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미 NIH 2025년 양자컴퓨팅 챌린지’에 우리나라 산학병 연구팀 과제 선정

'심혈관 질환 임상 위험 예측 및 진단을 위한 양자 알고리즘 연구과제 양자컴퓨팅과 의료기술 접목, 전 세계 의료 IT 환경 대변화 예고 서울성모병원-서울시립대-Singularity Quantum 합동 연구팀

미 NIH 2025년 양자컴퓨팅 챌린지’에 우리나라 산학병 연구팀 과제 선정

미국 국립보건원이 주최한 ‘2025년 양자컴퓨팅 챌린지(NIH Quantum Cmputing Challenge)’에 우리나라 산학병 연구팀이 국내 처음으로 유일하게 선정되었다. 서울성모병원-서울시립대학교-Singularity Quantum 합동 연구팀 (서울성모병원 영상의학과 정정임 교수, 순환기내과 윤종찬 교수, 총괄 대표 연구자 서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부 안도열 석좌교수)의 '심혈관 질환 임상 위험 예측 및 진단을 위한 양자 알고리즘 (Quantum Algorithms for Clinical Risk Predict ions and Diagnosis for Cardiovascular Disease)' 연구과제가 생물의학 영역에 양자컴퓨팅 기술을 적용한 혁신적인 아이디어로 선정된 것이다. 양자컴퓨팅은 0과 1을 동시에 표현해 다수의 연산이 가능한 큐비트(qubit)라는 개념으로 계산하는 컴퓨터를 이용한 차세대 IT 기술이다. 양자컴퓨터가 본격 상용화되면 신약 개발 시 하나하나 실험을 거쳐야 했던 작업을 단번에 최적화된 신물질을 정밀하고 신속하게 찾는 것이다. 이번 과제 선정으로 양자컴퓨팅과 의료기술을 접목한 성과가 인공지능(AI)에 이어 전 세계 의료 IT 환경 혁신에 선두적인 역할을 할 것으로 기대되고 있다. 총 130만 달러(한화 약 18억 2천만원) 상금 규모의 이번 챌린지는 국립보건원 산하 국립전환과학진흥센터 (National Center for Advancing Translational Sciences) 주관으로 진행되었다. 아이디어 구상 및 계획(1단계)과 양자 알고리즘 개발 및 하드웨어 구현(2단계)으로 나뉘어 진행되며, 연구팀은 1단계 심사결과 국내에서 유일하게 선정되는 성과를 거두고, 현재 2단계 실증 사업에 접어든 상태다. 연구 목표는 양자컴퓨팅 기반 전산유체역학 분석을 통해 기존 분석보다 실행 속도와 정확도를 높여 심혈관 질환의 병태 생리를 규명하고 예후를 예측하는 기술을 구현하는 것이다. 해당 기술이 상용화된다면 심장의 수축 기능, 염증이나 면역 반응과 같은 전신적 요인을 포함한 다양한 변수들을 동시에 고려하여 심혈관계 전반에서 개인별 맞춤형 치료 계획을 제공할 수 있게 된다. 심혈관 질환은 우리나라 사망원인 2위를 차지하고 있으며, 2021년 기준 전체 허혈성 심장질환자만 해도 약 100만 명에 달한다. 그 중 심근경색에 국한하여 보더라도 연간 34,612건이 발생하여 10년 전 대비 54.5% 증가하고 있는 만큼, 이에 맞춤형 조기 진단의 중요성이 더욱 부각되고 있다. 이번 연구에 참여하는 정정임, 윤종찬 교수는 "현재 개발 중인 양자컴퓨팅 기반 분석은 기존 CT 영상의 해부학적 분석의 한계를 넘어 심장내 혈역학적인 정보를 통합함으로써 환자 개개인에게 맞춤화된 치료를 제공할 수 있는 토대가 될 것" 이라고 연구의 의미와 중요성을 강조했다. 총괄 대표 연구자 안도열 교수는 "의료 분야에 양자컴퓨팅을 적용하는 것은 실제 산업 현장에서 혁신을 이룰 수 있음을 보여주는 중요한 사례“라며 연구의 의미와 중요성을 강조했다. 이번 연구는 메릴랜드 대학교 국립양자연구소로부터 매년 최대 8만 달러 상당의 아이온큐 양자 장치 컴퓨팅 크레딧과 시뮬레이션 클러스터 무제한 사용 지원을 받게 되며, 아마존 AWS 코리아의 클라우드 인프라 및 플랫폼 지원도 확보했다. 이러한 국제적 협력 네트워크를 통해 서울성모병원은 글로벌 양자의학 연구의 중심지로 자리매김할 전망이다.

갑작스러운 호흡곤란과 흉통 발생 ‘폐색전증’ 치명적일 수 있다

폐색전증과 심부정맥혈전증의 70%가 60세 이상 숨찬 증상 가볍게 여기지 말아야,조기 진단과 치료 가장 중요 순천향대 부천병원 호흡기알레르기내과 황헌규 교수

갑작스러운 호흡곤란과 흉통 발생 ‘폐색전증’ 치명적일 수 있다

70세 A씨가 갑작스러운 호흡곤란으로 응급실에 실려 왔다. 진단 결과는 ‘폐색전증’. 한 달 전 왼쪽 다리 골절로 병상에 누워 지내던 중 혈전이 생겨 폐혈관을 막은 것이다. 신속한 진단이 없었다면 생명을 잃을 수도 있었다. 오늘은 초고령화 시대에 발병률이 더욱 증가할 것으로 예상되는 ‘폐색전증’에 대해, 순천향대 부천병원 호흡기알레르기내과 황헌규 교수와 함께 알아본다. 폐색전증은 혈액이 탁하거나 끈적해져 응고된 ‘혈전(피떡)’이 혈류를 따라 이동하면서 폐혈관을 막는 질환이다. 호흡을 통해 우리 몸에 들어온 산소는 폐포에서 폐혈관으로 옮겨가 적혈구를 타고 각 신체 기관에 전달되는데, 폐혈관이 막히면 산소 공급이 끊겨 갑작스러운 호흡곤란과 흉통이 발생한다. 조기에 발견하지 않으면 치명적일 수 있다. ▲ 황 헌규 교수 황헌규 교수는 “숨이 차는 흔한 원인은 천식의 악화, 만성폐쇄성폐질환의 급성 악화, 폐렴, 기흉, 심부전의 악화 등이 있다. 이러한 원인이 없다면, 호흡곤란의 감별진단에서 꼭 기억해야 할 질환이 바로 폐색전증”이라고 말했다. 폐색전증은 고령자, 암 환자, 오랜 침상 안정이 필요한 부동 상태의 환자, 정맥혈전 병력이 있는 환자나 가족력이 있는 사람, 고령의 임신부 등이 고위험군이다. 특히 다리 골절 등으로 장시간 움직이지 않고 누워 있으면 혈액 흐름이 느려져 끈적한 혈전이 생기기 쉽다. 서구에서는 1,000명 중 1명꼴로 발생하는 질환이며, 국내에서는 2,000명 중 1명꼴이다. 그러나 고령층 인구가 증가하면서 국내 발병률도 꾸준히 오르고 있다. 국내 정맥혈전 환자(폐색전증과 심부정맥혈전증)의 70%가 60세 이상이다. 황 교수는 “지난해 말 우리나라는 65세 이상 노인이 전체 인구의 20% 이상을 차지하는 초고령화 사회에 진입했다. 앞으로 폐색전증을 포함한 정맥혈전 질환의 발병률은 더욱 증가할 것으로 예상된다”고 말했다. 진단은 정맥 초음파, CT 폐혈관조영술 검사 등을 통해 이뤄지며, 폐색전증이 확인되면 혈전 형성을 막기 위해 항응고제 치료를 시작한다. 기존에 사용되던 약제 ‘와파린’은 특정 음식이나 다른 약물에 따라 효과가 달라지고, 주기적인 혈액검사를 통해 적정용량을 조절해야 하는 불편함이 있었다. 최근에는 이러한 단점을 보완한 ‘직접 경구 항응고제(DOAC, 도악)’가 널리 사용되고 있다. 국내에서는 리바록사반, 아픽사반, 에독사반, 다비가트란 등이 주로 쓰인다. 직접 경구 항응고제를 복용 중이더라도, 다른 질환으로 인한 수술은 대부분 가능하다. 출혈 위험이 낮거나 중간 수준인 수술은 수술 전날과 당일 약을 중단(총 2일)하고, 수술 다음 날 다시 복용을 시작하면 된다. 출혈 위험이 매우 낮은 스케일링이나 발치 등은 약을 끊지 않고도 시행할 수 있다. 황 교수는 “폐색전증은 조용히 찾아오는 위험한 병이다. 고령에서는 암이나 골절이 흔하고, 복용하는 약물도 다양해 언제라도 갑작스럽게 폐색전증이 발생할 수 있다. 따라서 고령층은 숨찬 증상을 결코 가볍게 여기지 말고, 조기에 진단하고 치료받는 것이 무엇보다 중요하다”고 강조했다.

자율적 이동 생명체 세포로봇 개발

생체 부산물인 ‘요소(urea)’ 연료로 사용하는 자가 추진 세포로봇 개발 복잡한 외부 제어 장치에 의존하지 않아 구동 메커니즘이 훨씬 간단하고 생체친화적이다 정밀 약물 전달이나 차세대 세포 기반 치료법의 원천기술로 활용될 수 있을 것으로 기대 KAIST 화학과 최인성 교수 연구팀

자율적 이동 생명체 세포로봇 개발

현재 전 세계적으로 마이크로 및 나노급의 작은 입자 기반의 비생명체 자가 추진 로봇 기술은 활발하게 연구되고 있는 반면에, 세포와 같은 생명체 구성 요소를 직접 활용한 세포로봇 연구는 아직 초기 단계에 머물러 있다. KAIST 연구진이 세포 기반 시스템의 자율적으로 이동하는 세포로봇을 개발하는데 성공했다. 향후 정밀 약물 전달이나 차세대 세포 기반 치료법의 원천기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. KAIST 화학과 최인성 교수 연구팀이 외부 동력 장치나 복잡한 기계 구조 없이, 생체 부산물인 ‘요소(urea)’*를 연료로 사용하는 자가 추진 세포로봇을 개발했다고 30일 밝혔다. *요소(urea): 사람을 포함한 대부분의 동물 체내에서 단백질을 분해하면서 생기는 노폐물로 생명체 안에서는 단백질 대사 과정에서 암모니아를 독성이 낮은 형태로 전환하여 배출하는 중요한 역할을 함 ▲ (왼쪽부터) 최인성 교수, 이호재 교수, 한상영 석박사통합과정, 임형빈 석박사통합과정, 김나영 석박사통합과정 연구팀이 구현한 세포로봇은 방향성을 갖고 스스로 이동할 수 있으며, 원하는 물질을 운반하거나 주변 환경 제어 기능을 탑재할 수 있는 다기능성 플랫폼으로 설계됐다. 연구팀은 쉽고 안정적으로 얻을 수 있는 생명체이면서 부산물로 생성된 에탄올 활용 가능성이 있고, 인공적인 복잡한 외부 장치 없이 생명체 스스로 만들어내는 물질을 활용할 수 있는 ‘효모’에 주목했다. 제빵과 막걸리 발효에 사용되는 효모(이스트, yeast)는 포도당을 분해해 에너지를 얻는 대사 과정에서 알코올(에탄올)을 부산물로 생성하는데, 연구팀은 이때 생성된 에탄올을 활용해 효모 표면에 생체친화적인 방식으로 나노 껍질을 형성할 수 있는 원천기술을 개발했다. 이를 위해, 알코올산화효소(AOx)와 겨자무과산화효소(HRP)로 구성된 효소 시스템을 도입했다. 이 효소 시스템은 효모의 포도당 분해 반응과 연계된 연쇄적 효소 반응을 유도하며, 그 결과로 멜라닌 계열의 나노껍질이 효모 표면에 형성된다. 특히, 이번에 개발된 화학적 방법론은 효모가 성장하고 분열하는 동안에도 나노껍질 형성이 지속적으로 일어나도록 설계돼 있어서, 세포의 형태 변화에 따라 비대칭적인 세포-껍질 구조가 자연스럽게 생성된다. 예를 들어, 분열 중인 세포 전체를 감싸는 껍질이 형성되기도 하지만, 모세포 부분에는 껍질이 생성되고 딸세포 부분에는 형성되지 않는 구조도 만들어진다. 연구팀은 세포를 감싸는 나노껍질에 우레아제(urease)*를 부착하고 세포로봇의 움직임을 관찰했다. 우레아제는 요소를 분해하는 촉매 역할을 하며 세포로봇이 스스로 움직일 수 있도록 구동력을 만들어내는 핵심 역할을 수행하며 비대칭 구조를 가진 세포로봇이 보다 명확한 방향성을 갖고 자가 추진하는 현상을 확인했다. *우레아제(urease): 요소를 분해해 암모니아와 이산화탄소를 만드는 효소 이번에 개발된 세포로봇은 세포 주위에 존재하는 물질만으로 자가 추진이 가능하고, 자석이나 레이저 등 복잡한 외부 제어 장치에 의존하지 않아 구동 메커니즘이 훨씬 간단하고 생체친화적이다. 또한, 나노껍질에 다양한 효소를 화학적으로 접합할 수 있어, 다양한 생체 물질을 연료로 활용하는 세포로봇의 확장 개발도 가능하다. 이번 연구의 제1 저자인 화학과 김나영 박사과정은 “자가 추진 세포로봇은 스스로 환경을 감지하고 반응하며 움직이는 능력을 지닌 새로운 개념의 플랫폼으로, 향후 암세포 표적 치료나 정밀 약물전달시스템 등에서 중요한 역할을 할 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 지난 6월 25일 오후 2시(미국 동부시각) 온라인판에 게재됐다. 한편, 이번 연구는 한국연구재단 기초연구사업 중견연구과제(제목: 세포대사 연계형 단일세포나노피포화)의 지원을 받아 수행됐다. < 그림 1. 세포 로봇의 모습 > < 그림 2. 세포대사 연계형 자율적 SCNE 방법론을 보여주는 모식도. AOx와 HRP로 구성된 다효소 시스템을 도입하여 효모의 물질대사와 멜라닌 계열의 껍질 형성반응을 이어주었다. AOx는 효모가 물질대사를 통해 생성한 에탄올을 사용하여 과산화수소를 형성하고, 이를 HRP가 사용하여 멜라닌 계열 껍질 형성반응을 가속화하는 원리이다. > < 그림 3. 다양한 형태의 세포-껍질 구조체로부터 자가 추진 세포로봇의 형성 과정을 보여주는 도식. 세포대사 연계형 자율적 SCNE 과정에서는 효모가 분열하는 동안에도 나노껍질 형성이 지속적으로 일어나 세포 형태 변화에 따른 비대칭적인 세포-껍질 구조가 생성된다. 예를 들면, 모세포 부분에는 껍질이 형성되고 딸세포 부분에는 형성되지 않은 구조가 관찰된다. 효모의 표면에 형성된 멜라닌 계열의 껍질에 우레아제를 부착하면 요소를 연료로 하여 움직이는 자가 추진 세포로봇을 형성할 수 있다. 우레아제는 요소를 이산화탄소와 암모니아로 분해하며, 이들의 물속 이동속도 차이가 세포 주변에 전기장을 형성하여 세포로봇의 움직임을 유도한다. > < 그림 4. 비대칭적인 세포-껍질 구조를 지닌 세포로봇의 요소 용액에서의 자가 추진 이동양상을 보여주는 공초점 현미경 이미지. 껍질이 형성되지 않은 딸세포 부분이 이동방향의 앞을 향하며 이동하는 모습을 보인다. >

교모세포종 치료 효과 높인 광면역나노플랫폼 개발

광역학 치료와 면역항암제 결합한 차세대 항암 치료 전략 제시 실험군에서 면역세포 활성 증가, 생존율 100%, 종양 재발 징후 없음 등의 치료 효과 입증 가톨릭대 바이오메디컬화학공학과 나건 교수, 서울성모병원 신경외과 전신수 교수 ㈜엔비알 공동

교모세포종 치료 효과 높인 광면역나노플랫폼 개발

가톨릭대학교 연구팀(바이오메디컬화학공학과 나건 교수, 서울성모병원 신경외과 전신수 교수)과 ㈜엔비알이 공동으로 새로운 항암 면역치료 플랫폼을 개발해 난치성 뇌종양인 교모세포종(Glioblastoma) 치료의 새로운 가능성을 제시했다. 교모세포종은 치료 저항성이 매우 강한 고형암으로, 5년 생존율이 5% 미만에 불과한 반면 재발률은 90% 이상에 이르는 난치성 뇌종양이다. 특히 면역세포가 종양 내로 침투하기 어렵고 면역억제세포가 우세한 ‘냉 종양(Cold tumor)’ 특성으로 인해 면역항암제인 항PD-L1 항체치료제 단독 요법으로는 치료 효과가 제한적이다. ▲ 나 건 교수 ▲ 전 신수 교수 이에 공동 연구팀은 광역학 치료에 사용되는 FDA 승인 고분자 기반 표적 광감각제와 면역항암제를 병용 투여하는 광면역나노플랫폼을 새롭게 설계했다. 해당 플랫폼은 종양 내에서 광 자극을 통해 활성산소(1O2)를 생성해 암세포를 사멸시키는 동시에 면역세포를 활성화시켜, 종양 내 면역 환경을 ‘뜨거운 종양(Hot tumor)’으로 전환하고 면역항암제의 치료 효과를 크게 향상시켰다. 이번 연구는 생쥐의 뇌에 종양세포를 주입해 인간의 교모세포종과 유사한 환경을 재현한 동물실험을 통해 진행됐다. 실험 결과, 해당 플랫폼을 적용한 실험군에서는 면역세포 활성 증가, 생존율 100%, 종양 재발 징후 없음 등의 치료 효과가 입증됐다. 이는 기존 면역항암제 단독 요법으로는 유도하기 어려운 강력한 면역 반응을 이끌어낸 결과로 학문적·임상적 의미가 크다. 이번 연구 성과는 생체재료 분야의 권위 있는 국제 학술지 ‘Advanced Healthcare Materials’에 5월 21일 게재되며 학문적·기술적 우수성을 동시에 인정받았다. 연구 책임자인 가톨릭대 나건 교수는 “이번 결과는 면역 회피 특성이 강한 고형암 치료의 가능성을 제시하는 새로운 접근법”이라며 “향후 다양한 고형암에도 적용 가능한 차세대 광면역치료 기술로서 중개 연구와 실용화 측면에서 높은 확장성과 파급력이 기대된다”고 밝혔다. △ 교모세포종의 면역 환경을 조절하는 광면역나노플랫폼의 작용 개념도 (그림1) 교모세포종의 면역 환경을 조절하는 광면역나노플랫폼의 작용 개념도 광면역나노플랫폼이 교모세포종 내부에 선택적으로 축적된 후, 광역학 치료를 통해 면역원성 세포사멸 및 면역활성 사이토카인 방출을 유도하여 수지상세포의 항원제시 기능을 강화한다. 이 과정은 세포독성 T세포의 활성을 촉진하고 종양 침투를 증가시켜, 항PD-L1 항체치료제(아테졸리주맙)의 치료 반응성을 높인다. (그림 2) 교모세포종 정위 마우스 모델에서 광면역나노플랫폼의 면역활성 효과 분석 (좌상단) 교모세포종 내부에서 광면역나노플랫폼 내 광감각제(PXC)의 우수한 축적 능력이 형광으로 확인됐으며, 기존의 광감각제(Ce6) 또는 친수성 광감각제(PEGC) 대비 현저히 높은 종양 특이적 축적을 보였다. (우상단) PXC (빛 조사 O) plus 항 PD-L1 항체치료제는 종양 성장 억제뿐 아니라 생존율 측면에서도 유의미한 향상을 보였으며, 특히 항 PD-L1 항체치료제와 병용 시 생존율이 극대화됐다. (하단) 면역세포 분석 결과, 광면역나노플랫폼에서 수지상세포 및 세포독성 T세포 활성화가 증가한 반면, 면역억제세포(면역억제 대식세포, 골수 유래 면역억제 세포, 조절 T세포)는 현저히 감소했다. 이는 광면역나노플랫폼이 종양 내 면역 환경을 냉 종양(Cold tumor)에서 뜨거운 종양(Hot tumor)으로 효과적으로 전환시킴을 보여주는 실험적 근거이다.



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70세 A씨가 갑작스러운 호흡곤란으로 응급실에 실려 왔다. 진단 결과는 ‘폐색전증’. 한 달 전 왼쪽 다리 골절로 병상에 누워 지내던 중 혈전이 생겨 폐혈관을 막은 것이다. 신속한 진단이 없었다면 생명을 잃을 수도 있었다. 오늘은 초고령화 시대에 발병률이 더욱 증가할 것으로 예상되는 ‘폐색전증’에 대해, 순천향대 부천병원 호흡기알레르기내과 황헌규 교수와 함께 알아본다. 폐색전증은 혈액이 탁하거나 끈적해져 응고된 ‘혈전(피떡)’이 혈류를 따라 이동하면서 폐혈관을 막는 질환이다. 호흡을 통해 우리 몸에 들어온 산소는 폐포에서 폐혈관으로 옮겨가 적혈구를 타고 각 신체 기관에 전달되는데, 폐혈관이 막히면 산소 공급이 끊겨 갑작스러운 호흡곤란과 흉통이 발생한다. 조기에 발견하지 않으면 치명적일 수 있다. ▲ 황 헌규 교수 황헌규 교수는 “숨이 차는 흔한 원인은 천식의 악화, 만성폐쇄성폐질환의 급성 악화, 폐렴, 기흉, 심부전의 악화 등이 있다. 이러한 원인이 없다면, 호흡곤란의 감별진단에서 꼭 기억해야 할 질환이 바로 폐색전증”이라고 말했다. 폐색전증은 고령자, 암 환자, 오랜 침상 안정이 필요한 부동 상태의 환자, 정맥혈전 병력이 있는 환자나 가족력이 있는 사람,

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국내 최초 타액 기반 우울증 진단 보조 소프트웨어 의료기기 선보여
정신건강 디지털 헬스케어 전문기업 마인즈에이아이(대표 석정호)가 국내 최초로 타액 내 호르몬을 활용한 우울증 진단 보조 소프트웨어 의료기기 ‘마인즈내비(Minds.NAVI)’의 식품의약품안전처(식약처) 허가를 획득했다고 밝혔다. ‘마인즈내비’는 사용자의 자가보고식 심리 설문 평가와 함께, 타액 내 Cortisol(코르티솔) 및 DHEA(디하이드로에피안드로스테론) 농도 분석을 결합하여 우울증 진단을 보조하는 소프트웨어 기반 의료기기다. 이는 생물학적 지표를 활용한 우울증 진단 보조 기기로는 국내 최초이자, 세계적으로도 상용화된 사례가 없는 혁신적인 시도다. 마인즈에이아이는 연세대학교 강남세브란스병원 정신건강의학과 석정호 교수가 설립한 기업으로, 기존의 심리학적 평가 도구를 재구성한 ‘PROVE Battery’를 기반으로 ‘마인즈내비’를 개발했다. 이 소프트웨어는 사용자가 심리 설문을 완료한 후, 정해진 시간에 타액을 채취해 진단 기관으로 보내면 알고리즘이 이를 분석해 우울증 여부를 보조 진단하는 방식으로 작동한다. 특히, 123명의 피험자를 대상으로 진행된 확증 임상시험에서 ‘마인즈내비’는 민감도 97.22%, 특이도 95.24%라는 높은 진단 정확도를 기록하


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