정확하고 간단하게, 10분 내로 관절염 진단!

재료硏, 체액으로 관절염 신속 진단 및 구분 기술 개발

#1. 체액과 종이 센서만으로 관절염 94% 이상 정확 진단 및 구분

#2. 류마티스 관절염 중증도 구분 정확도 95% 이상 달성

#3. 기존 관절염 진단기술 대비 시간·비용은 ↓, 신속·간단·정확도는↑

□ 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 개발했다.

□ 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.

□ 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.

 용어 설명

ㅇ 골 관절염

- 관절을 보호하는 연골이 점차 닳아 없어지면서 통증과 뻣뻣함을 유발하는 퇴행성 관절 질환

ㅇ 류마티스 관절염

- 면역 체계의 이상으로 인해 관절의 활막에 만성 염증이 생기고 결국 관절 손상과 변형을 유발하는 자가면역 질환

ㅇ 대사체

- 생물체 내에서 대사 과정 중 생성되거나 소비되는 작은 분자 물질로, 생리적 상태나 질병 상태를 반영하는 생화학적 지표

ㅇ 표명증강 라만산란(SERS)

- 금속 나노구조 표면에서 라만 산란 신호가 수백만 배까지 증강되어 극미량의 물질도 검출할 수 있게 해주는 고감도 분광 분석 기술

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