바이오인

유전자가위 기반 고감도 암 진단 플랫폼 개발

- 유전자가위 활용해 혈액에서 암 관련 유전자를 고감도로 검출하는 ʻSCOPEʼ 진단플랫폼 개발…40분 이내에 PCR 검사 이상의 정확한 암 진단 가능

- 더 빠르고 정확한 암 진단 및 모니터링으로 환자 맞춤형 치료전략 마련에 활용 기대

한-미 공동연구진이 mRNA(messenger RNA, 메신저 RNA)를 이용해 암을 조기에 진단할 수 있는 기술을 개발하였다.

 한국생명공학연구원(원장 김장성, 이하 생명연) 바이오나노연구센터 강태준 박사 연구팀은 매사추세츠 종합병원(Massachusetts General Hospital, MGH), 하버드 의과대학(Harvard Medical School, HMS), 성균관대학교와 함께 체액에 존재하는 바이오마커 검출 성능을 획기적으로 향상한 진단 플랫폼 SCOPE(Self-amplified and CRISPR-aided Operation to Profile Extracellular Vesicles)를 개발하였다고 밝혔다.

 이번에 개발된 플랫폼은 암 관련 유전자 돌연변이를 정밀하게 관찰하여 암 조기 진단이나 치료반응 모니터링, 종양 재발 가능성을 평가하는 데 널리 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

 액체 생체검사법은 혈액이나 소변과 같은 체액에 존재하는 바이오마커를 이용하여 암을 진단하고 모니터링한다. 종양 세포가 증식, 사멸 등 변화하는 과정에서 분비하는 특정 DNA나 RNA 등의 유전물질을 검출하는 것으로 기존의 조직 생체검사법이나 영상진단법보다 간편해 많은 관심을 받아왔다.

 액체 생체검사법에서 정확하게 암을 진단하기 위해서는 체액 내 바이오마커를 정밀히 탐지해야 하지만 그 양이 매우 적어 그동안 임상에서 적용이 어려웠다.

 공동연구팀이 개발한 SCOPE는 종양 세포가 방출하는 세포 외 소포체(extracellular vesicles, EVs)의 mRNA(messenger RNA, 메신저 RNA)를 크리스퍼 유전자가위(CRISPR-Cas13a)를 이용해 대폭 증가시켜 감지해 그간의 한계를 극복했다.

 연구팀은 개발한 진단 플랫폼을 동물모델에 적용해 극소량(40㎕, 마이크로(10-6)리터)의 세포 외 소포체 샘플만으로도 초기 폐암을 진단해내었고, 대장암 환자의 샘플에서는 기존 PCR 검사보다 높은 민감도와 특이도로 암 돌연변이 유전자를 검출하며 임상 적용 가능성을 높였다.

 특히 SCOPE 플랫폼은 16개의 샘플을 동시에 처리할 수 있고, 결과도 40분 만에 제공한다. 이뿐만 아니라 연구팀은 국내 분자진단 전문기업 ㈜레보스케치와 협력해 소형화하여 기존의 복잡한 장비 없이도 의료현장이나 연구현장에서 간편하게 활용할 수 있도록 하였다.

 이번 연구를 주도한 생명연 강태준 박사는 “SCOPE는 기존 방법으로는 어려운 주요 암 돌연변이를 전례 없는 수준의 민감도로 검출할 수 있는 효율적인 시스템이다.”라고 이번 성과를 소개하며, “여러 암 관련 바이오마커를 간소화된 방법으로 감지하여 암 진단과 모니터링 현장에서 신속한 의사결정을 지원할 수 있을 것이다.”라고 말했다.

 공동 연구책임자인 하버드 의과대학 이학호 교수는 “SCOPE는 소량의 혈액만으로도 기존 영상진단 이전에 종양의 분자적 변화를 확인할 수 있다.”라며, 이 기술의 임상적 유용성을 강조했다.

 이번 연구는 10월 7일 세계적인 저널인 Nature Biotechnology(IF 33.1) 온라인 판에 게재되었으며,

    (논문명 : Amplifying mutational profiling of extracellular vesicle mRNA with SCOPE / 교신저자 : 생명연 강태준 박사, MGH Cesar M. Castro 교수, 하버드 의과대학 이학호 교수 / 제1저자 : 성균관대 송자연 교수)

 과학기술정보통신부 바이오의료기술개발사업‧나노소재기술개발사업‧중견연구자지원사업, 한국생명공학연구원 주요사업의 지원으로 수행되었다. 

...................(계속)

☞ 자세한 내용은 내용바로가기 또는 첨부파일을 이용하시기 바랍니다.

그림1. 세포 외 소포체 내 돌연변이 유전자를 검출하는 CRISPR 기술 기반의 진단 기술 ‘SCOPE’ 개발

  CRISPR-Cas13a/crRNA를 활용하여 돌연변이 유전자를 정확하게 인식하고, 현장 진단 장비를 통해 빠르고 편리하게 진단할 수 있는 통합형 시스템 개발

그림2. 국내 분자진단 전문기업과 협력해 휴대용 진단 장비 개발

poly[(2-dimethylamino)ethyl acrylate] (pDMAEA) 폴리머로 코팅된 PCR 튜브를 이용해 샘플 전처리, 현장 진단, 스마트폰 기반 데이터 분석을 통합한 휴대용 진단 장비 개발

그림3. SCOPE의 비소세포폐암의 조기진단

비소세포폐암 마우스 모델에서 주차별 혈액샘플을 분석한 결과, 1주차 때부터 유의미하게 신호가 증가하는 것을 확인하여 조기 진단 가능성을 확보

그림4. 대장암 환자 모니터링

대장암 환자와 정상 샘플에서 대표적인 암 관련 표적 유전자인 KRAS 유전자를 분석하여 대장암 환자 혈장 내 세포 외 소포체에 존재하는 KRAS 돌연변이 유전자를 정확하게 식별함. KRAS 돌연변이가 있는 17명의 환자를 1년 동안 수술 전과 후를 추적 관찰하여 재발환자 및 비재발환자를 구별해냄

...................(계속)

☞ 자세한 내용은 내용바로가기 또는 첨부파일을 이용하시기 바랍니다.