바이오인

탄소나노튜브와 머신러닝을 활용한 혈액검사로 난소암을 조기에 진단할 수 있는 디지털바이오기술

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 22-76

❏ 최근까지 혈액검사로 암을 조기에 진단하려는 시도가 많았으나, FDA 승인을 받은 진단기술은 없는 상황

○ 특히, 지난 9월 21일 미국 바이든 대통령은 ‘캔서 문샷(Cancer Moonshot)’ 관련 연설에서 혈액검사를 통한 각종 암 조기 진단법 개발이 캔서 문샷의 핵심이라고 강조

- 이에 암 조기 진단 혈액검사가 실제로 얼마나 효과적인지 확인하기 위해 국가 차원의 임상시험을 개시할 예정

※ 국립암연구소(NCI)에서 진행할 임상시험은 2024년에 참가자 모집을 시작해서 4년 동안 2만 4,000명의 건강한 참가자를 대상으로 다양한 혈액검사 방식의 암 조기 발견 효과를 확인할 예정

○ 이러한 상황에서 혈액검사를 통한 암 진단법을 연구 중인 한국인 과학자 (김미진 박사, Sloan Kettering Institute for Cancer Research)가 2022년 MIT 젊은 혁신가* 35인 중 1인으로 선정

* MIT Technology Review는 매년 세계 각국에서 추천한 35세 미만 테크놀로지 인재 중 35명을 선정하여 수상. 주요 수상자로는 Google 창업자 Larry Page와 Sergey Brin, Facebook 창업자 Mark Zuckerberg, CRISPR의 Zhang Feng 등이 있음

- 양자결함(quantum-defect)*-탄소나노튜브와 머신러닝 기술을 활용한 혈액 검사로 난소암을 조기에 검진할 수 있다는 논문을 발표

* 탄소나노튜브에 유기분자를 성기게 결합시켜 양자결함을 유도할 경우에, 발광 효율이 높아져 고성능의 양자 광원이 됨

❏ 해당 논문에서는 조기 진단용 마커 발굴이 어려운 경우, 나노입자의 형광 데이터를 활용한 기술을 대안으로 제시

○ 혈청 내 환경 변화를 검출하기 위한 센서는 탄소나노튜브*, OCC(Organic colour centres)**, ssDNA***로 구성

* 반도체 특성을 갖는 탄소 동소체로 철보다 100배 이상의 강력한 강도를 가지며, 전도성 또한 좋아 다양한 응용성을 가짐. 탄소벽의 개수에 따라 단일, 이중, 다중 나노튜브로 분류되며 탄소 배열 방법에 따라 전기적 특성이 크게 달라짐

** 변형 아릴기 말단을 갖는 양자결함으로, 3종의 변형된 아릴기 말단을 갖는 양자결함을 제작

*** 12∼30 개의 단일가닥 올리고뉴클레오타이드

< OCC-DNA 나노센서의 분자적 모형 >

출처 : Nature Biomedical Engineering, Vol 6. March 2022.267-275

- 탄소나노튜브는 고유의 근적외 형광을 방출하는 특성(575nm를 조사하면 ∼1,000nm의 형광 방출, E11)을 보유

- 575nm 조사 시, OCC는 탄소나노튜브에서 발생하는 광자를 수집하여 고유 파장인 E11과 구별되는 형광을 방출(1,100∼1,170nm,E11-)

- DNA는 탄소나노튜브 표면에 미세한 굴절률의 변화를 주어 미세환경을 민감하게 구별할 수 있도록 디자인

○ 탄소나노튜브에 OCC 부착 후, 4종의 짧은 ssDNA로 감싸 총 10개의 OCC-DNA 센서를 제작

- OCC-DNA 나노센서로 4개의 분광학적 변수*를 측정한 결과, 장액성 난소암-정상 그룹 간에 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 분석

* int(E11 탄소나노튜브형광강도),int*(E11- OCC 형광강도),wl(E11 탄소나노튜브형광파장), wl*(E11- OCC형광파장)

- 그러나 장액성 난소암-기타 질병 그룹 간 차이는 명확하지 않은 것으로 조사

...................(계속)

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