영국 바이오뱅크, 세계 최대 규모 전신 스캐닝 프로젝트 완료

질병 탐지 및 진단 방식에 이미 영향을 미치고 있는 놀라운 성과로, 영국 바이오뱅크(UK Biobank)는 세계 최대 규모의 전신 스캐닝 프로젝트를 완료했습니다. 이 프로젝트는 10만 명의 자원봉사자들의 뇌, 심장, 복부, 혈관, 뼈, 관절을 스캔하는 것이었습니다. 이 정도 규모로 수행된 이 스캔은 사람들의 나이가 들면서 신체에서 어떤 일이 일어나는지 보여주어, 우리가 어떻게, 왜, 그리고 언제 병에 걸리는지 이해할 수 있도록 해줍니다.

2015년부터 영국 바이오뱅크 영상 데이터가 일괄 공개되어 왔으며, 전 세계 과학자들은 이 데이터를 활용하여 심장병, 치매, 암과 같이 생명을 위협하는 질환에 대한 더 나은 진단 검사를 개발하고 있습니다. 곧 승인된 연구자들은 10만 명의 자원봉사자로부터 수집된 10억 개 이상의 익명화된 영상에 접근할 수 있게 됩니다. 이 영상 데이터는 지난 15년 동안 동일한 자원봉사자들로부터 수집된 생활 습관, 병력, 유전 정보, 혈액 단백질 등 기존 영국 바이오뱅크 정보와 함께 연구자들이 우리 삶의 모든 측면이 건강에 미치는 영향을 이전에는 불가능했던 방식으로 파악할 수 있도록 합니다.

현재까지 영국 바이오뱅크 영상 데이터를 활용하여 1,300편 이상의 동료 심사 과학 논문이 발표되었습니다. 이 연구 결과는 이미 NHS를 비롯한 여러 기관의 의료 서비스를 개선하고 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

• 영국 전역의 NHS 기념 병원에서는 이제 영국 바이오뱅크에서 개발된 프로세스를 사용하여 뇌의 MRI 이미지를 분석하고 있으며, 이를 통해 치매를 더 정확하게 진단하는 데 도움이 되고 있습니다.
• 의사들이 영국 바이오뱅크 데이터를 활용해 개발한 AI 도구를 사용하여 심장 스캔 결과를 1초도 안 되는 시간에 분석하면서 90개국 이상에서 심장 치료가 개선되었습니다. 이전에는 거의 15분이 걸렸지만, 이제는 가장 주의가 필요한 사례에 집중할 수 있게 되었습니다.

11년간의 노력과 각각 약 5시간 동안 진행된 10만 건의 스캐닝 세션, 그리고 6,000만 파운드 이상의 투자 끝에 영국 바이오뱅크는 이 중요한 이정표에 도달했습니다.

이 영상 프로젝트의 전례 없는 규모, 즉 이전에 존재했던 어떤 것보다 10배 이상 큰 규모는 과학자들이 이전에는 발견할 수 없었을 질병의 패턴을 발견할 수 있게 해 줍니다. 10만 명의 자원봉사자로부터 스캔 데이터를 수집하는 것은 꿈만 같았습니다. 심지어 일부 전문가들은 실수로 0을 하나 더 추가한 것이 아니냐고 묻기까지 했습니다! 이 대규모 영상 프로젝트는 보이지 않는 것을 보이게 합니다. 더욱이, 다양한 신체 부위의 이미지와 자원봉사자들의 모든 유전적 및 필수 정보를 결합함으로써 과학자들은 우리 몸의 작동 방식에 대해 훨씬 더 깊이 이해할 수 있게 됩니다.

로리 콜린스 경, 영국 바이오뱅크 교수, 수석 연구원 겸 CEO

각 세션 동안 각 참가자에게서 12,000장 이상의 뇌, 심장, 복부 MRI 영상이 수집되었고, 골밀도와 체지방 측정을 위한 전신 스캔과 경동맥 초음파 검사도 실시되었습니다. 각 참가자는 약 15년 전 UK Biobank에 처음 참여했을 때와 동일한 상세 정보를 제공했는데, 여기에는 생활 습관 데이터, 키, 몸무게, 악력 등의 신체적 특징, 그리고 혈액 샘플이 포함되었습니다.

"저는 우리 모두를 위해 더 건강한 미래를 만들고 싶어서 스캔에 참여했습니다. 그래서 15년 전 영국 바이오뱅크 자원봉사자가 된 겁니다. 미래 세대를 위해 열심히 일하는 과학자들에게 도움이 되고 싶었거든요." 영국 바이오뱅크 참여자 자문 그룹 회원인 앨리슨은 이렇게 말했습니다.

이 규모의 영상 데이터는 희귀 질환과 흔한 질병의 여러 단계에 대한 더 많은 정보를 제공합니다. 또한 과학자들은 건강한 신체와 여러 질병을 가진 신체를 더 잘 비교하여 궁극적으로 더욱 강력한 질병 지표를 찾을 수 있습니다.

"영국 바이오뱅크 영상 연구는 생물의학 연구의 판도를 완전히 바꿔놓았습니다. 방대한 양의 데이터 덕분에 컴퓨터 영상 분석 분야에서 획기적인 발전이 이루어졌습니다. 이제 연구자들은 한 사람당 몇 시간이 아니라 몇 초 만에 신체의 거의 모든 장기와 조직의 크기, 모양, 구성을 측정할 수 있습니다."라고 웨스트민스터 대학교 대사 영상학과 루이스 토마스 교수는 말했습니다.

이러한 영상 데이터는 현재 환자들에게 이미 도움이 되는 이점 외에도, 새로운 진단 검사와 치료법 개발로 이어질 기초 과학을 자극하고 있습니다. 이러한 발전에는 다음이 포함됩니다.

• 환자의 나이, 성별, 체중, 키에 따라 건강한 심장의 개인화된 버전을 생성하는 AI 모델을 개발하여 환자의 실제 심장과 건강한 심장 모델 간의 차이점을 감지하고 심장병의 조기 징후를 감지하는 데 사용할 수 있습니다.
• 우리 몸의 장기가 실제 연령보다 생물학적으로 오래되었을 수 있다는 사실을 발견하면 의사는 신체 검사와 임상 데이터를 통해 어떤 장기가 질병에 걸릴 위험이 있는지 파악하고 이를 예방하는 방법을 찾아 궁극적으로 수명을 연장할 수 있을 것입니다.
• 심장과 뇌 사이의 새로운 연결 고리를 발견합니다. 예를 들어, 심장의 구조적 변화가 우울증을 포함한 정신 질환의 위험을 어떻게 증가시키는지 알아냅니다. 이는 뇌 질환을 이해하는 데 중요합니다.
• 흔한 질병인 지방간을 진단하고 모니터링하기 위해 침습적 수술 절차를 MRI로 대체하는 방법을 보여줍니다.
• MRI 이미지와 다른 건강 데이터를 결합하고 AI를 사용하여 38가지 질병의 조기 발병을 예측함으로써 증상이 나타나기 훨씬 전에 건강 위험을 예측하는 첨단 기술의 힘을 보여주었습니다.
• 하루에 알코올 1~2단위를 섭취하면 뇌의 크기와 구조가 잠재적으로 해로운 수준으로 감소할 수 있으며, 기억 상실과 치매의 위험이 증가할 가능성이 있다는 연구 결과가 나왔습니다.
• 동일한 BMI를 가진 사람들이라도 유전적 요인으로 인해 지방을 매우 다르게 저장할 수 있다는 사실을 보여줍니다. 일부 사람들에게는 당뇨병과 심장병과 같은 질병의 위험이 높아지지만, 다른 사람들에게는 위험이 낮아지지 않습니다.
• DEXA 스캔을 사용하여 다른 증상이 없는 중년층 10명 중 1명이 복부 대동맥(신체의 주요 혈관)에 석회화가 있는 것으로 나타났습니다. 이는 널리 진단되지 않았지만 치명적인 질환입니다.

이 규모의 데이터는 머신러닝을 사용하여 증상이 나타나기 수년 전에 질병을 예측할 수 있는 가능성을 열어줍니다.

"UK 바이오뱅크가 아낌없는 자원봉사자들로부터 이렇게 풍부한 데이터를 수집했다는 것은 정말 놀랍습니다. 스캔 데이터는 더욱 정교한 정보를 제공합니다. 최근 한 연구에서는 2만 명의 참가자의 뇌 스캔 데이터, 활동 데이터, 그리고 유전학을 활용하여 알츠하이머병과 파킨슨병 발병 위험이 있는 사람을 예측하는 AI 도구를 개발했습니다. 10만 명의 뇌 스캔 데이터가 어떤 결과를 보여줄지 기대됩니다!"라고 UK 바이오뱅크 영상 연구팀 의장인 폴 매튜스 교수는 말했습니다.

또한 이 프로젝트는 MR 이미지를 자원이 부족한 국가의 과학자를 포함하여 영상 분야 외부의 연구자들이 사용할 수 있는 데이터로 전환하여 영상 데이터 접근성을 전 세계적으로 민주화하는 데 기여했습니다.

영국 바이오뱅크의 최고 과학 책임자인 나오미 앨런 교수는 "전 세계 연구자들로부터 영상 프로젝트가 이전에는 신체 스캔 데이터 사용을 고려하지 않았던 과학 분야에서 결과를 어떻게 활용하고 있는지에 대한 놀라운 피드백을 받았습니다."라고 말했습니다.

영국 바이오뱅크 이미징 프로젝트는 2014년 7천 명이 넘는 자원봉사자를 대상으로 시범적으로 시작되었으며, 이는 당시로서는 최다 기록이었습니다. 본 프로젝트는 2016년에 시작되어, 영국 바이오뱅크의 50만 명의 자원봉사자 중 10만 명을 전국 4개 전담 센터 중 한 곳에서 5시간 분량의 이미징 세션에 초대했습니다. 프로젝트는 10만 명 참여 목표 달성 후에도 계속해서 자원봉사자들을 초대하여 이미징 세션을 진행하고 있습니다.

이 프로젝트의 두 번째 단계는 2022년에 시작되었으며, 10만 명의 참가자 중 6만 명을 첫 번째 영상 촬영 후 2년 이내에 재촬영하는 것을 목표로 합니다. 이 프로젝트는 현재 진행 중이며 2029년까지 완료될 예정입니다.

영국 바이오뱅크 데이터는 안전한 클라우드 기반 영국 바이오뱅크 연구 분석 플랫폼(UKB-RAP)을 통해 승인된 연구자들에게 일괄적으로 제공됩니다. 10만 명 전체 참가자의 영상 데이터는 2025년 말까지 연구자들에게 제공될 예정입니다.