[바이오타임즈] 더불어민주당 민형배 의원이 주관하고 한국광학회 양자전자분과와 광주과학기술원(GIST) 고등광기술연구소(APRI) 및 초강력 레이저 플라즈마응용연구(PAUL)센터가 공동주최한 ‘2024년도 광-의료 혁신 기술 국회 토론회’가 10일 국회의원회관 제1세미나실에서 열렸다. 

이번 토론회는 김형택 GIST PAUL 센터장과 김혜민 GIST APRI 선임연구원이 발제자로 나섰다. 

민형배 의원은 “2차 산업혁명 시기에 발견된 엑스선(X-ray) 기술을 응용한 세계 의료 진단 시장은 100년 넘게 몇몇 서구 대기업이 장악 중”이라면서 “아쉽게도 대한민국 역시 의료 기술 및 의료 기기 시장에서 세계의 벽을 넘지 못한 상황에서 의료 기반 기술의 판도를 바꾸지 못한다면 막대한 비용을 외국에 내야 할 형편”이라고 안타까워했다. 이어 “빠르게 발견하는 레이저 기술을 의료에 접목하는 광-의료 혁신 기술 개발의 가능성을 엿봤다”며 “이번 토론회에서 광-의료 혁신과 영상 신기술에 대한 좋은 의견과 아이디어가 공유되길 기대한다”고 인사말을 전했다. 

◇김형택 센터장, “반도체+레이저 응용, 韓 주도권 충분” 

레이저를 의료에 적용하면 어떨까. 김형택 GIST PAUL센터장은 ‘레이저 의료의 현재와 미래’를 주제로 발제를 맡았다. 

‘레이저’(LASER)는 유도방출광선증폭(Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation)의 앞글자를 따서 만들어진 명칭이다. 자연방출하는 보통의 빛은 무작위로 퍼지지만, 유도방출증폭에 의한 레이저는 지향성, 결맞음성, 가간섭성 등 질서정연하다는 게 특징이다. 결맞음성과 지향성으로 굉장히 강한 빛을 만들어낼 수 있고 한 지점에 고강도로 집속도 가능하다. 또 편광성이 있어 빛을 컨트롤한다. 현재 광통신, 광센싱, 광-양자 컴퓨터와 레이저 무기는 물론 최근 주목받고 있는 레이저 핵융합과 레이저 의료까지 레이저가 폭넓게 활용되고 있다. 

김형택 센터장은 “레이저는 인류가 발견한 가장 순수하고 강력한 빛”이라며 “19세기 음극선관의 발견이 20세기에 전자 기술 혁명을, 20세기 레이저의 발견으로 21세기에 레이저 기반 기술 혁신을 불러일으켰다”고 설명했다. 

특히 레이저 의료 기술은 망막 검사 및 정밀 안과 진단(Optical Coherence Tomography), 유방 검사(Laser Mammography), 내시경 레이저 현미경(Confocal Endomicroscopy), 레이저 도플러 혈류 검사(Laser Doppler Flowmetry), 레이저 분광 암진단(Raman Spctroscopy), 레이저 유세포 분석(Laser Flow-cytometry) 등에 활용될 만큼, 상당한 발전을 이뤘다. 

다만, 김 센터장은 레이저 의료가 지금까지 활용되지 못한 점을 아쉬워했다. 그는 “일단 레이저 의료는 가격이 비싸고 출력이 충분치 못하다는 게 약점”이라며 “반도체 기술을 응용한 레이저 다이오드(Laser Diode) 기술의 등장으로 레이저 가격은 4년마다 평균 2분의 1씩 하락하고 있다”고 전했다. 그러면서도 다가올 미래에는 레이저가 다양한 분야에 사용될 것으로 확신했다. 

김 센터장은 “레이저 다이오드 기술은 반도체 기술”이라고 강조하며 “반도체 기술에서 굉장히 앞서 있는 한국의 기술력을 이용한다면 앞으로 레이저 응용 분야에서 한국이 충분히 주도권을 가질 수 있을 것”이라고 생각을 밝혔다. 

◇광학 영상, 광 투자 깊이 낮아∙∙∙광음향 영상 기기로 단점 보완 

김혜민 GIST APRI 선임연구원은 ‘광음향 의료 진단 기술 현황 및 과제’를 주제로 발제에 나섰다. 그는 자기공명영상(MRI), 엑스레이 등 초음파 영상 진단 기기를 언급하며 “이들 기기는 다른 진단 기기에 달리 매우 안전하면서도 저렴하기 때문에 태아 진단이나 암 진단 등에서 매우 유용하게 사용되고 있다”고 운을 뗐다. 이어 “광학 영상의 경우 방사선이 거의 없는 데다 비발암성으로 위험성도 적어 분자 영상이 가능하다”고 덧붙였다. 

먼저 김혜민 선임연구원은 분자 영상이 중요한 이유를 설명했다. 인체는 단백질∙탄수화물∙지방이나 디옥시리보 핵산(DNA) 등과 같은 분자로 이뤄져 있다. 분자 영상은 세포 내에서 일어나는 분자 순환의 변화를 평가할 수 있고 유전자나 단백질 대사 활동 등의 정보를 제공한다. 이를 이용해 뇌 자극에 따른 뇌 활동을 알 수 있으며 당뇨병 진단에서 포도당 대사 증가∙감소에 따른 뇌 반응을 영상으로 확인할 수 있다. 

김혜민 선임연구원은 “분자 영상을 할 수 있는 게 오직 광학 영상뿐인 것도 아니다”라며 “MRI는 방사선 노출에는 영향이 없지만, 비용이 비싸고 검사하는 데 시간도 오래 걸린다”고 설명했다. 그러면서 “반면 광학 영상은 해상도가 높은 점, 방사선이 없는 점, 상대적으로 비용이 낮은 점, 짧은 시간에 검사할 수 있다는 점 등 장점을 지닌다”고 밝혔다. 

그러면서 광학 영상의 한계로 광 투자 깊이가 낮다는 점을 꼬집었다. 그는 “많은 연구자가 더 깊이 있는 광학 영상을 연구하기 시작했다”며 “광음향 효과를 이용해 광학 영상의 투과 깊이를 증가시켰고 이것이 광음향 영상 진단 기기로 발전했다”고 말했다. 

김 연구원은 광음향 영상 기기를 “초음파 영상과 광학 영상의 단점을 보완하면서도 서로의 장점을 융합한 진단 기기”라고 소개했다. 그는 “이는 비침습적이고 방사선이 없기 때문에 매우 안전하다”며 “높은 공간 해상도와 실시간 영상을 제공하고 높은 대조도를 갖는 분자 영상이 가능하다”고 설명했다. 

그는 “그동안은 소동물을 대상으로 하는 전임상 연구가 주를 이뤘고 최근 임상 적용에 대한 연구가 활발하게 진행 중”이라면서도 “여전히 임상 적용을 위해서는 해결할 문제가 존재한다”고 밝혔다. 

한편 김 연구원은 “다중빔 광음향 영향 기술이 개발된다면 충분히 높은 해상도와 방사선 없어도 낮은 비용으로 실시간 진단이 가능한 새로운 첨단 의료 진단 기기가 될 것”이라며 “기존 진단 시장으로 용이한 진입과 점유율 확대가 가능할 뿐 아니라 전 세계 관련 산업을 선도할 수 있어 산업적 가치가 매우 클 것이라고 예상한다”고 강조했다. 

[바이오타임즈=염현주 기자] yhj@biotimes.co.kr

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