혈액 활용한 유방암 체외 정밀 진단시스템 개발

남연희 기자 / 기사승인 : 2021-11-25 13:00:03
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유방암 조기 진단 및 치료 효과 지속 추적으로 효과적인 치료 전략 개발 기대

[메디컬투데이=남연희 기자] 국내 연구진이 형광 신호 증폭 탐침(probe)을 활용한 엑소좀(exosome) RNA 측정을 통해 혈액 내 유방암 바이오마커를 정밀 진단할 수 있는 시스템을 개발했다.

 

이를 통해 혈액 검사로 유방암을 조기에 진단하고, 나아가 치료 모니터링을 통해 효과적인 암 치료 전략 개발에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

한국생명공학연구원 바이오나노연구센터 임은경 박사와 연세대학교 화공생명공학과 함승주 교수팀이 공동으로 수행한 연구 결과 이 같이 나타났다.

엑소좀은 세포로부터 배출되는 작은 지질 소포체로 모체가 되는 세포의 특성을 보유하고 있으며, 혈액, 소변, 눈물 등 다양한 체액에서 발견된다. 특히, 암세포로부터 발생한 엑소좀은 원발암(primary cancer, 암이 처음 발생한 장기의 암)에 대한 정보를 포함하고 있어 체액 기반의 암 진단 분야에서 주목받고 있다.

기존의 암 진단은 침습적 생검(Tissue biopsy)으로 수술 또는 가는 바늘을 통해 추출한 종양의 표본의 조직을 검사하는 방식이 주를 이루었으나, 최근에는 체액 속에 존재하는 깨진 암세포 DNA 조각을 찾아 유전자 검사로 분석하는 액체생검(Liquid biopsy)이 새로운 패러다임으로 떠오르고 있다.

액체생검을 위한 바이오마커로 순환 종양 세포(Circulating tumor cell, CTC), 순환 종양 핵산(Circulating tumor nucleic acid), 종양 유래 엑소좀 등 다양한 물질이 유망 후보로 여겨지고 있으며, 이 중 엑소좀이 세포와 동일한 지질 이중층으로 구성된 외막이 내부의 물질을 안정적으로 유지할 수 있어 가장 촉망받고 있다.

연구팀은 혈액 내 유방암 유래 엑소좀을 검출하기 위해 미세유체칩(Microfluidic chip)과 하이드로겔(Hydrogel) 구조체를 결합하고, 구조체 내부에 민감도 높은 탐침(probe)을 장착하였다. 탐침이 유방암의 바이오마커인 ErbB-2(Erythroblastic oncogene B-2 gene, 적아세포 암유전자)와 반응 시 폭발적인 형광 신호 증폭이 발생하도록 함으로써 정밀한 유방암 진단이 가능한 시스템을 개발하였다.

탐침에는 CHA(Catalytic Hairpin Assembly) 기술*을 적용하여 추가적인 첨가물이나 별도 과정 없이도 자가신호 증폭을 통해 원스텝으로도 고감도의 검출이 가능하게 했다.


또한 항존유전자의 일종인 GAPDH(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, 글리세르알데히드-3-인산 수소 이탈 효소)를 동시에 검출하여 표적유전자인 ErbB-2 형광신호를 보정함으로써 보다 높은 신뢰성을 가질 수 있도록 고안했다.


연구책임자인 임은경 박사는 “조직검사의 불편함 없이 혈액만으로 유방암을 정밀 진단할 수 있고, 특히 단일 칩 내에서 신호 보정을 통해 추가적인 과정 없이 원스텝으로 개인마다 다양한 농도로 존재하는 엑소좀 내 유방암 유전자에 대한 신뢰성 높은 분석이 가능하다”며, “향후 치료 모니터링과 전이 추적에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

공동 연구책임자인 함승주 교수는 “별도 분석 장비나 전문 인력이 없이 단일 칩으로 정밀 유방암 진단을 가능하게 하는 것”이라며, “유방암 조기진단과 나아가 효과적인 암 치료전략 개발에도 기여 수 있을 것으로 기대된다”라고 덧붙였다.

 

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 주관하는 바이오·의료기술개발사업, 원천기술개발사업, 글로벌프론티어 연구개발사업, 이공분야기초연구사업, 환경부의 환경기술개발사업, 산업통상자원부의 알키미스트 프로젝트, 과학기술연합대학원대학교의 UST Young scientist 양성사업, 한국생명공학연구원의 주요사업의 지원으로 수행되었고, 바이오센서 분야의 세계적 저널인 Biosensors and Bioelectronics(IF 10.257) 11월 1일자(한국시각 11월2일) 온라인 판에 게재됐다.

 

메디컬투데이 남연희 기자(ralph0407@mdtoday.co.kr)

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