서울아산병원 융합의학과 김준기 교수팀이 단일 세포의 물리 구조와 화학 성분을 동시에 분석할 수 있는 '광회절 단층 이미징-라만분광 멀티모달 시스템'을 구축하는데 성공했다. 이를 통해 호산구의 미세 변화를 포착, 희귀질환인 EGPA를 96%의 높은 정확도로 감별하는 데 성공했다.

'호산구 육아종증 다발혈관염(이하 EGPA)'은 발병 초기 증상이 천식이나 비강 알레르기와 유사해 오진되거나 진단이 지연되는 경우가 많다. 적기에 관리하지 못하면 폐, 신경, 피부 등 다양한 장기 침범으로 이어진다.

천식과 증상이 겹치는 초기 단계부터 구분이 쉽지 않은 만큼, EGPA를 객관적으로 감별하고 경과와 치료 반응을 정량적으로 추적할 수 있는 정밀 진단 기술의 필요성이 지속적으로 제기돼 왔다.

이에 대해 연구팀은 서울아산병원 알레르기내과 환자군에서 호산구를 분리한 후 자체 개발한 멀티모달 시스템을 적용했다. 먼저 광회절 단층 이미징(ODT) 기술로 형광 표지 없이 세포 내부의 3차원 구조를 재구성해 밀도 등 물리 지표를 정량화했다.

이어 동일 세포를 라만분광으로 연속 측정해 분자 화학 정보를 확보했다. 특히 호산구 내 과립의 고굴절률 영역을 표적으로 삼아 핵심 분자 특징을 추출하는 알고리즘을 적용, 배경 신호는 줄이고 질환 특이적 신호는 강화했다.

과립은 세포 내 소기관으로 중심부가 단단하게 뭉쳐 있어 빛에 강하게 반응하기 때문에 고굴절률 표적이 됐다. 이러한 지표를 통합해 분류 모델을 구축한 결과, EGPA 환자의 호산구를 대조군과 최대 96%의 정확도로 구분해 냈다.

연구팀은 기존 세포 분석은 전처리 과정 때문에 단일 세포의 구조와 분자 정보를 동시에 확보하기 어려웠지만, 무표지·비파괴 방식으로 하나의 호산구에서 3D 물리 지표와 라만 분자 지표를 동시 확보해 정밀 프로파일링이 가능함을 입증했다고 전했다.

한편, 이번 연구 결과는 화학 및 생명 의학 분야 저명 학술지인 '머티리얼즈 투데이 어드밴시스(Materials Today Advances, 5년 피인용지수 10.0)' 최신호에 게재됐다.