신장이식은 말기 신부전 환자의 생존율을 높여주는 치료법이지만, 거부 반응이 발생할 위험도 존재한다. 거부 반응이 나타나면 환자의 항체·T세포 등이 이식된 신장을 공격해, 기능을 상실할 수 있다.
현재 거부 반응 진단은 신장이식 수술 후 환자의 조직을 생검(바늘로 채취)하는 방식으로만 이뤄지다보니 환자의 불편함과 출혈 등 합병증 위험이 있었는데, 국내 연구팀이 신장이식 환자의 피 한 방울로 이식 거부반응을 조기진단할 수 있는 가능성을 처음 제시했다.
김준기 울산의대 서울아산병원 융합의학과 교수, 신성 신·췌장이식외과 교수팀은 최근 표면강화 라만분광법(SERS)이라는 바이오마커 검출법과 인공지능 알고리즘 기반의 판별 기술을 이용해 신장이식 환자의 혈청에서 이식 거부반응을 조기진단하는 데 성공했다.
연구팀은 신장이식 환자의 거부반응 예후 분석을 통해 ▲이식 거부반응이 없는 군 ▲항체 매개성 거부반응군 ▲T세포 매개성 거부반응군으로 환자 샘플을 분류했다. 신장이식 후 장기 손상 및 기능 평가를 통해서는 라만신호의 판별 분석 과정에 대한 유효한 근거를 확보했고, 이를 바탕으로 신장 손상에 따른 라만신호의 진단 정확성에 대한 기여도를 판단했다.
SERS·인공지능 기반의 판별분석 후, 각 거부반응에 대한 판별 정확도는 인공지능 분석 알고리즘인 선형 판별분석(PC-LDA)과 부분 최소제곱 판별분석(PC-PLS-DA)에서 각각 93.53%, 98.82%를 기록했다.
연구팀은 이러한 인공지능 기반 분석기술을 통해 두 가지 거부반응이 혼재된 환자에 대한 모니터링 또한 가능하다는 사실도 추가로 확인할 수 있었다.
김준기 교수는 “환자 혈액에는 여러 요인에 의한 바이오마커들이 존재하며 마커 간 비율도 너무나 다양하다. 우리의 기술력으로 제작된 SERS 칩과 인공지능 알고리즘 분석을 통해 임상 환자 샘플에서 신장이식 거부반응을 진단할 패턴을 찾은 것은 상당히 고무적이다”라고 말했다.
신성 교수는 “침습이 적은 방식으로 한 방울의 혈청에서 고민감도의 진단이 가능해, 앞으로 추가 연구와 검증 과정들을 거친다면 신장이식 환자들이 간단한 혈액 검사로 거부반응을 진단받을 수 있을 것”이고 말했다.
이번 연구는 보건복지부 보건의료기술 연구개발사업 및 과학기술정보통신부 지원사업으로 진행됐다. 저자로는 김준기 교수(교신저자), 이상화 박사(공동 제1저자), 신성 교수(교신저자), 김진명 전문의(공동 제1저자)가 참여했으며 연구 결과는 ‘바이오센서스&바이오일렉트로닉스(Biosensors & Bioelectronics)’ 최신호에 게재됐다.
