KR102098624B1 - 타액 mmp-9 및 il-8를 이용한 치주염 예측 시스템 및 이를 이용한 치주염 예측 방법 - Google Patents

타액 mmp-9 및 il-8를 이용한 치주염 예측 시스템 및 이를 이용한 치주염 예측 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타액 MMP-9과 IL-8를 이용하여 치주염을 예측하고 예후를 평가하기 위한 새로운 모델을 제시하고, 이를 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 종래 기술과 달리, 타액 내 분자생물학적 요인 및 사회경제습관 요인, 행태 요인, 및 비만 등을 모두 고려한 예측 모델이며, 검증 결과 진단 능력이 우수함이 확인되었다.

Description

타액 MMP-9 및 IL-8를 이용한 치주염 예측 시스템 및 이를 이용한 치주염 예측 방법{A SYSTEM AND METHOD FOR THE PREDICTION OF PERIODONTITIS USING SALIVARY MMP-9 AND IL-8}
본 발명은 구강보건학, 예방치과학, 치주과학에 관한 것으로, 보다 구체적으로 다양한 요인을 이용하여 치주염을 예측하는 시스템과 방법에 관한 것이다.
주요 구강 질환 중 하나인 치주염은 치주 질환 염증과 면역 반응 사이의 균형이 무너져 발생하는 감염병으로, 치주염이 악화되면 치아 손실로 이어질 수 있다.
치주염은 단백질, 면역 글로불린 및 염증 매개체의 변화를 통한 전신 염증 증가와 관련이 있으며, 치주 질환의 진단은 치주 깊이 (PD, probing depth) 및 임상적 부착 수준 (CAL, clinical attachment level)과 같은 여러 임상 지표를 바탕으로 판단될 수 있다.
치주염의 직접적 원인은, 세균성 치태, 치석, 흡연 등을 들 수 있으나, 간접적으로는 사회경제 수준은 물론, 생활 습관 및 전신 건강과도 연관이 있는 것으로 알려져 있다.
의료 기술의 패러다임은, 과거의 치료 중심에서 벗어나, 질병이 발병하기 이전에 개인별로 위험을 예견하고 예방하는 방식으로 변경되고 있는바, 치주염의 위험 정도를 예견할 수 있는 개인별 맞춤식 모델의 필요성은 증가하고 있다.
이와 관련하여, 공개특허 제10-2013-7017847호는 구강 상태를 검사하여 치주병 위험도를 판정하기 위하여 다양한 정보를 활용하는데, 여기에서 활용되는 정보들은 칼슘 농도, 단백질 농도, 백혈구의 수 등 분자생물학적 요인들에 불과하므로, 비록 위험도를 예측하는 기술이기는 하나 사회경제습관 요인이 전혀 고려되어 있지 않아서 그 정확도가 낮다.
대한민국 공개특허 제10-2013-7017847호
이에, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한다.
구체적으로, 본 발명은 종래기술들과 달리, 사회경제습관 요인, 분자생물학적 요인 및 전신건강 요인을 모두 고려하여 진단능력이 우수한 예측 모형을 제시하고, 이를 구현한 시스템과 방법을 제안하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는, (a) 개인정보 입력모듈(110)이 미리 설정된 개인정보에 관한 점수를 치주염 예측점수 연산모듈(190)에 전송하는 단계; (b) 타액 MMP-9 및 IL-8 연산모듈(130)이 타액 마커 결과 입력부(131)로부터 입력받은 MMP-9 및 IL-8의 값을 상기 치주염 예측점수 연산모듈(190)에 전송하는 단계; (c) 상기 치주염 예측점수 연산모듈(190)이 상기 (a) 및 (b) 단계에서 전송된 값들과 기 설정된 수식을 이용하여 치주염 예측점수(score)를 연산하는 단계; 및 (d) 치주염 위험도 출력부(191)가, 상기 (c) 단계에서 연산된 치주염 예측점수(score)를 기 설정된 위험도 기준과 비교하여 위험 여부를 출력하는 단계를 포함하는, 치주염 예측 방법을 제공한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는, 미리 설정된 개인정보에 관한 점수를 치주염 예측점수 연산모듈(190)에 전송하는 개인정보 입력모듈(110); 타액 마커 결과 입력부(131)로부터 입력받은 MMP-9 및 IL-8의 값을 상기 치주염 예측점수 연산모듈(190)에 전송하는 타액 MMP-9 및 IL-8 연산모듈(130); 상기 개인정보 입력모듈(110) 및 상기 타액 MMP-9 및 IL-8 연산모듈(130)로부터 전송된 값들과 기 설정된 수식을 이용하여 치주염 예측점수(score)를 연산하는 상기 치주염 예측점수 연산모듈(190); 및 상기 치주염 예측점수 연산모듈(190)에서 연산된 치주염 예측점수(score)를 기 설정된 위험도 기준과 비교하여 위험 여부를 출력하는 치주염 위험도 출력부(191)를 포함하는, 치주염 예측 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하여 치주염이 발생하기 이전에 위험도를 예측할 수 있어서 치주염 예방이 용이하다.
또한, 개인 맞춤형 치주염 위험 진단이기에 개인 맞춤형 진단과 처방이 가능하고, 치주염과 연관된 다요인이 수식에 포함되어 있어 정확도가 우수하다.
개별 치주염 위험도가 점수화되기에, 위험 집단의 경우 건강 증진에 대한 동기를 부여할 수 있으며, 특히 치과에 방문하지 않고서도 몇몇 지표를 활용하여 개별적으로 확인 가능하기에 국민 구강건강 증진에 큰 도움을 줄 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템을 설명하는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 예측 모델을 생성하기 위한 샘플을 설명한다.
도 3은 본 발명을 위한 변수들의 다양한 조합 중 가장 우수한 치주염 예측 모형을 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 예측 모델 내 변수들의 치주염과의 연관성을 설명한다.
이하에서, "시스템"은 물건을 지칭한다.
이하에서, "모듈"은 정보를 연산하는 단위이되, 다수의 모듈이 반드시 물리적으로 구분되지 않음에 주의한다.
이하에서, "MMP-9"은 기질 금속단백 분해효소 9(Matrix Metalloproteinase 9)를 의미하며, 생리적 전개 및 조직 재구성뿐만 아니라, 병리적 조직 붕괴에도 역할을 하는 효소이다. 본 기술분야에서 MMP-9로 널리 지칭되는바 이와 같이 기재한다.
이하에서, "IL-8"는 인터류킨 8(Interleukin 8)을 의미하며, 면역응답, 조혈계와 신경계 세포의 증식 및 분화, 급성 반응 등에 관여하는 효소이다. 본 기술분야에서 IL-8로 널리 지칭되는바 이와 같이 기재한다.
본 발명은 타액으로부터 MMP-9 및 IL-8의 농도를 측정하고, 사회경제습관 요인 및 전신건강 요인을 함께 고려하여 치주염 여부를 예측하는 것을 특징으로 하는 치주염 예측 시스템 및 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 타액으로부터 MMP-9 및 IL-8의 농도를 측정하는 제제를 포함하는 치주염 진단용 조성물 및 상기 치주염 진단용 조성물을 포함하는 치주염 진단용 키트를 제공한다.
본 발명에서 상기 MMP-9 및 IL-8의 농도를 측정하는 제제는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 상기 MMP-9 및 IL-8의 단백질의 전부 또는 일부에 상보적으로 결합하는 항체, siRNA, 시약 등 상기 MMP-9 및 IL-8의 농도를 측정 가능한 모든 수단 및 물질을 포함한다.
상기 치주염 진단용 키트는 치주염 진단에 특이적인 항체, siRNA 등뿐만 아니라 분석 방법에 적합한 한 종류 그 이상의 다른 구성 성분, 조성물, 용액 또는 장치가 포함되는 것일 수 있다.
본 발명에서 상기 키트는 RT-PCR 키트, DNA 칩 키트, ELISA 키트, 단백질 칩 키트, 래피드(rapid) 키트 또는 MRM(Multiple reaction monitoring) 키트일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 예로서, 본 발명의 진단용 키트는 ELISA를 수행하기 위해 필요한 것으로 해당 분야에 알려져 있는 필수 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, ELISA 키트는 상기 단백질에 대해 특이적인 항체를 포함한다. 항체는 마커 단백질에 대한 특이성 및 친화성이 높고 다른 단백질에 대한 교차 반응성이 거의 없는 항체로, 단클론 항체, 다클론 항체 또는 재조합 항체이다. 또한 ELISA 키트는 대조군 단백질에 특이적인 항체를 포함할 수 있다. 그 외 ELISA 키트는 결합된 항체를 검출할 수 있는 시약, 예를들면, 표지된 2차 항체, 발색단(chromophores), 효소(예: 항체와 컨주게이트됨) 및 그의 기질 또는 항체와 결합할 수 있는 다른 물질 등을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 시스템의 설명
도 1을 참고하여, 본 발명에 따른 시스템을 설명한다.
본 발명에 따른 시스템은 개인정보 입력모듈(110), 타액 MMP-9 및 IL-8 연산모듈(130), 타액 마커 결과 입력부(131), 치주염 예측점수 연산모듈(190) 및 치주염 위험도 출력부(191)를 포함한다.
개인정보 입력모듈(110)에는 별도의 입력부가 구비되어 미리 설정된 개인정보를 입력받고 이에 관련된 점수를 치주염 예측점수 연산모듈(190)에 전송한다.
미리 설정된 개인 정보는 연령(Age), 성별(Sex), 교육수준(Education), 흡연(Smoking), 음주(Drinking), 운동(Exercsie) 및 비만(Obesity)을 포함한다. 각각의 점수화 방법은 아래에서 후술한다.
타액 MMP-9 및 IL-8 연산모듈(130)은 타액 마커 결과 입력부(131)로부터 입력받은 MMP-9 및 IL-8의 값을 치주염 예측점수 연산모듈(190)에 전송한다.
본 발명에서는 MMP-9 및 IL-8의 두 개의 타액 마커가 사용되며, 이를 사용한 결과가 타액 마커 결과 입력부(131)를 통해 입력된다.
치주염 예측점수 연산모듈(190)은 개인정보 입력모듈(110) 및 타액 MMP-9 및 IL-8 연산모듈(130)로부터 전송된 값들을 이용하며 변수 입력부(150)에서 입력된 변수 값을 활용하여, 기 설정된 수식을 이용하여 치주염 예측점수(score)를 연산한다.
치주염 위험도 출력부(191)는, 치주염 예측점수 연산모듈(190)에서 연산된 치주염 예측점수(score)를 기 설정된 위험도 기준과 비교하여 위험 여부를 출력한다.
이들에 대한 상세한 설명은 후술한다.
본 발명에 따른 방법의 설명
전술한 시스템을 활용하여 본 발명에 따른 예측 방법을 설명한다.
본 발명에 따른 예측 방법은, (a) 개인정보 입력모듈(110)이 미리 설정된 개인정보에 관한 점수를 치주염 예측점수 연산모듈(190)에 전송하는 단계; (b) 타액 MMP-9 및 IL-8 연산모듈(130)이 타액 마커 결과 입력부(131)로부터 입력받은 MMP-9 및 IL-8의 값을 상기 치주염 예측점수 연산모듈(190)에 전송하는 단계; (c) 상기 치주염 예측점수 연산모듈(190)이 상기 (a) 및 (b) 단계에서 전송된 값들과 기 설정된 수식을 이용하여 치주염 예측점수(score)를 연산하는 단계; 및 (d) 치주염 위험도 출력부(191)가, 상기 (c) 단계에서 연산된 치주염 예측점수(score)를 기 설정된 위험도 기준과 비교하여 위험 여부를 출력하는 단계를 포함한다.
여기에서, 기 설정된 수식은 하기와 같다.
[수학식 1]
Score = (0.349ⅹMMP-9) + (0.100ⅹIL-8) - (0.006ⅹAge) - (0.849ⅹSex) + (0.113ⅹEducation) + (0.086ⅹSmoking) - (0.147ⅹDrinking) - (0.124ⅹExercise) + (0.086ⅹObesity) + 1.638
상기 수학식 1에서, MMP-9은 타액 MMP-9 및 IL-8 연산모듈(130)을 통하여 전송된 값이 저(16.1 ng/ml 미만)이면 "0", 중(16.1 ng/ml 이상 25.2 ng/ml 미만)이면 "1", 고(25.2 ng/ml 이상)이면 "2"이다.
IL-8은 타액 MMP-9 및 IL-8 연산모듈(130)을 통하여 전송된 값이 저(202 pg/ml 미만)이면 "0", 중(202 pg/ml 이상 769 pg/ml 미만)이면 "1", 고(769 pg/ml 이상)이면 "2"이다.
연령(Age)은 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 그대로 사용된다.
성별(Sex)은 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 남성이면 "0", 여성이면 "1"이다.
교육수준(Education)은 상기 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 중졸이면 "1", 고졸 이상이면 "2"이다.
흡연(Smoking)은 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 비흡연이면 "0", 흡연이면 "1"이다.
음주(Drinking)는 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 비음주이면 "0", 음주이면 "1"이다. 비음주, 음주의 값들은 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 입력되는 값인바 보편성에 문제가 없음은 물론이다.
운동(Exercsie)은 상기 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 비운동이면 "0", 운동이면 "1"이다.
비만(Obesity)은 상기 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 정상이면 "0", 비만이면 "1"이다.
이상과 같은 방법으로 연산된 치주염 예측점수(score)가 설정된 위험도 기준 이상인 경우, 치주염 위험도 출력부(191)는 치주염 위험도가 높은 것으로 판단하여 이를 출력한다.
상기 위험도 기준은 치주염 진단에 대한 민감도, 특이도 및 판별력 등을 고려하여 상황에 따라 적절히 설정할 수 있으며, 바람직하게는 0.6 내지 1.0, 보다 바람직하게는 0.7 내지 0.9, 더욱 바람직하게는 0.75 내지 0.85일 수 있다. 예를 들어 상기 설정된 위험도 기준은 0.818일 수 있으며, 이 경우 민감도는 0.404이고, 특이도는 0.804이다.
한편, 위의 수식에서 상수인 1.638과 계수인 0.349, 0.100, -0.006, -0.849, 0.113, 0.086, -0.147, 0.124, 0.086은 변수 입력부(150)에 활용되는 값인데, 이러한 수치들은 본 발명자들에 의한 다수의 실험에 의하여 획득된 값이다. 또한, 치주염 위험 여부에 대한 위험도 기준 역시 다수의 실험에 의하여 획득된 값이다.
상세한 상수, 계수 및 위의 수식의 획득 방법을 설명하면 아래와 같다.
도 2는 전술한 수식 획득을 위한 샘플을 도시한다. 총 693개의 샘플이 사용되었다.
도 3은 위의 변수들의 다양한 조합들에 대한 ROC 곡선을 확인하기 위한 민감도와 특이도는 물론, 진단 능력을 유추할 수 있는 c-통계값(c-statics)을 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 다양한 조합들 중에서 보정변수-MMP9-IL8의 조합이 가장 우수한 성능을 나타냄을 확인하였다.
다음, 이를 토대로 공지된 기술인 다변수 로지스틱 회귀분석을 수행하였으며, 이를 통하여 회귀방정식이 유도되었고, 이에 따른 상수(constant)와 각각의 변수에 대한 계수(β)가 도 4에 도시되었다.
도 4에 도시된 바와 같이, 다양한 변수들의 조합을 통하여 치주염 예측점수(score)가 확인될 수 있는데, 그 중에서도 성별, MMP-9 및 IL-8의 값이 가장 중요함이 확인되었다.
이상과 같이, 본 발명은 치주염 예측점수를 연산하기 위한 새로운 예측 모델을 제시하고, 이를 위한 시스템 및 방법을 제공한다.
종래 기술과 달리, 타액 내 분자생물학적 요인 및 사회경제습관 요인, 행태 요인, 및 비만 등의 요인을 모두 고려한 예측 모델임을 알 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이 진단 능력이 우수함이 검증되었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 개인정보 입력모듈
130: 타액 MMP-9 및 IL-8 연산모듈
131: 타액 마커 결과 입력부
150: 변수 입력부
190: 치주염 예측점수 연산모듈
191: 치주염 위험도 출력부

Claims (8)

  1. (a) 개인정보 입력모듈(110)이 연령(Age), 성별(Sex), 교육수준(Education), 흡연(Smoking), 음주(Drinking), 운동(Exercsie) 및 비만(Obesity)에 관한 점수를 치주염 예측점수 연산모듈(190)에 전송하는 단계;
    (b) 타액 MMP-9(Matrix Metalloproteinase 9) 및 IL-8(Interleukin 8) 연산모듈(130)이 타액 마커 결과 입력부(131)로부터 입력받은 MMP-9 및 IL-8의 값을 상기 치주염 예측점수 연산모듈(190)에 전송하는 단계;
    (c) 상기 치주염 예측점수 연산모듈(190)이 상기 (a) 및 (b) 단계에서 전송된 값들과 기 설정된 수식을 이용하여 치주염 예측점수(score)를 연산하는 단계; 및
    (d) 치주염 위험도 출력부(191)가, 상기 (c) 단계에서 연산된 치주염 예측점수(score)를 기 설정된 위험도 기준과 비교하여 위험 여부를 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 (c) 단계에서의 기 설정된 수식은 아래와 같으며,
    [수학식 1]
    Score = (0.349ⅹMMP-9) + (0.100ⅹIL-8) - (0.006ⅹAge) - (0.849ⅹSex) + (0.113ⅹEducation) + (0.086ⅹSmoking) - (0.147ⅹDrinking) - (0.124ⅹExercise) + (0.086ⅹObesity) + 1.638
    상기 수학식 1에서, MMP-9은 타액 MMP-9 및 IL-8 연산모듈(130)을 통하여 전송된 값이 저(16.1 ng/ml 미만)이면 "0", 중(16.1 ng/ml 이상 25.2 ng/ml 미만)이면 "1", 고(25.2 ng/ml 이상)이면 "2"이며,
    IL-8은 타액 MMP-9 및 IL-8 연산모듈(130)을 통하여 전송된 값이 저(202 pg/ml 미만)이면 "0", 중(202 pg/ml 이상 769 pg/ml 미만)이면 "1", 고(769 pg/ml 이상)이면 "2"이며,
    성별(Sex)은 상기 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 남성이면 "0", 여성이면 "1"이며,
    교육수준(Education)은 상기 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 중졸이면 "1", 고졸 이상이면 "2"이며,
    흡연(Smoking)은 상기 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 비흡연이면 "0", 흡연이면 "1"이며,
    음주(Drinking)는 상기 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 비음주이면 "0", 음주이면 "1"이며,
    운동(Exercsie)은 상기 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 비운동이면 "0", 운동이면 "1"이며,
    비만(Obesity)은 상기 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 정상이면 "0"이며, 비만이면 "1"인, 치주염 예측 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 상기 치주염 위험도 출력부(191)가, 상기 (c) 단계에서 연산된 치주염 예측점수(score)가 설정된 위험도 기준 이상인 경우, 치주염 위험으로 출력하는 단계를 포함하는, 치주염 예측 방법.
  5. 연령(Age), 성별(Sex), 교육수준(Education), 흡연(Smoking), 음주(Drinking), 운동(Exercsie) 및 비만(Obesity)에 관한 점수를 치주염 예측점수 연산모듈(190)에 전송하는 개인정보 입력모듈(110);
    타액 마커 결과 입력부(131)로부터 입력받은 MMP-9(Matrix Metalloproteinase 9) 및 IL-8(Interleukin 8)의 값을 상기 치주염 예측점수 연산모듈(190)에 전송하는 타액 MMP-9 및 IL-8 연산모듈(130);
    상기 개인정보 입력모듈(110) 및 상기 타액 MMP-9 및 IL-8 연산모듈(130)로부터 전송된 값들과 기 설정된 수식을 이용하여 치주염 예측점수(score)를 연산하는 상기 치주염 예측점수 연산모듈(190); 및
    상기 치주염 예측점수 연산모듈(190)에서 연산된 치주염 예측점수(score)를 기 설정된 위험도 기준과 비교하여 위험 여부를 출력하는 치주염 위험도 출력부(191)를 포함하며,
    상기 기 설정된 수식은 아래와 같으며,
    [수학식 1]
    Score = (0.349ⅹMMP-9) + (0.100ⅹIL-8) - (0.006ⅹAge) - (0.849ⅹSex) + (0.113ⅹEducation) + (0.086ⅹSmoking) - (0.147ⅹDrinking) - (0.124ⅹExercise) + (0.086ⅹObesity) + 1.638
    상기 수학식 1에서, MMP-9은 타액 MMP-9 및 IL-8 연산모듈(130)을 통하여 전송된 값이 저(16.1 ng/ml 미만)이면 "0", 중(16.1 ng/ml 이상 25.2 ng/ml 미만)이면 "1", 고(25.2 ng/ml 이상)이면 "2"이며,
    IL-8은 타액 MMP-9 및 IL-8 연산모듈(130)을 통하여 전송된 값이 저(202 pg/ml 미만)이면 "0", 중(202 pg/ml 이상 769 pg/ml 미만)이면 "1", 고(769 pg/ml 이상)이면 "2"이며,
    성별(Sex)은 상기 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 남성이면 "0", 여성이면 "1"이며,
    교육수준(Education)은 상기 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 중졸이면 "1", 고졸 이상이면 "2"이며,
    흡연(Smoking)은 상기 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 비흡연이면 "0", 흡연이면 "1"이며,
    음주(Drinking)는 상기 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 비음주이면 "0", 음주이면 "1"이며,
    운동(Exercsie)은 상기 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 비운동이면 "0", 운동이면 "1"이며,
    비만(Obesity)은 상기 개인정보 입력모듈(110)을 통하여 전송된 값이 정상이면 "0"이며, 비만이면 "1"인, 치주염 예측 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 치주염 위험도 출력부(191)는 상기 치주염 예측점수(score)가 설정된 위험도 기준 이상인 경우, 치주염 위험으로 출력하는, 치주염 예측 시스템.
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