질병에 따라서 휘발성 유기화합물은 서로 다르게 나타나
과학자들이 숨결이나 땀이나 눈물이나 여타 체액의 성분의 냄새를 맡아서 수천 가지 질병을 진단하는 기술을 개발하고 있다. 그러나 볼라톨로믹스(volatolomics)로 알려진 이 개념과 관련이 있는 진단기 술을 실험실을 벗어나 상업화시키려면 많은 분야의 협력이 필요하다. 그런 협력에는 화학자와 재료과학자와 전기학자 같은 전혀 다른 용어를 사용하는 연구가들이 포함된다. 아직은 초창기인 이 분야에 대한 이 종합적인 총설 논문은 관련된 많은 학자 간의 교량 역할을 하는 것이 목적이다.

향수 냄새를 맡거나 꽃이나 향신료를 마주치거나 오염 물질의 냄새로 고통을 받을 때는 우리 몸이 실제로 감지하는 것은 발화점이 낮아 쉽게 증발하는 화학물질인 휘발성 유기화합물(VOC)이다. 모든 유기체는 방어나 의사소통이나 번식을 포함한 여러 가지 목적을 위해 고의로 휘발성 유기화합물을 방출한다. 그러나 휘발성 유기화합물은 또 질병과 연관된 과정을 포함한 모든 생물학적 과정의 일부로 부수적으로도 방출이 된다. 그런 과정 하나하나에 따라 개별적인 휘발성 유기화합물도 방출된다. 이는 곧 모든 질병이 독특한 휘발성 유기화합물 서명이나 지문을 가진 것을 의미한다.

질병과 관련이 있는 그런 휘발성 유기화합물들은 사람들이 무언가 이상한 것을 깨닫기 훨씬 전에 식별될 수 있다. 그러면 많은 질병, 특히 암이 치료하기가 훨씬 더 쉬워진다. 따라서 만약 연구가들과 임상의들이 여러 가지 질병의 휘발성 유기화합물 지문을 분류할 수 있다면 엔지니어들이 그런 지문을 신속하게 식별하는 장치를 개발할 수 있다. 이는 질병을 진단하고 치료하는 의료 능력에 혁명을 일으킬는지도 모른다. 추가적인 이점은 진단 과정에 침습적인 조치를 취할 필요가 없다는 것이다. 또 냄새로 질병을 진단하는 것은 통증도 없다. 이런 점이 아직은 초창기인 휘발성 유기화합물 분야의 배경에 있는 주요한 생각들이다.

이 휘발성 유기화합물 분야가 새로운 분야이긴 하지만 어떤 사람의 냄새를 맡아서 질병을 진단한다는 생각은 실제로는 고대 그리스의 의사인 히포크라테스와 고대 중국의 전설적인 의사인 반고로까지 거슬러 올라간다. 지난 몇 년 동안 휘발성 유기화합물에 대한 연구가 급증한 것은 식품이나 음료나 환경공해로 휘발성 유기화합물의 방출이 늘어났고, 데이터 마이닝(자료 채굴)과 기계학습과 나노물질 감지기가 발전했기 때문이다.

휘발성 유기화합물같이 복잡하고 혼란스러운 요인을 가진 물질에 대해서는 정확하게 지문을 확인하고 출처가 무엇이든지 간에 정확하게 확인해야 한다. 그러나 이 분야는 초창기이고 화학이나 전기공학이나 컴퓨터 과학이나 재료 과학 같은 여러 분야의 연구가들과 매일 환자들과 접촉하는 임상의들을 참여시켜야 한다. 따라서 그런 여러 가지 분야의 연구원들이 모여 종합적인 총설 논문을 작성했고 이 논문이 그 광범한 분야의 전문가들 간에 교량 역할을 하기를 연구진은 희망하고 있다.

연구진은 우선 특정한 질병들의 휘발성 물질들을 백과사전처럼 요약했다. 총설 논문에서 이 부분이 매우 중요하다. 그런 표적물의 목록은 서로 구하려고 하고, 특히 화학자들과 재료과학자들과 전기학자들이 구하려고 한다. 그들은 지문이나 혹은 생표지자가 무엇인지를 알 필요가 있다. 그들은 진단용 장비를 디자인하고 있다. 현재 그들은 이 목록을 볼 수가 있다. 게다가 이 총설 논문은 휘발성 유기화합물을 분석하는 것과 관련이 있는 최신 기술을 설명하고 있고, 특히 휘발성 유기화합물을 찾아내는 첨단 전자 코와 광학 코 장치에 대해 설명하고 있다. 연구진은 그런 로봇 코를 개발하는 사람들이 현재 직면한 장애물을 설명하고 미래의 전망을 제시해서 의사들이 그런 최신 진단 기술에 친숙해지도록 만들었다. 궁극적인 목표는 언젠가는 볼라톨로믹스가 임상 진단을 위한 황금 표준이 될 수 있는 것이다.

참조:
W. Hu et al. (2022) "Volatronics in healthcare and its advanced detection technology" Nano Res. 2022 Jun 29;1-29. doi: 10.1007/s12274-022-4459-3.