빛을 이용해 혈액 내에 존재하는 암세포 DNA를 검출할 수 있는 기술이 개발됐다. 최근 혈액 분석을 기반으로 한 ‘액체생검’이 다양한 성과를 보이고 있는 가운데, 그보다도 정밀하고 간단하게 암 조기진단을 할 수 있다는 것이 연구팀의 설명이다.
초정밀 수준의 DNA 변화 측정
암세포는 기본적으로 정상 세포가 변이되면서 발생한다. 암세포가 생겨날 때 혈액 속 DNA 표면에는 작은 화학적 변화가 생기는데, 이를 ‘메틸화(Methylation) 정도가 변한다’라고 표현한다. 암 발생 초기에는 이 변화가 매우 미미한 수준으로 나타나기 때문에, 이를 감지하는 것이 암 조기진단에 있어 핵심이라 할 수 있다.
한국재료연구원(KIMS) 바이오·헬스재료연구본부 정호상 박사 연구팀은 빛과 인공지능(AI) 기술을 활용해 이를 극복하고자 했다. 고감도의 광학 신호와 AI 분석으로 메틸화된 DNA를 검출하는 바이오센서 기술을 개발했다.
연구팀은 ‘플라즈모닉’ 소재를 활용했다. 빛에 반응해 DNA 분자의 광학 신호를 1억 배 이상 증폭시킬 수 있는 소재다. 즉, 암 초기 단계에서 발생하는 매우 적은 양의 DNA 변화도 검출해낼 수 있기 때문에 암 조기진단의 가능성을 대폭 높일 수 있다는 것이다.
연구팀의 설명에 따르면 이번에 개발한 기술은 25fg/mL(펨토그램 퍼 밀리리터) 수준까지 검출 가능하다. 펨토그램은 1g을 1,000조 개로 나눈 매우 미세한 양이다. 따라서 위에서 언급된 수준을 비유하자면, 올림픽 경기에 사용되는 수영장(50m × 25m × 2m)에 물을 가득 채우고 설탕 알갱이를 100등분한 조각 몇 개를 넣은 것과 비슷하다. 즉, 언뜻 상상하기도 쉽지 않은 미세한 수준까지 측정할 수 있다는 것이다.
정밀성, 편의성, 이동성 갖춘 암 조기진단 플랫폼
연구팀은 이번에 개발한 센서의 효용성을 검증하고자, 대장암 환자 60명에게 적용해 분석했다. 그 결과 암 유무를 99% 정확도로 진단해냈으며, 암 진행 단계도 1기부터 4기까지 정확하게 구분할 수 있었다. 이 분석을 위해 필요한 혈액량은 100㎕(마이크로리터)다. 이는 혈당 검사를 위해 손가락 끝에서 채혈하는 혈액 몇 방울 정도에 해당하는 양이다.
즉, KIMS 연구팀이 개발한 바이오센서 기술은 매우 미세한 양의 혈액만으로도 정밀한 분석이 가능하며, 20분이 이내에 진단이 가능할 정도로 높은 편의성도 갖추고 있다는 설명이다. 향후 암 조기진단 영역에서 높은 경쟁력을 가질 것으로 기대되는 대목이다.
연구팀은 기존에 사용되던 장비 및 기술과 비교했을 때, 분석 시간 및 비용을 크게 줄일 수 있다는 점, 이동형 진단 장비나 자가진단 키트에도 적용할 수 있다는 점, 이를 기반으로 병원이나 의료기관 외부 현장에서의 진단에도 효과적이라는 점을 강조했다.
연구 책임을 맡은 KIMS 정호상 선임연구원은 “이 기술은 암 조기진단 뿐만 아니라, 예후 예측 및 치료 반응까지 진단할 수 있는 차세대 플랫폼”이라며 “자가면역 질환이나 신경계 질환 등 다양한 질환으로 적용을 넓혀갈 계획”이라고 말했다. 연구 결과는 「어드밴스드 사이언스(Advanced Science, IF=14.3)」 5월호에 게재됐다.
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