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공존과 동행

전립선 암 발견을 위한 연구, '인공 개 코' 개발로 이어진다

  • 미래의 스마트 폰 앱이 될 수 있는 '인공 개 코'를 개발하기 위해 대규모 연구 계획

 

소변 샘플에서 전립선 암을 정확하게 탐지하는 의료 탐지견 Florin (이미지: MDD / Neil Pollock)

 

영국의 MDD(Medical Detection Dogs), 전립선 암 재단(PCF; Prostate Cancer Foundation), 매사추세츠 공과대학(MIT), 존스 홉킨스 대학의 다국적 과학자팀, 그리고 MDD에서 특별히 훈련된 한 쌍의 암 탐지견 한 쌍이 이룬 새로운 연구는 개의 코가 전립선 암 발견의 열쇠를 쥐고 있다는 것을 과학적으로 입증했다. 

 

이는 치명적일 수 있는 높은 <Gleason 등급*>의 암과 덜 위험한 낮은 등급의 암을 구분할 수 있는 보다 정확하고 비외과적인 조기 진단 도구이다.

 * 전립샘암의 악성 등급을 판정하는 지표

 

2000년대 중반으로 거슬러 올라가면, 개는 초기 전립선 및 기타 암을 정확하게 냄새맡을 수 있었다. 하지만 연구자들은 개가 감지한 냄새 요소와 정보처리 방식을 정확히 알지 못했다.

 

오늘 PLOS ONE*에 발표된 새로운 논문에서 연구자들은 처음으로 세 가지 접근 방식을 결합했다. 세 가지 접근 방식은 ▲개 후각 감지 인공지능(AI)을 통한 소변 샘플의 휘발성 유기 화합물(VOC; volatile organic compounds)에 대한 화학분석 의심되는 전립선 암에 대해 생체검사를 받은 남성의 소변 샘플에 대한 미생물 분석 등이다.

 * 온라인 과학전문지, 2006년부터 퍼블릭 라이브러리 오브 사이언스에서 간행하는 과학 저널이다. 과학 및 의학의 기본 조사와 연구를 다루고 있다.

 

4살 래브라도와 7살 비즐라는 <Gleason 9 전립선 암>을 포함한 질병 환자로부터 수집한 소변 샘플에서 전립선 암 냄새를 감지하도록 훈련받았다. Gleason 9 전립선 암은 조기 발견으로 가장 많은 혜택을 볼 수 있는 가장 치명적인 종양이다.

 

블라인드 된 샘플에서 Gleason 9 전립선 암을 발견토록 했을 때, 개의 후각 시스템이 양성 샘플을 정확하게 식별한 비율은 71%였다. 또한 개가 다른 질병을 가진 사람들을 포함하여 음성 샘플을 올바르게 무시하는 비율은 70~76%였다. 또한 개들은 질병이 없는 블라인드된 환자 샘플에 대해서는 73%의 식별 정확도를 보였다. 

 

이것은 가장 일반적으로 사용되는 전립선 암 검사인 PSA* 혈액검사와 비교되며, 개의 코를 기반으로 한 새로운 선별 도구가 PSA 검사를 지원하고 조기 진단을 개선하여, 더 나은 건강 결과와 생명을 구할 수 있는 방법이라는 것을 보여준다.

 * 전립선 특이 항원, Prostate-specific antigen

 

이것은 통제된 최초의 연구이다. <암 환자와 다른 건강한 환자>의 샘플은 인간 연구자와 개에게 모두 이중으로 블라인드 되었다. 이 발견은 개가 VOC(휘발성 유기 화합물)에서 가장 공격적이고 치명적인 형태의 전립선 암을 탐지하도록 훈련될 수 있음을 보여준다.

 

이전의 연구가 엄격하게 통제된 실험실 조건에서 <가스 크로마토그래피-질량 분광법(GC-MS)*>과 같은 분석 기술을 사용하여 개별 분자를 식별하는 것이었다면, 이 새로운 작업은 현실 세계의 동적으로 변화하는 냄새 환경을 고려한 것이다.

 * Gas Chromatography-Mass Spectrometry

 

냄새의 분자를 식별하면 기계 후각 인자로 알려진 <바이오 센싱 기계>와 거의 같은 방식으로 소변에서 전립선 암을 감지하는 <인공 개 코(로봇 코)>가 개발될 수 있다. 인공지능은 훈련된 개가 독특한 분자 특징을 가지고 있는 약물과 폭발물의 냄새를 맡는 방식에서 (냄새의 분자를 식별하는 방식을) 배우기 시작했다.


Medical Detection Dogs의 공동 창립자 Dr. Claire Guest은 다음과 같이 말한다.

"이 연구는 개의 코가 조기 전립선 암 진단을 위해 시급히 필요하고 더 정확하며, 비외과적인 방법의 열쇠를 쥐고 있음을 보여주었습니다. 전문적으로 훈련받은 암 탐지견 Florin과 Midas는 소변 샘플에서 매우 공격적인 전립선 암을 빠르고 정확하게 탐지했으며, 심지어 다른 전립선 질환을 앓고 있는 환자의 소변과도 구별했습니다. 이 추가 정보는 PSA를 뒷받침할 수 있으며, 단순히 소변 샘플 진단을 통해 전립선 암의 조기, 비외과적, 민감한 검출을 제공할 수 있습니다. 이것은 엄청난 잠재력을 가지고 있으며, 시간이 지나면 개 코의 능력이 전자기기로 변환될 수 있음을 뜻합니다."

 

PCF CEO인 Jonathan W. Simons는 다음과 같이 말한다.

"이 연구의 중요 요점 중 하나는 개가 전립선 암을 단순히 탐지하는 것이 아니라 가장 치명적인 전립선 암을 탐지한다는 것입니다. 조기 발견을 통해 가장 많은 혜택을 얻을 수 있는 암 말입니다. 결과는 현재 PSA 테스트를 넘어서 더 민감하고 구체적인 전립선 암 진단의 미래 개발로 이어질 수 있습니다. 이 접근법에 대한 강력한 증거를 바탕으로 우리는 기계 후각 진단 도구를 개발하기 위해 개 후각, 소변 VOC 및 소변 미생물군 프로파일링을 사용하는 대규모 연구를 계획하고 있습니다. '로봇 코'는 궁극적으로 미래의 스마트 폰 앱의 형태를 취할 수 있습니다."

 

물리학자 Andreas Mershin 박사는 다음과 같이 부연 설명한다.

"의사가 PSA 수치의 상승을 발견하기 몇 년 전에 스마트 폰이 매우 공격적인 전립선 암에 걸릴 위험이 있다는 경고를 보낼 수 있는 날을 상상해보십시오. 우리가 이 프로그램을 발전시켜 조기 전립선 암 진단 방법을 개발하는데 있어 이 개들의 놀라운 작업은 매우 중요합니다. 마찬가지로 중요한 것은 남성들이 시민 과학자가 될 수 있고, 시급한 이 문제를 해결하는 데 도움이 될 바이오 뱅크에도 기여할 수 있다는 것입니다. 전립선 암에 대한 로봇 코를 구축하면 다른 질병에도 확장할 수 있습니다."


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