형 과정 없이 줄기세포에 비교적 간단한 약물인 ‘덱사메타손(Dexamethasone)’을 처리하는 것만으로 암세포 표적 리간드 발현을 높여 폐암을 선택적으로 표적 할 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 이에 앞서 지난 2023년 세계 최초로 줄기세포 막 단백질을 이용해 췌장암 조직으로 약물이 잘 전달되게 하는 전달체인 ‘스템좀(Stemsome)’을 정의한 바 있다. 당시에는 암세포 표적을 위해 암세포에서 나오는 배양 성분을 사용해 임상 적용 시 규제 및 허가 상의 한계가 존재했다. 그러나 이번 연구에서는 환자의 암세포 배양 성분이나 유전자 조작 없이 줄기세포를 덱사메타손에 노출시키는 것만으로 폐암 표적률을 월등히 높이는 데 성공했다. 상용화된 AI 기술을 사용하여 메커니즘을 분석한 결과, 줄기세포에서 증폭된 리간드 단백질 중 ‘NOTCH 3’와 ‘EPHA 2’의 과발현이 폐암을 표적 하는 주요 단백질임이 밝혀졌다. 특히 하나의 표적 단백질만을 공략하는 기존의 항체 치료와 달리, 암세포에서 과발현되는 여러 표적 단백질을 동시에 도킹하는 ‘다중결합(Multi-valency)’ 메커니즘을 통해 암세포에 강력하게 결합한다는 사실을 최초로 규명했다 강동우 교수는 “이번 연구 성과는 자가 및 동종 줄기세포를 이용해 표적 단백질이 알려지지 않은 췌장암과 폐암 모두에 적용 가능하다는 것을 증명한 것”이라며 “향후 의약품 규제가 해결되면 자가 맞춤형 세포 전달 항암제의 새로운 핵심 플랫폼 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다. ▲덱사메타손 처리로 암 표적화 능력을 강화한 줄기세포 유래 스템좀 기반 나노약물 전달체의 제작 및 작용 모식도

치료 전 ‘뇌 기능적 연결성’ 확인, 청소년 우울증 항우울제 치료 반응 예측

약물 치료 경험 없는 우울증 청소년 대상 뇌 ‘기본모드네트워크’ 분석 우울한 생각 주관하는 뇌 영역이 감각·인지 관여 영역과 활발히 연결돼 있을수록 우울 증상 감소 폭 크다 치료 전 뇌 기능적 연결성 높을수록, 8주 후 우울 증상 감소 폭 컸다 서울대병원 · 고려대구로병원 연구팀

치료 전 ‘뇌 기능적 연결성’ 확인, 청소년 우울증 항우울제 치료 반응 예측

치료 전 뇌의 기능적 연결성을 확인하는 것만으로 청소년 우울증 환자의 항우울제 치료 반응을 미리 예측할 수 있는 가능성이 확인됐다. 우울한 생각을 주관하는 뇌 영역이 감각·인지 관여 영역과 치료 전부터 활발하게 연결되어 있을수록 약물 투여 후 우울 증상 감소 폭이 크다는 것이다. 서울대병원 소아청소년정신과 김재원 교수팀(고려대구로병원 정신건강의학과 장문영 교수, 서울대병원 의생명연구원 이경화 교수)은 약물 치료 경험이 없는 12~17세 청소년 우울증 환자 70명을 대상으로 치료 전 기능적 자기공명영상(rs-fMRI)을 촬영해 뇌 기능적 연결성과 ▲[사진 왼쪽부터] 서울대병원 소아청소년정신과 김재원 교수, 고려대구로병원 정신건강의학과 장문영 교수, 서울대병원 의생명연구원 이경화 교수 항우울제 치료 반응의 연관성을 분석한 결과를 12일 발표했다. 뇌 발달 시기에 발병하는 청소년 우울증은 제때 치료하지 않으면 학업 및 사회적 기능 저하로 이어지고, 성인기 정신 건강에도 영향을 미칠 수 있어 초기에 효과적인 치료 전략을 찾는 것이 중요하다. 청소년은 성인과 뇌 신경생물학적 기전이 다르고 우울감을 신체 증상으로 호소하는 경향이 있어, 약물 치료 반응에서도 차이를 보인다. 1차 치료제인 ‘선택적 세로토닌 재흡수 차단제(SSRI)’ 투여 시 약물 저항성이나 부작용이 나타나기도 하지만, 이를 사전에 예측할 수 있는 지표가 없어 새로운 바이오마커 발굴이 절실한 상황이었다. 이에 연구팀은 성인 우울증 치료 예측 지표로 주목받아 온 뇌의 ‘기본모드네트워크(DMN)’에 주목했다. 기본모드네트워크란 사람이 쉬고 있을 때 활성화되는 뇌 네트워크로, 복내측 전전두피질·배내측 전전두피질·후방대상피질로 구성되며 자아 성찰·반추 등 내면으로 향하는 인지 작용 및 우울증과 밀접한 관련이 있다. 연구팀은 서울대병원 소아청소년정신과 기분과 불안(MAY) 클리닉에 내원한 약물 치료 경험이 없는 청소년 우울증 환자 70명을 대상으로 연구를 진행했다. 항우울제만의 순수한 치료 효과를 분석하기 위해 인지행동치료 등 다른 심리치료는 병행하지 않았다. 환자들은 치료 시작 전 약 10분간 휴지기 기능적 자기공명영상을 촬영해 뇌의 각 영역이 서로 얼마나 긴밀하게 신호를 주고받는지를 나타내는 ‘기능적 연결성’을 측정했고, 이후 8주간 SSRI 계열 항우울제인 에스시탈로프람(escitalopram)을 투여받았다. 그 결과, 소아청소년 우울 증상 평가척도(CDRS-R)로 측정한 평균 우울 점수는 치료 전 58.59점에서 8주 후 43.11점으로 평균 15.47점 감소했다. 이때 기본모드네트워크의 세 핵심 영역이 신체 감각 처리를 담당하는 섬엽·중심후회, 인지 조절을 담당하는 변연상회 등의 뇌 영역과 치료 전부터 더 활발하게 연결되어 있던 환자일수록 감소 폭이 크게 나타났다. 구체적으로 ▲복내측 전전두피질-좌측 중심후회 ▲복내측 전전두피질-좌측 섬엽 ▲배내측 전전두피질-우측 변연상회 ▲후방대상피질-우측 변연상회 간의 연결성이 강할수록 우울 증상이 뚜렷하게 감소했으며, 네 가지 모두 통계적으로 유의했다(p<0.001). 반면 기본모드네트워크 내부 영역들 사이의 연결성은 치료 반응과 무관했다. 이는 뇌가 부정적인 생각에 과도하게 빠지지 않도록 조절하고, 외부 자극을 처리하는 영역과 원활하게 소통하는 능력이 치료 성공의 핵심 기전일 수 있음을 시사한다. 우울증이 다양한 신체 증상으로 나타나기 쉬운 청소년의 특성상, 신체 감각 신경망과의 연결 능력이 치료 반응을 결정짓는 주요 요인일 수 있다고 연구팀은 설명했다. 고려대구로병원 장문영 교수는 “청소년 우울증은 발달 단계의 특성상 성인 우울증과 다른 신경생물학적 기전을 가질 수 있다”며 “이번 결과는 청소년 우울증의 항우울제 치료 반응을 이해하고 예측하는 데 중요한 단서를 제공한다”고 말했다. 서울대병원 김재원 교수는 “이번 연구는 청소년 우울증에서 항우울제 치료 반응이 치료 전 뇌 기능 연결성의 개인차와 관련될 수 있음을 보여준 결과”라며 “향후 더 큰 규모의 연구와 예측 모델 개발을 통해, 치료 초기부터 환자에게 더 적합한 치료 전략을 선택하는 데 도움이 되는 바이오마커로 발전시킬 수 있을 것”이라고 강조했다. 한편, 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘신경정신약물학(Neuropsychopharmacology, IF 7.1) 최신 온라인판에 게재됐다. [그림1] 항우울제 치료 반응과 관련된 뇌 기능적 연결성 [그림2] 치료 전 복내측 전전두피질과 좌측 섬엽 간 기능적 연결성(rsFC)(가로축)이 높을수록, 8주 후 소아청 우울 증상 평가척도(CDRS) 점수 변화량(세로축)의 감소 폭이 더 큰 것으로 나타났다(r = -0.603, p < 0.001).

지방간염에서 발병 기전 규명 및 신약 후보물질 치료 효과 입증

'DN203316' 투여후 간세포의 페롭토시스 억제와 간 섬유화가 현저히 완화되는 치료 효과 입증 “DN203316은 MASH 치료를 위한 기전에 근거한 신약 후보 물질로서 임상 개발 가능성 제시 경북대병원 내분비대사내과 박근규 교수 칠곡경북대병원 내분비대사내과 최연경 교수 연구팀

지방간염에서 발병 기전 규명 및 신약 후보물질 치료 효과 입증

경북대병원 내분비대사내과 박근규 교수와 칠곡경북대병원 내분비대사내과 최연경 교수 연구팀(제1저자 김예진 박사)은 대구경북첨단의료복합단지 신약개발센터 및 큐어버스와의 공동연구를 통해 대사이상 관련 지방간염(MASH)의 핵심 병인으로서 콜레스테롤에 의한 페롭토시스(ferroptosis)와 페록시솜 증식체 활성화 수용체 델타(PPARδ) 하향 조절의 역할을 규명하고, 신규 선택적 페록시솜 증식체 활성화 수용체 델타(PPARδ) 작용제인 ‘DN203316’이 페롭토시스를 억제하고 간 섬유화를 감소시키는 치료 효과를 입증했다. 대사이상 관련 지방간염은 전 세계적으로 만성 간질환과 간 관련 사망의 주요 원인으로 부상하고 있다. 식이 콜레스테롤은 지방간염의 발생과 진행을 유발하는 중요한 인자로 알려져 있으나, 이것이 간세포의 페롭토시스와 간 섬유화로 이어지는 구체적인 분자 기전은 충분히 밝혀지지 않았다. ▲(왼쪽부터) 김예진 박사, 최연경 교수, 박근규 교수 페롭토시스는 철 의존성 지질과산화에 의해 유도되는 조절 세포사로, 최근 지방간염에서 간세포 손상과 섬유화 진행을 매개하는 주요 병리 기전으로 주목받고 있다. 연구팀은 지방간염 환자의 간 조직 및 콜레스테롤 식이 마우스 모델에서 현저한 지질 과산화와 함께 핵수용체인 페록시솜 증식체 활성화 수용체의 선택적 하향 조절이 나타남을 확인했다. 또한 콜레스테롤에 의한 페록시솜 증식체 활성화 수용체 델타 억제는 간세포의 항산화 기능을 떨어뜨려 페롭토시스를 유발했다. 또한, 페롭토시스가 발생한 간세포에서 미토콘드리아 DNA(mtDNA)를 포함한 이중가닥 DNA(dsDNA)가 다량 함유된 엑소좀이 분비되고, 간성상세포로 전달되어 STING?TBK1?IRF3 신호 경로를 활성화함으로써 간 섬유화를 유도함을 규명했다. 이를 바탕으로 공동연구팀이 개발한 신규 선택적 PPARδ 작용제 'DN203316'을 투여한 결과, 간세포의 페롭토시스가 억제되고 엑소좀 내 dsDNA 분비가 감소하면서 간 섬유화가 현저히 완화되는 치료 효과를 입증했다 (그림). 박근규 교수는 “이번 연구는 MASH 병태생리에서 콜레스테롤 유도 페롭토시스가 엑소좀 매개 섬유화 신호의 상위 유발자임을 규명한 점에서 의의가 있다”며, “DN203316은 현재 치료 옵션이 제한된 MASH 치료를 위한 기전에 근거한 신약 후보 물질로서 임상 개발 가능성을 제시한다”고 밝혔다. 이번 연구 성과는 과학기술정보통신부와 교육부에서 추진하는 중견연구자지원사업, 선도연구센터 지원사업, 글로컬 연구개발 지원사업의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 국제 저명 학술지인 ‘Experimental & Molecular Medicine (IF: 12.9)’ 6월 5일 게재됐다. <그림. 대사이상 관련 지방간염(MASH)의 발병 기전 및 DN203316 작용 모식도>



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열성경련, 당황하지 말고 아이 상태부터 확인한다
두 돌 아이를 키우는 A씨는 어느 날 밤 갑자기 열이 오른 아이를 돌보고 있었다. 해열제를 준비하던 중 아이의 눈이 위로 돌아가고 팔다리가 뻣뻣해지며 경련이 시작됐다. 아이는 주변 자극에 반응하지 않는 것처럼 보였고, A씨는 급히 소아진료가 가능한 가까운 응급실로 향했다. 다행히 경련은 수분 내 멈췄지만, 처음 겪는 아이의 경련에 A씨는 크게 놀라지 않을 수 없었다. 열성경련은 생후 6개월부터 만 5세 사이의 아이에게 비교적 흔하게 발생하는 소아 응급질환이다. 감기, 중이염, 장염 등으로 열이 나는 과정에서 나타날 수 있으며, 체온이 갑자기 오를 때 발생하는 경우가 많다. 열성경련이 발생하면 아이는 의식을 잃은 듯 반응이 줄고, 눈이 돌아가거나 팔다리를 뻣뻣하게 굳히고 떠는 모습을 보일 수 있다. 입술이 파래 보이거나 침을 흘리는 경우도 있다. 대부분은 몇 분 안에 회복되지만 보호자 입장에서는 매우 길고 위급하게 느껴진다. ▲고려대 안암병원 소아청소년과 변정혜 교수 고려대 안암병원 소아청소년과 변정혜 교수는 "열성경련은 성장 과정에 있는 아이의 뇌가 열 자극에 민감하게 반응하며 나타나는 경우가 많다"라며, "대부분은 특별한 후유증 없이 회복되지만, 경련 시간


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