한빛사 인터뷰
- 등록2023-04-28
- 조회1,242
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
COVID-19 현장진단으로서 신속 진단기기는 팬데믹, 엔데믹 시대에 하루 수백만회 이상 수행중에 있으며, 현장진단의 정확도/민감도 향상기술은 개별 환자의 치료 및 공중 보건에 큰 영향을 미칠수 있습니다. 특히 진단/스크리닝은 증상이 나타나기 전이나 무증상인 경우 중요하며, 이 단계의 진단이 바이러스 전파를 최소화하는 데 필수적입니다. PCR의 경우 높은 민감도로 표준 진단법으로 자리를 잡고 있으나, 비싼 진단 가격 뿐만 아니라, 바이러스 확산이 크지 않는 회복기 또한 양성으로 진단하기 때문에 불필요한 격리를 필요로 하기도 합니다. 반면 현장 진단 기술로서의 신속진단기기는 값싸고 빠른 진단이 가능함에도 불구하고, 그 민감도가 크게 떨어지는 단점 때문에 응용에 한계를 가지고 있습니다. 특히 신속 진단기기는 초기감염 (저역가) 환자에 대해서 50% 미만의 민감도를 보이며 실제 감염된 환자를 분별하는 능력이 크게 떨어지는 한계를 가지고 있습니다.
본 연구팀은 스마트폰 기반의 진단기술을 통해 현장진단 래피드키트의 한계를 극복하고자 하였으며, 독자적 딥러닝 알고리즘을 개발을 통해 사진을 찍고 서버에 보냄으로서 AI 진단으로 코로나 양/음성을 판단하는 기술을 개발하였습니다. 본 연구팀은 임상 데이터에 대한 블라인드 테스트 (n=1,500)를 통해 AI를 통한 민감도가 일반인 민감도인 72%에 비해 100%로 크게 증대하는 결과를 얻었고, 특히 무증상 혹은 감염초기 진단에 있어서 민감도가 일반인 51%에 비해 AI 적용시 91%로 크게 증대되었으며, 이를 통해 감염초기 진단이 가능함을 입증하였습니다. 또한 시중에 판매되는 8개의 모델에 대한 앱 기반 테스트 평가 결과 평균 민감도와 특이도는 각각 94.8%와 90.9%가 확인되어 스마트폰 AI의 범용성이 우수함을 보였습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
제가 연구를 진행한 곳은 광운대학교 전기공학과 이정훈 교수님 연구실(BSL)과 고려대학교 바이오의공학과 윤대성 교수님의 연구실(NBSL) 입니다. 이정훈 교수님 연구실에서는 샘플 전처리와 딥러닝을 이용한 진단을 하고 있습니다. Nafion 과 같은 permselective membrane에 전압을 가했을 때 일어나는 나노-전기동력학 현상을 이용하여 특정 물질의 물성에 따라 분리를 해내는 ICP 기반의 전처리와 AAO와 같은 나노구조물과 바이오 필터로도 작용하는 세포막에 압력을 가해 물질의 물성에 따라 분리하는 바이오-나노 하이브리드 필터 기반의 전처리가 있습니다. 또한 신속 진단기기 (Rapid kit or Lateral flow assay)와 같은 색상기반의 진단기기를 스마트폰으로 촬영하여 얻은 이미지에 머신러닝/딥러닝을 적용하여 진단하는 연구가 있습니다.
고려대학교의 경우 세포막을 전기화학적센서에 코팅하여 특정 마커에 선택적으로 감지하도록 하는 연구나 아밀로이드성 단백질을 이용하여 약물 스크리닝을 개발하는 연구를 하십니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
제가 신입생으로 입학하였을 때, 새로운 플랫폼을 개발한 연구실의 선배님께서 저에게 조언을 주신 것이 매일 매일 탑티어의 저널에서 나오는 논문들을 탐독하고, 이를 통해 우선 흐름을 파악하여 아이디어를 얻으라는 조언을 주셨습니다. 그 조언에 따라 3년간 묵묵히 논문들을 읽었습니다. 또한 다양한 분야의 흐름을 볼 수 있도록 BRIC에서 진행하는 세미나나 동향 리포트들을 탐독하였습니다. 이러한 과정에서 긴 시간 동안 노력에 대한 보상이 없는 것 같아 내적인, 외적인 갈등들이 있는 기간도 많았지만, 결국 교수님을 포함한 주변 분들의 도움으로 기회가 찾아왔고 결과물이 나오기 시작하였습니다. 그 중 연구적으로는 이번 해에 Nature communications에 두개의 논문에 공동 일저자로 개재하게 되었고, 상업적으로는 국제 특허와 기술 이전이 있었습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
분야의 이름에서부터 ‘바이오 의공학’ , 바이오, 의학, 공학 등 여러가지 분야가 담겨져 있는데, 그래서 다양한 분야의 지식이 요구됩니다. 지식이라는 것이 세상에 발견되지 않은 것들이 발견되는 경우도 많지만 기존에 존재하는 것을 다른 관점으로 보거나, 서로 다른 분야를 연결하는 과정에서도 새로운 지식이 됩니다. 그렇기에 다른 분야에 대한 열린 마음과 배우고자 하는 자세가 중요하다고 생각합니다. 사람이 어떤 것을 깊게 공부해 나갈수록 자신이 공부한 것을 지키고자 하는 마음이 강해지는데, 이러한 마음을 내려놓고 다른 분야에 도전하고 배우려는 마음이 중요하다고 생각합니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
앞서 진행하였던 이미지 기반의 딥러닝 연구를 신속진단기기가 아닌 다른 색상 기반의 플랫폼에도 적용해 나가고자 합니다. 또한 샘플 전처리 시스템과 통합하여 감염병으로 고통받는 저개발도상국에서도 고민감도의 진단기기를 저렴한 가격과 쉬운 접근성을 가지고 이용할 수 있도록 하고 싶습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
우선 이런 논문을 작성하신 기회를 주신 광운대학교 이정훈 교수님께 감사드립니다. 연구자로서도 많은 도움을 주셨지만 인간적으로도 많은 도움을 주셨습니다. 또한 사수 선배님처럼 저를 도와주신 가톨릭 관동대학교 유용경 교수님께 감사드립니다. 또한 저에게 본보기가 되어주신 김인수, 이동택, 박동성, 이상원 박사님께 감사드립니다. 마지막으로, 함께 연구해주신 이기백 교수님과 지도교수님이신 윤대성 교수님께 감사드립니다.
#신속 진단기기
# 스마트폰 진단
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