바이오인

의료 낙후지역에서도 HPV를 손쉽게 진단한다

- 사마귀‧자궁경부암의 주요 원인인 인체유두종 바이러스(HPV)를 현장에서 신속하게 검출할 수 있는 진단 플랫폼 개발

- 의료 소외지역의 자궁경부암 예방을 비롯해 다양한 헬스케어 분야에서 활용 기대

한‧미 공동연구진이 자궁경부암의 원인 바이러스를 손쉽게 진단할 수 있는 기술을 개발하였다

한국생명공학연구원(원장 김장성) 바이오나노연구센터 이창열 박사팀은 미국 하버드 의과대학 이학호 교수팀과 함께 인체유두종 바이러스(이하 HPV, Human Papilloma Virus)를 신속하게 검출할 수 있는 현장진단 시스템을 개발하였다고 밝혔다.

HPV는 피부에 접촉해 감염되면 사마귀를 발생시키는 원인균으로 알려져 있다.

특히 생식기 점막에 감염되면 자궁 상피세포로 침입하여 여러 단계의 종양을 거쳐 자궁경부암을 일으키는 주요 원인이 되므로 백신을 맞거나 바이러스를 조기에 검출하여 적절한 치료를 받는 것이 자궁경부암을 예방하는 지름길로 알려져 있다.

자궁경부암 진단에는 일반적으로 세포검사, 아세트산 시각검사, PCR 검사 등이 활용된다.

하지만 이 같은 진단법은 전문 의료시설이 필요하거나 오랜 시간이 걸려 의료환경이 열악한 중·저소득 국가, 지역에서 활용하기에는 한계가 있다.

최근 검사에 필요한 설비 및 절차를 간소화하기 위한 연구들이 진행되고 있으나, 이마저도 시스템이 복잡하고 비용이 많이 들어 검사 보편화에 한계가 있다.

이에 연구팀은 유전자가위 기반의 핵산 검출 기술과 디지털 신호 처리 기술을 융합해 고감도로 표적 바이러스를 진단할 수 있는 시스템을 개발하고 이를 휴대할 수 있도록 하여 현장에서 신속하게 HPV를 진단할 수 있는 플랫폼을 개발하였다.

연구팀은 한 번에 최대 12개의 시료를 35분 이내에 분석할 수 있도록 하였으며, 진단 시약도 고형화하여 현장 운송 및 보관이 쉽게 하였다.

이번에 개발된 진단 플랫폼은 임상 시료 169개를 모두 정확히 분석해 높은 임상 적용 가능성을 입증해내며, 향후 열악한 의료환경에 처한 국가, 지역의 의료 소외 문제를 해결해 줄 수 있을 것으로 기대되고 있다.

해당 연구를 주도한 이창열 박사는 “HPV 진단의 보편화를 촉진하여 그간 원인도 모른 채 자궁경부암의 위협에 그대로 노출될 수밖에 없었던 의료 소외계층의 고통을 조금이나마 덜어줄 수 있게 되길 바란다.”라며, 이번에 개발한 시스템을 실제 의료환경이 열악한 우간다와 가나에서 현지 테스트를 진행할 계획이라고 밝혔다.

미 하버드 의과대학 이학호 교수는 “향후 진단 프로브를 다양화하여 자궁경부암 이외의 다른 암 바이오마커 및 신종감염병에 효과적으로 대응할 수 있는 핵심 진단시스템으로 자리 잡을 수 있을 것으로 기대된다.”라고 말했다.

이번 연구는 7월 25일 세계적 과학저널인 Nature Communications(IF 14.7) 온라인 판에 게재되었으며,

(논문명 : Empowering the on-site detection of nucleic acids by integrating CRISPR and digital signal processing / 교신저자 : 하버드 의과대학 이학호 ·Cesar M. Castro 교수 / 제1저자 : 생명연 이창열 선임연구원, 하버드 의과대학 김현호 ·Ismail Degani 박사)

미국 국립보건원(US NIH), 매사추세츠 종합병원(MGH), 생명연 주요사업, 교육부 학문후속세대지원사업, 과기정통부 해외우수연구기관협력허브구축사업의 지원으로 수행되었다.

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그림1. HPV 현장진단 시스템(CreDiT) 핵심기술 모식도

유전자가위 기반 분자진단 기술(위)과 디지털 신호 처리 기술(아래)을 융합하여 표적 핵산 검출 신호를 고강도로 증폭할 수 있는 신속, 고감도 HPV 현장진단 시스템 개발

그림2. HPV 현장진단 시스템(CreDiT) 이미지 및 내부 구조도

12개의 시료를 전처리부터 검출까지 한 번에 처리하는 ‘Sample-to-Answer’ 방식의 HPV 진단시스템 구현

그림3. HPV 현장진단 시스템(CreDiT)의 진단 능력 검증을 통한 임상 적용 가능성 확인

a. 동결건조 진단 시약의 상온보관 안정성 검증을 통한 현장진단 맞춤형 진단 시약 제형 확보

b. 자궁경부암 감염 세포주 테스트를 통한 CreDiT HPV 진단시스템 검증

c.~d. 임상시료 테스트를 통한 CreDiT HPV 진단시스템의 임상 적용가능성 검증

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