vol. 4 연세대학교 의과대학 2023.9 Vol. 4 뉴스레터 입니다

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황병진 교수 의생명과학부

_ 기초 및 임상 전문가와 소통하며 다학제적 접근 _ 유전체 분야와 시너지 효과 기대Q. 현재 중점 연구 분야를 소개해주시고, 아울러 해당 분야의 동향도 같이 짚어주세요. 전장유전체분석(GWAS)이 본격적으로 시작된 2005년부터 지금까지 population-level(다수의 환자)에서 다양한 마커 SNP들이 발견되었습니다. 또한 Bulk-RNA-seq, proteomics 등 다양한 오믹스 방법론들이 개발되었고, 유전형-표현형에 대한 이해의 폭이 넓어졌으며, 최근에는 ‘세포 하나’의 단위에서 heterogenous한 표현형을 볼 수 있게 되었습니다. 하지만 현재 단일세포 생물학은 기술적 처리량의 한계로 많은 표현형을 관찰하는 데 여전히 어려움이 있습니다. 개인 맞춤 유전체 의학시대에 발맞추어 여러 명의 환자에서 수행하던 bulk 수준의 DNA/RNA 분석을 ‘단일세포’로 확장하려면 고효율의 단일세포 처리량이 필수적입니다. 특히 최근 AI 같은 인공지능, 딥러닝을 활용한 멀티오믹스(e.g., 전사체, 후성유전체, 공간유전체) 데이터를 처리하기 위해서는 양질의 학습 데이터가 필요합니다. 제가 속한 연구팀(Single cell Functional Genomics Lab)은 기존의 처리량 한계를 극복한(기존의 수십수백 배) 초고효율 단일세포 프로파일링 기술을 보유하고 있기 때문에 다수의 환자/조건들을 동시에 분석해낼 수 있으며, 이를 통해 ‘단일세포 질병 유전체 아틀라스’를 구축하는 작업을 가속화할 수 있을 것으로 기대합니다.(이미지 : 셔터스톡)Q. 단일세포 질병 유전체 아틀라스가 구축된다면 어떤 기대효과가 있나요?멀지않은 미래에 전장유전체 수준의 단일세포 유전체 편집(Genome perturbation)이 가능해질 것입니다. GWAS에서 발견된 유전자의 ‘기능’을 궁극적으로 CRISPR와 같은 유전체 스크리닝을 통해 검증하는 작업은 필수적입니다. Bulk 수준에서의 유전체 편집은 ‘survival’ 같은 제한된 표현형만 보았다면, 단일세포 수준에서는 전사체, 단백체 등 다양한 표현형을 분석해 디테일한 유전형-표현형의 상관관계를 밝힐 수 있습니다. 현재의 최신 단일세포 처리량은 수십수백여 개의 타겟 유전자에 대해서만 효과를 볼 수 있는데, 앞서 언급한 고처리량 기술을 활용하면 전체 유전자(1-2만여 개) 수준에서도 스크리닝이 가능합니다.Q. 기대가 되는 연구들입니다. 앞으로의 연구 활동과 협업 가능한 분야에 대해 말씀해주세요. 미래의 유전체 의학은 협업의 중요성이 보다 더 강조되는 시대가 될 것입니다. 데이터가 방대하게 늘어나고 풀어야 할 문제가 복잡해짐에 따라 제가 속한 연구팀에서는 기초 및 임상 전문가와의 소통을 강화할 예정입니다. 의생명과학부는 면역, 암, 대사질환에 이르기까지 다양한 분야의 전문가들이 모여 다학제적 접근을 통해 제가 연구하는 유전체 분야와 시너지 효과를 내기를 기대합니다. 또한 ‘단일세포 질병유전체 아틀라스’ 제작을 위해 연세대학교의 훌륭한 임상 연구진과의 다양한 중개연구를 통해 연세의료원의 발전에 기여할 수 있도록 최선을 다하겠습니다. 황병진 교수 | 연세대학교 화학과 졸업 후 동대학원에서 2018년 게놈엔지니어링 및 생물정보학으로 박사학위를 받았다. 이후 미국 UCSF에서 박사후 연구원으로 근무하면서 첨단 단일세포 오믹스 방법론을 개발하고 이를 활용한 다양한 면역세포 아형을 연구해왔다. 주 연구 분야는 초고효율의 단일세포 오믹스 방법론을 활용해 population-level의 유전체 정보를 분석하는 것. 특히 약물 스크리닝 및 유전자가위 시스템을 활용해 앞서 발굴된 타겟 유전자들을 Perturbation하는 기능 스터디(Functional Genomics)에 관심이 많다. 2022년 9월, 의생명과학부 조교수로 임용되었다. 사진 : 연세대학교 의과대학ⓒ

이광석 교수 비뇨의학교실

_ 공학 전공 이력 살려 방광암의 빠른 진단 알고리즘 개발 _ 한국인의 전립선비대증 관련 역학자료 만들 계획 Q. 다양한 분야와 주제에 관심이 많으신 것 같습니다. 먼저 주 진료분야와 관심 분야에 대해 소개해주세요.전립선비대증을 포함한 배뇨장애와 요로결석은 기본적으로 대사증후군(metabolic syndrome)과 연관이 있다고 생각해 이에 대한 기초적인 분석을 진행하고 있습니다. 강남세브란스병원은 아시아 최초, 그리고 국내 최초로 MRI/초음파 융합 전립선 조직검사를 도입해 국내 선도적인 전립선 암 진단법을 활용한 진료 및 연구에 최선을 다하고 있습니다. 또 인공지능을 활용한 MRI 및 초음파 기반 암 진단 분야를 연구하고 있으며, 현재는 인공지능 기반 내시경을 활용한 방광암 진단에 대한 허가용 임상시험을 진행하고 있습니다. 연구자로서 초반 10년은 다양한 연구 분야에 대한 이해와 안목을 넓히는 시기라고 생각해, 그동안의 연구들은 비뇨의학과 영역이 아닌 다른 분야에 더 집중했었습니다. 앞으로 10년의 연구 활동은 좀더 비뇨의학 분야에 초점을 두고자 합니다. Q. 비뇨기 분야와는 상관없는 COVID-19 시절의 기사가 많이 검색됩니다. 어떤 스토리가 있는지 궁금합니다.지난 코로나 팬데믹 시기에, 코로나 의증 환자의 빠른 진단을 위해 기본적으로 검체 채취를 위한 공간의 활용도를 높여야 했습니다. 당시 상황에서는 국가 정책상, 소독을 위한 시간을 배제시키는 워킹 스루 방식을 선택했지요. 하지만 세계보건기구 등이 제시하는 감염병 관리 권고안은 검체 채취를 반드시 격리된 공간에서 진행하도록 되어 있습니다. 그러나 이 공간에 대한 소독방법 및 소독을 위한 시간이 명확하게 규정된 게 없어서 이에 대한 연구를 진행했습니다. 지난 3년 동안 범부처 감염병 방역기술 개발사업에 총괄책임자로 참여했고, “COVID-19 의증 환자의 조기 선별 진단을 위한 스마트 알고리즘 개발”이라는 주제로 서울대학교 산학협력단 등과 공동연구를 진행했습니다. 공조 시스템과 자외선을 활용해 약 2-3분 소독을 통해 99.5% 이상의 제거율을 확인했습니다. 이 기술은 외부 기업에 기술이전을 했고, 현재 상용화를 준비하고 있습니다. (이미지 : 셔터스톡)Q. 주 연구 분야 중 하나인 방광암 분야의 성과에 대해서도 소개해주세요. 카이스트 물리학과 및 ㈜토모큐브 사와 함께 방광암 세포의 빠른 진단을 위한 알고리즘 개발을 위해 과학기술부 과제를 진행했습니다. 방광암을 진단하기 위해서는 내시경을 활용한 진단이 필요합니다. 내시경시 방광 세척 혹은 자가 배뇨를 통한 소변 검체를 통해, 방광암 세포의 존재를 확인해야 합니다. 하지만 병리학적 진단을 위해 수많은 세포들을 일일이 현미경으로 확인해야 하는데, 방광암 세포의 구조를 인공지능에 학습을 시켜서 빠르게 진단할 수 있는 알고리즘을 개발했습니다. 방광암의 진단 및 재발 여부를 확인하기 위해 시행하는 방광내시경 영상을 인공지능으로 학습시켰습니다. 특히 의료진의 경험에 기반해 정성적으로 암의 존재 여부를 결정하고 이를 통해 수술적 조직검사를 진행하고 있으나, 방광암의 존재와 암의 악성도 여부를 영상 분석 기법을 활용하는 기술을 개발했습니다. 이 특허 역시 외부 기업에 기술이전을 시행했고, 허가용 임상시험을 위한 국책과제를 진행하고 있습니다. Q. 외부 기관과 협력연구를 많이 하시는 것 같습니다. 현재는 어떤 연구가 진행중인가요? 의학을 전공하기 전에 기계공학의 한 분야인 유체역학을 전공했습니다. 심장 및 뇌 분야에서는 유체역학적 분석이 20년 전부터 활발하게 이뤄지고 있습니다. 비뇨의학 분야의 배뇨장애 역시 유체역학으로 통해 분석이 필요하지만, 이 분야에 대한 연구는 아직까지 미미한 상태입니다. 저는 개개인마다 다른, 전립선 내의 기하학적인 차이에 착안해 이 분야에 대한 연구를 진행하고 있습니다. 이는 서울대 기계공학부 박형민 교수님과 협업하고 있고, 이외에도 이화여대 휴먼기계바이오공학부, 서강대 전자공학과 등과도 공동연구를 하고 있습니다.Q. 역동적으로 연구해오신 10년의 성과가 빛나기에 향후 계획에 더 주목하게 됩니다. 앞으로의 계획을 말씀해주세요. 그동안 배뇨장애를 겪는 남성 전립선비대증 환자들의 특성을 거시적 관점으로 분석해왔습니다. 남성호르몬의 급격한 저하를 경험하는 60-70대 남성의 약 60-70%가 전립선비대증 및 배뇨와 관련된 하부요로증상을 겪습니다. 하지만 이같은 이유 외에 유전적 인자, 체질, 영양, 동맥경화 등도 영향을 준다고 알려져 있습니다. 식이 습관이 서구화된 한국사회에서 40-50대 환자들 중에도 배뇨증상을 겪는 환자 수가 점차 증가하는 추세입니다. 지난 10년 동안 강남세브란스병원 건강검진센터에 온 5천여 환자들의 특성을 분석해보면, 비뇨의학과에 내원을 권고할 수 있는 환자가 약 72%에 이릅니다. 또 40-50대 중 배뇨증상으로 어려움을 겪는 환자들은 전립선비대보다는 대사증후군과 연관된 과민성 방광 증상을 호소하고 있다는 것을 확인했습니다.전립선비대증의 주요 원인으로는 나이에 따른 남성호르몬의 저하, 유전적 인자, 체질, 영양, 동맥경화, 인종 등이 있습니다. 요즘 제 관심 분야로 생각할 수 있는 것은, 전립선비대증의 악화 요소로 환경적 요인입니다. 많은 해외 거주 교포들의 전립선이 한국에 거주하는 같은 연령대에 비해 전립선 크기가 상대적으로 크다는 것을 확인했습니다. 이들의 생활습관 등을 분석해 한국인의 전립선비대증 관련 역학자료를 구축하고 이를 해결하는 단초를 얻도록 연구할 계획입니다. 이광석 교수 | 강남세브란스병원 비뇨기의학과에서 전립선비대증을 포함하는 배뇨장애와 요로결석, 그리고 비뇨기계 암 진단을 전문 분야로 환자와 만나고 있다. 공학을 전공한 이력이 있어 연세대 공대와의 공동연구를 통해 다양한 연구를 진행중이다. 사진 : 연세대학교 의과대학ⓒ

어경진 교수 산부인과학교실

_ 희귀 난소암 환자의 오가노이드 플랫폼 연구에 참여 _ IRS 연구 서버 구축해 부인암 환자 진료의 질 개선 위해 노력 Q. 난소암은 난치암으로 악명이 높습니다. 난소암 환자들에게 희망이 될 만한 연구 관련 소식이 있는지 궁금합니다.아시는 대로 난소암 치료에는 많은 어려움이 있습니다. 특히 난소암 중 점액성 난소암이나 투명세포암처럼 희귀한 세포에서 발생하는 암의 경우, 대규모 임상시험이 어려워 적절한 치료제를 찾는 데 어려움이 많습니다. 실제 임상 현장에서 수술 후에 희귀한 암종이 발견되어 항암치료를 시행한 후 추적 과정에서 재발이 확인되었을 때, 더 이상 효과적인 약물이 없어 난감한 상황을 종종 경험하고 있습니다. 이를 위해 현재 희귀 난소암 환자에서 유래한 오가노이드 플랫폼 연구에 관심을 가지고 참여하고 있습니다. 오가노이드는 인체 줄기세포 및 장기 기원세포를 실험실 환경에서 3D 배양법을 활용해 만드는 미니 장기리고 할 수 있습니다. 각각의 암에 약물의 효과를 미리 예측하는 정밀의료를 통해 보다 효과적인 치료를 제공할 수 있기를 기대합니다.Q. 여성들에게 흔한 자궁내막증에 대해 의미 있는 결과를 내놓으신 것으로 알고 있습니다. 이 또한 암과 관련된 내용인가요? 자궁내막증은 가임기 여성의 10-15%에서 나타나는 비교적 흔한 질환입니다. 그런데 침윤, 전이, 그리고 재발 등 자궁내막증의 특성이 암과 미슷한 부분이 있어 암 발생과 관련이 있을 수 있다고 보고된 바 있습니다. 건강보험심사평가원의 데이터베이스를 기반으로 2010년부터 2013년까지 자궁내막증을 진단받은 179,865명의 환자군과 충수돌기절제술을 받은 87,408명의 대조군 사이의 암 발생 데이터로 연구를 진행했습니다. 나이, 동반 질환 등을 기준으로 데이터를 보정한 후에도 자궁내막증으로 진단받은 환자군은 대조군에 비해 전체 암 발생 위험이 34% 높은 것으로 관찰되었습니다. 특히 자궁체부암(4,59배), 난소암(2.51배), 자궁경부암(1.84배), 유방암(1.44배), 그리고 갑상선암(1.34배)의 유병률이 유의미하게 높은 것으로 나타났습니다. 자궁내막증을 진단받은 여성들의 암 발생률이 더 높은 것으로 확인된 만큼, 자궁내막증을 진단받았다면 암 검진 역시 일찍 시작하는 것이 좋겠고, 특히 자궁암을 비롯한 여성암 검사를 조기에 시작하길 권하고 있습니다.(이미지 : 셔터스톡)Q. 현재 진행중인 연구에 대해 소개 부탁드립니다. 2020년 3월 개원한 용인세브란스병원은 경기 남부권 지역에서 매우 신뢰할 만한 병원으로 자리잡고 있습니다. 무엇보다 국내 최초 5G 통신망 기반의 디지털 혁신병원으로서 첨단 ICT, AI 기술을 통해 더욱 강력한 환자 안전과 혁신적인 환자 경험을 제공하고 있는데, 제 향후 연구의 방향 역시 이와 맞닿아 있습니다. 디지털 혁신병원을 추구하는 용인세브란스병원의 방향과 조화를 이루어 새로운 형태의 연구를 수행하려 합니다. 최근 디지털의료산업센터에서 IRS(Integration and Response Space) 연구 서버를 구축해 환자 상태를 종합적으로 모니터링하고 평가하는 데 활용하면서 이를 통해 부인암 환자 진료의 질을 개선하려고 합니다. Q. 부인암 치료에서 무엇보다 수술이 중요할 것 같은데요. 교수님은 부인암 로봇수술로도 지명도가 높으신 것으로 나옵니다. 로봇수술의 기기와 기술 발전은 눈부십니다. 그만큼 환자들에게 점점 선택이 아닌 필수적인 수술이 되고 있지요. 용인세브란스병원 산부인과는 2023년 개원 3년이 채 안 되는 기간에 로봇수술 500례를 달성했습니다. 우수한 로봇수술 노하우를 바탕으로 개복 가능성이 증가하는 거대 근종절제술 및 자궁절제술의 최소침습술뿐만 아니라 초기 부인암 수술까지 로봇수술을 적극 활용해 치료하고 있습니다. 특히 골반뼈 때문에 아주 좁은 공간에 있는 장기를 만져야 하는 부인과 수술에서 로봇수술은 장점이 매우 많습니다. 로봇수술 기구에는 사람 손과 비슷한 기구 관절운동이 있어 골반강 내로 원활하게 들어갈 수 있고, 사람이라면 누구나 있는 손떨림이 환자의 조직에 전달되지도 않습니다. 봉합 등 복잡한 술기가 요구되는 복강경이 갖는 단점 또한 극복할 수 있습니다. 부인암 영역에서 로봇의 유용성과 안정성을 확립하는 연구를 꾸준히 진행하고 있습니다. Q. 앞으로의 연구 또한 부인암 수술과 관련된 것인가요?부인암에서 수술적 치료는 매우 중요하기 때문에 부인암 전문의로서 수술 방법을 개선하는 연구에 지속적으로 관심을 갖고 있습니다. 부인암에서 로봇수술 및 복강경 수술 같은 최소침습 수술의 역할과 관련한 연구를 발표한 바 있습니다. 나아가 보다 안전하고 수술 후 환자 회복을 돕는 수술 방법을 계속 고민하며 관련 연구를 진행하고자 합니다. 어경진 교수 | 난소암, 자궁암 등 부인암 환자의 수술, 그리고 항암치료를 전문으로 하는 부인종양학을 전공하고 있다. 2020년 개원한 용인세브란스병원의 개원 멤버로 함께하면서 경기 남부 권역 부인암 환자들이 최상의 치료를 받을 수 있도록 노력하고 있다. 용인세브란스병원의 성장과 함께 개인적인 성장을 조화롭게 이루어내는 것을 중요한 목표로 삼고 있다. 사진 : 연세대학교 의과대학ⓒ