국내외 바이오 관련 동향 뉴스를 신속하게 제공합니다.
뉴스 의학약학
위암 정밀 진단 유전자 검출 플랫폼 개발
Bio통신원(한국생명공학연구원)
국내 연구진이 위암 정밀 진단이 가능한 유전자 다중 검출 플랫폼을 개발하였다.
한국생명공학연구원(이하 생명연)은 임은경 ˑ 한태수 박사 공동연구팀이 혈액 내 위암의 유전자 마커를 고감도로 검출할 수 있는 진단 플랫폼을 개발하였다고 밝혔다.
여러 종류의 바이오마커를 동시에 검출할 수 있는 원천기술의 확보로, 향후 효율적인 위암 환자의 관리와 효과적인 암 치료전략 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
우리나라는 세계적으로 위암 발병률이 가장 높은 나라 중 하나인 동시에 발병률 대비 사망률 또한 가장 낮은 나라 중 하나다. 이러한 현상의 원인 중 하나로 건강 검진으로 인한 조기 진단이 손꼽히고 있다. 위암의 진단에는 내시경으로 인한 육안 관찰 후 조직검사를 시행하는 침습적 생체검사(Tissue biopsy)가 대부분을 차지하고 있으나, 이 방식은 환자는 물론 의사에게도 위험 부담이 있을 뿐만 아니라 종양의 위치나 크기, 환자의 상태에 따라 그 결과가 달라질 수 있어 액체 생체검사(Liquid biopsy) 기술에 대한 수요가 늘어나고 있다.
액체 생체검사란 혈액 속에 존재하는 종양세포나 종양세포로부터 분비되는 물질을 분석해 진단하는 방법으로 혈액을 통해 검사하기 때문에 빠르고 간편하며, 위양성 판명 가능성도 낮은 편이다.
현재 액체 생체검사에는 암 발생 시 혈액 내에 비정상적으로 증가하는 특정 표지 단백질을 확인하는 종양표지자 검사법이 사용되지만, 정확도가 높지 못하다는 단점이 있다.
이에 최근에는 종양세포에서 배출된 유전자 바이오마커를 찾아내는 연구가 주목받고 있다.
이번에 연구진이 개발한 기술은 자가 신호 증폭 프로브를 활용하여 혈액 내 위암 유전자 마커를 고감도 검출할 수 있는 진단 플랫폼이다.
위암 형성에 관여하는 것으로 알려진 유전자(miR-135b)와 고형암의 대표적인 종양유전자(miR-21)를 동시에 진단할 수 있도록 시스템을 구축하여 정확도를 높였다.
특히, FSP(Fuel stimulant powered amplification) 이론에 기반한 형광 신호 증폭 프로브를 장착함으로써 추가적인 첨가물 없이도 고감도로 혈액 내 miRNA 검출이 가능하다. 이는 전임상과 임상 시험에서도 높은 수준의 신뢰도를 나타내었다.
연구책임자인 임은경 박사는 “혈액 검사만으로 위암 마커유전자 2종을 고감도로 동시 검출하는 것이 우수한 점”이라며,
“추후 위암의 정밀 진단과 예후 모니터링에 활용 가능할 것으로 보이며, 이를 통해 고령화 시대에 맞춰 국민건강과 복지 분야에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”라고 밝혔다.
공동 연구책임자인 한태수 박사는 “이번 연구에서 개발한 다중 마커 고감도 검출기술이 향후 위암 환자의 생존율을 높이는데 기여할 수 있도록 임상에서 조기진단 검출 시스템으로 활용되길 기대한다”라며,
“추후 지속적인 공동연구를 통해 고효율의 다중 진단 마커 발굴과 진단 플랫폼을 개발할 예정이다”라고 말했다.
한편, 이번 연구는 화학공학 분야의 세계적인 저널인 Chemical Engineering Journal(IF 13.273) 2022년 06월 18일자 온라인 판에 게재되었으며,
(논문명 : Janus hydrogel-based fuel stimulant powered amplification for multiple detections of miRNA biomarkers in gastric cancer / 교신저자 : 생명연 임은경 ˑ 한태수 박사 / 제1저자 : UST 생명연캠퍼스 임재우 ˑ 황진성 박사과정생)
과기정통부 원천기술개발사업, 이공분야기초연구사업, 범부처재생의료기술개발사업과 환경부 환경기술개발사업, 생명연 주요사업의 지원으로 수행되었다.
연 구 결 과 개 요
□ 연구배경
○ 위암은 가장 많이 발병하는 고형암의 일종으로 2020년 기준 전 세계적으로 1,089,103명이 진단을 받았으며, 768,793명의 사망자가 발생함.
○ 혈액 검사는 최소 침습적 방법으로 혈액 내 인자를 검사하여 질병의 유무 또는 진행 정도를 확인할 수 있는 검사법이다. 이러한 검사법은 환자의 고통을 최소화할 수 있고 비용적으로도 저렴함.
○ 오늘날에는 종양표지자 검사와 같은 혈액 검사를 활용한 암 진단 검사 방식이 각광받고 있으나, 기존의 위암 표지자인 CA19-9, CA72-4 등의 민감도와 특이도는 신뢰할 수준이 아님.
○ 혈액 순환 유전자, 특히 microRNA는 RNA의 번역을 조절하는 인자이며 비정상적인 발현량의 증가 또는 감소는 질병에 대한 정보를 제공할 수 있기에 종양의 진행, 치료 효과 모니터링에 이용될 수 있으며, 특히 다종의 유전자 분석은 보다 정밀한 진단이 가능함.
□ 연구내용
○ 연구팀은 위암 형성에 관여하는 것으로 밝혀진 miR-135b와 위암, 유방암, 간암과 같은 고형암의 대표적인 종양유전자로 알려진 miR-21을 동시 검출 가능한 진단 플랫폼을 개발함.
○ 이 연구에서 FSP(Fuel stimulant powered amplification) 방식의 자가 신호 증폭 가능 프로브를 고안하여, 이를 검증하고 하이드로겔 내부에 고정화시킴. 서로 다른 표적을 검출하는 두 종의 하이드로젤을 제작 후 자외선 경화를 통한 재조립 방식을 사용하여 단일 실험으로 2종의 표적 검출이 가능한 하이드로젤 기반 유전자 검출 플랫폼을 개발함.
○ 즉, 본 연구의 성과는 위암의 진단과 모니터링을 위해 2종의 혈액 내 miRNA를 동시 검출할 수 있는 장점이 있다. 또한 이 시스템은 기존의 증폭 효소와 고가 장비의 도움 없이 실온에서 작동할 수 있어 시간적, 경제적 이점이 있다.
□ 연구성과의 의미
○ 혈액 내 유전자 동반검출 기술 : 위암의 정밀 진단 및 치료 모니터링에 활용
- 본 연구는 위암의 정밀 진단을 위해 2종의 위암 관련 유전자를 고감도 검출하는 것이다. 본 연구의 결과는 혈액 검사를 통해 빠르게 이상 징후를 확인하여 효과적 치료와 환자 케어에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
연 구 결 과 문 답
이번 성과 뭐가 다른가
1. 다종의 유전자 동반 검출이 가능한 하이드로젤 기반의 검출 플랫폼 개발
2. 자가 신호 증폭 기술을 통한 비효소 방식의 고감도 유전자 검출 가능
어디에 쓸 수 있나
1. 혈액 검사를 통한 위암의 정밀 진단
2. 혈액 검사를 통한 재발 및 치료 모니터링
실용화까지 필요한 시간은
본 연구는 실용화를 위해 개발된 시스템으로 추가적인 임상 결과를 확보할 수 있다면 바로 사용 가능할 것으로 기대함
실용화를 위한 과제는
기존 체외 진단 의료기기와 마찬가지로 유효성 검증과 안정성 확보가 필요함
연구를 시작한 계기는
본 연구진은 지속적으로 암 진단을 위한 바이오센서를 개발해왔습니다. 기존의 침습적 검사는 환자의 고통을 동반할 뿐 아니라 경제적 시간적 부담을 줄 수 있습니다. 그렇기 때문에 간단한 방식을 사용하여 위암과 같은 한국인에게 자주 발병하는 중대 질환을 진단 할 수 있는 기술을 개발하고자 시작하게 되었습니다. 특히 암의 경우 그 종류가 다양하여 단일 표적인자만으로는 효과적인 진단이 어려울 것으로 생각되어 다종의 표적인자를 검출할 수 있는 시스템을 개발할 수 있었습니다.
꼭 이루고 싶은 목표는
본 연구에서 표적으로 하는 mIR-21과 mIR-135b의 동시 검출은 위암의 검출을 목적으로 하는 것입니다. 보다 다양한 표적인자의 검출이 가능한 시스템을 제작하여, 위암뿐만 아니라 더 다양한 암까지 동반 진단이 가능한 진단 플랫폼을 개발하여 국민건강과 복지에 기여하고 싶습니다.
그림 1. 혈액 내 다종의 위암 유전자 마커 동반 검출이 가능한 야누스 하이드로젤 기반의 형광 센서 개발
그림2. 형광 신호 증폭 이론을 활용한 위암 유전자 마커 동반 검출 시스템 개요도
위암의 정밀 진단을 위한 2종의 유전자 바이오마커의 동반 검출이 가능한 하이드로젤 기반의 진단 플랫폼 구축
그림 3. 야누스 하이드로겔 기반 동반 진단 플랫폼의 제작 및 검증
a. 유전자 검출용 야누스 하이드로젤 제작 모식도
b. 2종 miRNA 검출을 위한 하이드로젤 제작과 내부 결합 모식도
c. 2종 타겟 유전자 농도별 교차 처리에 따른 야누스 하이드로젤의 형광 이미지
d. 2종 타겟 유전자 농도별 교차 처리에 따른 야누스 하이드로젤의 형광 신호 측정
그림 4. 임상 시료를 활용한 야누스 하이드로젤 기반 진단 플랫폼의 성능 검증
a., c. 위암 초기(1-2기) 환자 혈액 내 위암 유전 마커 발현량 분석
b., d. 위암 말기(3-4기) 환자 혈액 내 위암 유전 마커 발현량 분석
e. 야누스 하이드로젤 기반의 동반 진단 플랫폼을 활용한 임상 시료의 miR-135b 발현량 비교 분석
f. 야누스 하이드로젤 기반의 동반 진단 플랫폼을 활용한 임상 시료의 miR-21 발현량 비교 분석
본 기사는 네티즌에 의해 작성되었거나 기관에서 작성된 보도자료로, BRIC의 입장이 아님을 밝힙니다. 또한 내용 중 개인에게 중요하다고 생각되는 부분은 사실확인을 꼭 하시기 바랍니다.
[기사 오류 신고하기]