바이오인

1. 기술의 정의

현재 인류는 첨단 과학과 의료 기술의 발달로 인해 고령화가 전 세계적으로 문제가 되고 있으며, 결과적으로 수명 연장으로 인한 다양한 질병이 건강을 위협하고 있다. 특히 이러한 고령화 사회에서는 퇴행성 뇌질환, 뇌혈관 질환 등의 뇌질환 발생이 급격히 증가하기 때문에 이러한 뇌질환에 대한 예방, 진단 및 치료는 매우 중요한 분야로 인식되고 있다. 이러한 뇌질환의 진단에 있어 초기에 문진 및 정신신경학적 검사가 이루어지지만 가장 널리 사용되는 것이 뇌영상화 기술이다.

뇌 영상진단 시스템의 개발은 인간의 고등 정신 기능을 관장하는 뇌의 신비를 풀고자 하는 21세기 첨단 과학인 뇌과학에도 널리 이용되고 있다. 뇌 기능의 원리를 이해하게 되면 뇌 기능 향상이나 뇌질환 진단, 치료제 개발로 이어지는 것은 물론이고, 다양한 융합 기술을 통해 미래 산업의 새로운 패러다임을 제시할 수 있기 때문이다. 궁극적으로는 기초과학, 의학, 공학, 심리학 등 다양한 분야와 연관되어 뇌신경생물학, 뇌질환, 뇌인지, 뇌공학 등 다양한 융합연구를 발전시키고 있다.

뇌영상 기술은 크게 뇌를 해부학적으로 평가하는 기술과 기능적으로 평가하는 기술로 나눌 수 있다. 해부학적으로 평가하는 기술로는 대표적으로 컴퓨터단층촬영 (computed tomography, CT), 자기공명영상(magnetic resonance imaging, MRI), 뇌혈관촬영술(cerebral angiography) 등이 있으며, 기능적으로 평가하는 기술로는 단일광자방출단층촬영(single photon emission computed tomography, SPECT), 양전자방출단층촬영(positron emission tomography, PET)과 기능자기공명영상(functional magnetic resonance imaging, fMRI), 자기공명분광영상 (magnetic resonance spectros, MRS), 확산텐서영상(diffusion tensor imaging, DTI), 뇌자도(magnetoencephalography, MEG) 등이 있다.

CT와 MRI 및 뇌혈관촬영술 등은 뇌의 형태학적 변화를 비교적 빠르고 정확하게 확인하여 다양한 정보를 제공하는 장점이 있지만, 대부분 형태학적 변화에 앞서 뇌의 기능적 이상이 먼저 발생하기 때문에 형태학적 변화가 발생하기 이전 뇌의 이상에 대한 정보를 조기에 제공하지 못한다는 측면에서 아쉬움이 있다. 이런 이유로 뇌의 기능적 측면에 대한 평가 방법들이 지속적으로 연구되고 있으며, 특히 MRI는 fMRI를 중심으로 다양한 시퀀스(sequence) 개발을 통해, SPECT 및 PET는 다양한 바이오마커(biomarker) 개발을 통해 뇌질환의 진단 및 뇌기능의 평가에 뇌영상 기술을 활용하고자 노력하고 있다.

바이오마커는 정상적인 생물학적 프로세스, 병원성 프로세스, 또는 치료적 개입에 대한 약물학적 반응 등의 지표로서 객관적으로 측정되고 평가될 수 있는 특성으로 정의되며, 현대 의학의 핵심 요소라 할 수 있다(Biomarkers Definitions Working, 2001). 바이오마커는 질환의 진단, 분류 및 예후 예측에 활용될 수 있으며, 특히 질환이 발병하기 이전 단계에 적용되어 향후 발병을 예측할 수 있다면 더 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

이러한 유용성에도 불구하고 뇌신경계 질환에서 바이오마커가 진단적 지표로서 활발히 활용되고 있지 못하는 실정이다. 이에 대한 가장 주된 이유는 살아있는 인간 뇌(in vivo human brain)에 침습적인 직접 접근법이 가능하지 못한 경우가 많아, 질환의 원인을 밝히기 어렵고, 이로 인해 질환의 병태생리를 직접적으로 반영하는 바이오마커를 발굴하기 어렵기 때문이다. 그러나 뇌질환에 대한 접근에 있어 의사의 전문성과 경험에 바탕을 둔 문진과 함께 객관적인 지표로서 적절한 바이오마커가 활용될 수 있다면 진단의 신뢰성을 더욱 높일 수 있는 잠재력이 있다(Kraemer et al., 2012). 또한 보다 신뢰성 있는 진단은 병태생리 규명, 예후 파악, 치료 결정 및 치료법 개발 등에 보다 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대된다.

이러한 측면에서 뇌영상 기술은 살아있는 뇌에 대해 비침습적으로 구조적, 기능적, 신경화학적 정보를 다양하게 제공함으로써 뇌질환의 병태생리에 기반한 바이오마커 발굴에 크게 기여하였다. 또한 향후 임상에서 활용될 수 있을 정도로 충분하게 민감도와 특이도가 확보된 뇌영상 바이오마커 개발 결과들이 제시되고 있어, 가까운 미래에 뇌질환을 진단하고 예후를 예측하며 치료에 대한 반응을 평가하는 신뢰성 높은 뇌영상 바이오마커가 더욱 활발히 활용될 것으로 기대되고 있다.