바이오인

출처 : GT코리아, 한국산업기술진흥원 

암 조직 정확하게 분석할 수 있는 소형 장치 개발

□ 텍사스 대학 오스틴의 연구진들이 수술 중 암 조직을 신속하고 정확하게 식별할 수 있는 도구 개발

 ○ 이 도구를 통해 기존 기술보다 150배 빠른 결과를 얻을 수 있음

 ○ 혁신적이 휴대용 기기인 MasSpec Pen를 활용하여 정확한 조직 정보를 제공받아 치료기술을 개선하고 암 재발 가능성을 줄임

□ 암과 정상 조직 사이의 경계를 결정하는 현재의 최첨단 방법인 ‘동경절편 조직검사(Frozen Section Analysis)’는 느리고 때로는 부정확한 단점

 ○ MasSpec Pen을 활용한 실험의 경우 253명의 암 환자에서 채취한 조직검사에 약 10초가 걸렸으며 정확도는 96%

 ○ 또한 혼합 세포 조성물을 제공하는 정상 조직과 암 조직 사이의 주변 영역에서 암을 검출함

 ○ 새로운 기술은 제거할 조직과 남겨질 조직을 훨씬 더 정확하게 정의

□ 작동 방식

 ○ 살아있는 세포는 대사산물(metabolites)이라고 불리는 작은 분자를 생성

 ○ 암의 각 유형은 지문과 같은 역할을 하는 고유한 대사산물과 생체지표를 생성

 ○ 암과 정상세포의 대사산물은 매우 다르기 때문에 MasSpec Pen으로 이를 식별하고 분석하여 조직의 분자 지문을 얻음

 ○ MasSpec Pen이 분석을 완료하면 컴퓨터 화면에는 “정상” 혹은 “암”이라는 단어가 자동으로 나타남

 □ 이 연구는 화학, 공학 및 의학 분야를 융합한 학제 간 팀에 의해 수행됨

[본 문]

텍사스 대학 오스틴의 연구진들이 수술 중 암 조직을 신속하고 정확하게 식별할 수 있는 강력한 도구를 개발하였다. 이 도구를 통해 기존 기술보다 15배 빠른 결과를 얻을 수 있다. 혁신적인 휴대용 기기인 MasSpec Pen를 활용하여 의료진은 어떤 조직을 절개하고, 어떤 조직을 남길 것인지와 같은 정확한 진단 정보를 제공받아 치료기술을 개선하고 암 재발 가능성을 줄인다. 

"많은 환자들이 원하는 것은 모든 암을 완전히 제거하기를 바라는 것이다. 우리의 새로운 기술로 의료진은 암의 모든 흔적을 제거하는 활률을 크게 향상시킬 수 있다" 고 Ausin UT의 조교수이자, 연구를 이끈 Livia Schiavinato Eberlindl 말했다.

암을 진단하고 수술하는 중에 암과 정상 조직 사이의 경계를 결정하는 현재의 최첨단 방법인 '동경절편 조직검사(Frozen Section Analysis)는 느리고 때로는 부정확한 단점을 가지고 있다. 각 샘플 분석이 30분 이상 걸릴 수 있다. 이는 환자의 감염과 마취에 부정적인 영향을 미친다. 특히, 일부 암 유형의 경우 이 방법을 통한 분석자체가 어려울 수 있으며, 경우에 따라 10~20% 신뢰도가 떨어지는 결과를 산출하기도 한다.

MasSpec Pen을 활용한 실험의 경우 253의 암 환자에서 채취한 조직검사에 약 10초가 걸렸으며 정확도는 96%였다. 또한 혼합 세포 조성물을 제공하는 저상 조직과 암 조직 사이의 주변 영역에서 암을 검출할 수 있었다. 연구진은 2018년 종양학 수술 중에 새로운 기술을 테스트 할 것으로 기대한다.

Baylor College of Medicine의 내분비계 수술 담당자이자 이 프로젝트의 공동 연구진인 James Suliburk는 "환자에게 보다 정확하고 빠르면서 안전한 수술을 제공할 수 있는 것을 의료진들 역시 가장 원하고 있다. 새로운 기술은 제거할 조직과 남겨질 조직을 훨씬 더 정확하게 정의하여 이 3가지의 요구를 모두 충족시킨다."고 말했다.

환자의 생존율을 높이기 위해서는 암 조직 제거를 극대화 하는 것이 중요하지만 건강한 조직을 너무 많이 제거하게 되면 오히려 환자에게 심각한 결과를 초래할 수 있다. 예를 들어, 유방암 환자는 심미적 영향뿐만 아니라 고통스런 부작용 및 신경 손상의 위험이 더 높다. 갑상선 암 환자의 경우에도 말하기 능력이나 근육, 신경 기능에 중요한 신체의 칼슘 수준 조절 능력을 잃을 수 있다.

이 연구는 화학, 공학 및 의학 분야를 융합한 학제 간 팀에 의해 수행되었다. 현지 연구진들과 UT Austin은 미국 특허 출원을 신청했으며, 전 세계 특허 출원을 준비 중에 있다.

How it works

건강한 사람, 암 환자 모두의 살아있는 세포는 대사산물(metabolites)이라고 불리는 작은 분자를 생성한다. 이 분자는 에너지 생성, 성장, 재생산과 같은 모든 주요한 생명과정에 관여할 뿐만 아니라, 독소 제거와 같은 다른 유용한 기능에도 관여한다. 암의 각 유형은 지문과 같은 역할을 하는 고유한 대사산물과 생체지표를 생성한다.

"암세포는 통제불능으로 성장하기 때문에 신진대사 조절이 이뤄지지 않는다. 따라서 암과 정상세포의 대사산물은 매우 다르기 때문에 MasSpec Pen으로 이를 식별하고 분석하여 조직의 분자 지문을 얻게 된다. 간단한 화학 과정을 통해 MasSpec Pen은 신속한 진단을 내리고 조직 손상을 일으키지 않고 분자 정보를 얻을 수 있게 되는 것이다."고 Eberlin은 설명했다.

조직 샘플로부터 MasSpec Pen으로 얻은 분자 지문들은 253개의 인간 조직 샘플에서 모은 분자 지문 데이터베이스에 의해 구성된 통계학적 분류 소프트웨어를 통해 즉각 분석된다. 샘플은 유방, 폐 갑상선 및 난소의 정상 조직과 암 조직을 포함하고 있다. MasSpec Pen이 분석을 완료하면 컴퓨터 화면에는 "정상" 혹은 "암" 이라는 단어가 자동으로 나타난다. 폐암의 경우, 하위 유형의 암 병명이 나타나기도 한다.

연구진은 또한 종양을 보유한 쥐를 이용한 동물실험을 통해 환자에게 수술 도중 살아 있는 종양을 검사할 때에도 스트레스나 조직 손상을 야기하지 않으면서 암을 정확하게 진단할 수 있다는 사실을 입증했다.

의료진은 이 소형 장치를 쉽게 조작할 수 있다. 펜을 환자에 조직에 대하고 단순히 발 페달을 사용하여 자동 분석을 요청하고 몇 초만 기다리면 된다. 펜은 조직에 한 방울의 물방울을 뿜어내고 작은 분자들이 물방울을 통해 이동한다. 장치는 수분 샘플을 수천 개의 분자 지문을 탐지하는 질량 분석기(mass spectrometer)라는 장비로 이동시킨다. 이 모든 과정은 환자에게 물리적, 화학적으로 아무런 영향을 미치지 않는다.

"MasSpec Pen을 디자인 할 때, 우리는 시술과정에서 펜의 플라스틱 팀과 물만을 접촉하여 조직이 손상되지 않도록 고안했다. 그 결과 생체적합하며 자동화된 의료기기를 개발 할 수 있었다. 곧 임상 진료소를 통해 활용 될 것을 기대한다."고 연구진은 말했다.

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