암 조직 '3D·가상염색' 혁신...절개 없이 高해상도로 본다

인공지능(AI) 기반 3차원 가상 H&E 염색 및 병리 조직 정량 분석 결과

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)과 국제공동연구진이 첨단 광학 기술로 절개 없이 암 조직 3차원 구조를 실제처럼 가상 염색 영상으로 구현하는 기술을 개발했다.

인공지능(AI) 기반 딥러닝 알고리즘을 접목한 것으로, 암 조직을 얇게 절단해 염색한 뒤 관찰하던 전통 방식에서 벗어날 수 있게 됐다. 차세대 비침습 병리 진단 혁신을 기대할 수 있다.

KAIST는 박용근 물리학과 교수팀이 신수진 연세대 강남세브란스병원 교수팀, 황태현 미국 메이오클리닉 교수팀, 토모큐브 AI 연구팀과 함께 별도 염색 없이 암 조직 3차원 구조를 보여줄 수 있는 혁신 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

기존 암 조직 현미경 관찰 방식은 3차원으로 이뤄진 암 조직 특정 단면만 보여줘, 세포간 입체적 연결 구조나 공간 배치 파악은 한계가 있었다.

연구팀은 '홀로토모그래피(HT)'라는 첨단 광학 기술로 조직 3차원 굴절률 정보를 측정하고, AI 기반 딥러닝 알고리즘을 접목해 가상 염색(H&E) 이미지 생성에 성공했다.

H&E는 병리 조직 관찰에 가장 널리 사용되는 염색법이다. 세포 핵은 헤마톡실린으로 파란색, 세포질은 에오신으로 분홍색 염색된다.

연구팀은 이 기술로 생성한 영상이 실제 염색 조직 영상과 매우 유사함을 정량 입증했다. 다양한 장기·조직에서도 성능이 일관돼 차세대 병리 분석 도구로서 범용성·신뢰성을 입증했다.

또 토모큐브의 HT 장비를 활용해 한국·미국 병원 및 연구기관과 공동으로 기술 실현 가능성을 검증, 실제 병리 연구 현장에 도입할 수 있음을 보였다.

박용근 교수는 “병리학 분석 단위를 2차원에서 3차원으로 확장한 매우 의미 있는 성과”라며 “앞으로 미세 종양 환경 내에서 암 종양 경계나 주변 변역 세포 공간 분포를 분석할 수 있는 등 다양한 생의학 연구, 임상 진단에 널리 활용될 것”이라고 전했다.

연구는 박주연 KAIST 석박사통합과정 학생이 제1 저자로 참여했으며, 네이처 커뮤니케이션즈에 22일자 온라인 게재됐다. 연구는 한국연구재단 리더연구사업, 한국산업기술진흥원의 글로벌산업기술협력센터사업, 보건산업진흥원 지원을 받았다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com