손석균 교수, 한국형 ARPA-H ‘양자센싱 기반 초고감도·조기진단 기술개발’ 과제 선정
양자센서·심장 오가노이드·AI 융합해 예방·예측 중심 양자의료 플랫폼 구축

“질환이 임상적으로 발현되기 이전의 초미세 생체신호를 규명해 질병 위험을 예측하는 새로운 의료 패러다임을 제시한다” 물리학과 손석균 교수 연구팀이 보건복지부와 한국보건산업진흥원 K-헬스미래추진단이 추진하는 한국형 ARPA-H 프로젝트 ‘양자센싱 기반 초고감도·조기진단 기술개발(RFP5)’ 신규 과제에 최종 선정됐다. 연구팀은 양자기술과 의학·바이오 연구역량을 융합해 질환이 발생하기 전 나타나는 미세한 생체신호를 포착하고, 질병 위험을 예측하는 차세대 양자의료 진단 플랫폼을 구축한다.

양자센서와 심장 오가노이드 결합해 질환 초기 신호 측정

이번 연구의 핵심은 생체친화형 분자 양자센서(Molecular Quantum Nanosensor, MoQN)와 심장 오가노이드 기반 Organ-on-Chip 플랫폼의 융합이다. 연구팀은 기존 의료기기로 검출하기 어려웠던 질환 초기의 초미세 생체신호(Elusive Bio-signals, EBs)를 정밀하게 측정하고, 이를 바탕으로 질환 발생 이전의 초기 위험신호(Early Warning Signals, EWS)를 규명할 계획이다.

연구는 항암제 유발 심독성(Cardiotoxicity, 심장독성)을 우선 대상으로 진행한다. 세포 안에서 발생하는 산화스트레스(ROS), 국소 온도, 대사 활성 변화 등을 정량적으로 분석해 심장 질환 위험을 조기에 감지한다. 단순히 질환 발생 이후의 결과를 확인하는 진단 방식을 넘어, 질환이 임상적으로 나타나기 전부터 위험을 탐지하는 예방·예측 중심의 진단체계를 구현하는 것이 목표다.

의학·공학·양자과학 아우르는 공동연구 체계 구축

경희대가 주관연구개발기관을 맡고 경희의료원, 조선대학교, 한국전자기술연구원(KETI), LCI Bio, 고려대학교 등이 공동연구에 참여한다. 손석균 교수는 분자 기반 양자센서 개발과 전체 양자센싱 플랫폼 구축을 총괄한다.

경희의료원은 심장 오가노이드 기반 질환 모델 개발과 생물학적 검증을 담당하며, 조선대학교는 스핀 해밀토니안과 양자신호 해석, 인공지능(AI) 분석을 수행한다. KETI는 MEMS·미세유체 기반 Organ-on-Chip과 센서 집적 기술을 개발하고, 고려대학교는 NV 센터 기반 양자센싱과 교차검증을 맡는다. LCI Bio는 의료 플랫폼 연계, 시제품 개발, 사업화 전략 수립을 담당한다.

이번 과제는 양자센싱, 오가노이드, MEMS, AI 기술을 하나의 플랫폼으로 통합한다는 점에서 의미가 크다. 기존의 결과 중심 바이오마커(Result Biomarker) 진단을 넘어, 질환이 임상적으로 발현되기 전 나타나는 생체 변화와 위험신호를 정밀하게 포착하는 새로운 정밀의료 패러다임을 제시할 것으로 기대된다.

결과 중심 진단 넘어 예방·예측 의료로

연구팀은 향후 심혈관 질환을 넘어 다양한 난치성 질환의 초고감도·조기진단으로 기술 적용 범위를 확대할 계획이다. 이를 통해 양자의료 분야의 범용 원천기술을 확보하고, 관련 기술의 실용화 기반을 마련한다는 구상이다.

손석균 교수는 “이번 연구는 새로운 양자센서를 개발하는 데 그치지 않고, 질환이 임상적으로 발현되기 이전의 초미세 생체신호를 규명해 질병 위험을 예측하는 새로운 의료 패러다임을 제시하는 것이 목표”라며 “경희대의 양자기술과 의학·바이오 연구역량을 융합해 차세대 양자의료 원천기술을 확보하고, 대한민국이 양자의료 분야를 선도할 수 있는 기반을 마련하겠다”라고 말했다.

이번 연구는 보건복지부의 「2026년도 한국형 ARPA-H 프로젝트(임무 중심 R&D)」 지원을 받아 한국보건산업진흥원 K-헬스미래추진단의 관리 아래 수행된다. 정부 지원 연구비는 약 80억 원 규모이며, 연구팀은 향후 4년 6개월간 공동연구를 통해 양자센싱 기반 초고감도·조기진단 기술의 실용화를 추진한다.