피 한 방울로 다양한 암진단 가능…국내외 연구진 공동 개발2013-12-10 09:19:00

[쿠키 건강] 주부 A씨(45)는 평소 건강관리를 위해 매달 저렴한 가격에 혈액 검사를 했다. 한 번 검사로 100~300개 종양 표지자를 측정할 수 있어 여러 암을 동시에 체크할 수 있었다. 그러던 중 혈액 내 유방암과 자궁암 종양 표지자의 지표가 높게 나왔다. 질병발생 가능성을 예측한 결과 유방암은 70%, 자궁암은 80%로 나타났다. 의료진은 각종 영상검사와 조직검사를 했다. 다행히 조기에 발견되어 수술을 받았고 본인의 유전자에 가장 적합한 표적항암제로 치료 받고 있다.

이처럼 혈액 한 방울로 각종 암을 진단하고 예측해 정기적으로 건강검진을 받을 수 있는 시대가 국내 연구진의 기술 개발로 한걸음 다가서게 됐다.

서울대학교병원 의공학과 김영수 교수, KIST 이철주 박사 공동연구팀(이하 서울팀)은 질량분석기(Triple Quadrupole Mass Spectrometer)의 다중반응검지법(Multiple Reaction Monitoring, MRM)을 이용해 유방암 세포 시료 극미량 1μg(1/1000㎎)으로 319개 단백질 표지자의 절대 정량 분석기술을 개발하는데 성공했다고 지난 9일 밝혔다.

이번 연구는 미국국립암연구원 지원으로 미국 프레드 허친슨 암센터(Fred Hutchinson Cancer Research Center) 아마다 파울로비치 박사 연구팀(미국 서부 시애틀팀)과 BROAD Institute of Harvard and MIT 의 스티븐 카 박사 연구팀(미국 동부 보스턴팀)과 공동으로 진행됐다.

◇저렴한 비용, 혈액 한 방울로 다양한 암 진단 기반 마련

우리 몸의 세포 형질을 결정하는 중요 요소는 유전자와 단백질이다. 현재 유전체 정보는 차세대 시퀀싱(Next Generation Sequencing, NGS) 기술 발전으로 비교적 쉽게 얻을 수 있다. 하지만 단백질체 정량(특정 단백질 양 측정) 분석은 속도와 규모에서 제한적으로 이뤄지고 있다.

암은 증식과정에서 고유의 단백질을 만들어 내는데, 혈액을 뽑아서, 암세포가 분비한 단백질의 양을 측정하는 것이 종양표지자 검사다. 임상에서 이뤄지는 종양표지자 검사는 다양하다. 정확한 암 검진을 위해서는 CT, MRI, PET 등 각종 영상검사를 실시한다. 이러한 검사는 고비용, 방사선 노출의 위험으로 매달 할 수 없다. 종양표지자 검사는 저렴한 비용에 정기적으로 암 유무를 스크리닝(screening) 할 수 있다.

현재 종양표지자 검사는 암 세포가 분비한 단백질(항원)과 항체의 반응으로 농도를 측정한다. 종양표지자 마다 새로운 항체 분석법을 개발해야 하므로 시간과 비용이 많이 든다. 같은 검사를 해도 각 분석실험실마다 단백질 분석 편차가 있어서 표준화된 동일한 값을 얻기 어렵다.

이러한 고민에서 개발된 것이 질량분석기를 이용한 다중반응검지법이다. 이 검사법은 극미량 1μg 시료의 한 번 검사로 100~300여개의 단백질 표지자를 한 번에 정량할 수 있다. 어떤 단백질이 암 표지자인지 밝혀지면, 한 번의 피 검사로 여러 수십 개의 암을 밝혀낼 수 있다.

한 방울의 혈액에 100개의 단백질 표지자가 있다고 가정할 경우, 특정 단백질을 화학적 전처리해 단백질 단편으로 만든 후 전자 스캔으로 질량(Q1)을 측정한다. 같은 단백질 단편을 분쇄해 단백질 파편으로 만든 후 전자 스캔으로 질량(Q3)을 측정한다. 각 단백질은 지문 같은 고유의 Q1/Q3 질량 값이 있다. 연구팀은 100개 단백질의 고유의 Q1/Q3 값을 질량분석기에 미리 입력한다.

그 후 혈액을 질량분석기에 넣고 msec(1000 분의 1초) 단위로 혈액 속 단백질 입자들을 스캔해 질량을 분석하고, 결과 값과 미리 입력한 단백질 고유의 Q1/Q3값과 대조한다. A 단백질의 Q1/Q3값이 400/ 200이라고 하자. 혈액 내 단백질 입자들 중 Q1/Q3값이 400/200인 것이 20개가 있으면, A 단백질이 20개가 있다는 뜻이다.

이와 관련 공동연구팀은 30개의 유방암 세포주를 화학적 전처리 후에 발생한 319개의 단백질 단편 시료 중 162개를 한국 서울팀, 미국 서부 시애틀팀, 미국 동부 보스턴팀으로 이송해 동일한 질량분석기와 기술로 단백질을 정량했다.

그 결과, 각 3팀 간의 162개 평균 분석치의 변화는 0.2% 이내였다. 연구팀에 따르면 이는 언제 어디서든 동일한 질량분석기와 검사법을 따르면 동일한 단백질 정량 값을 얻을 수 있다는 뜻이라면서, 국제적으로 대규모 단백질체에 대한 절대 정량 분석 기술이 가능해져 대량 단백질 표지자의 절대 분석 시대가 열린 것이라고 설명했다.

이에 대해 김영수 교수는 “개인 맞춤의학 시대에 대규모 단백질 표지자가 세계적으로 통일된 절대 정량 분석 값으로 분석이 가능해지면, 공통 기술개발도 가능해져 단백질 표지자의 분석과 의료산업 기술 발전에 기여할 것”이라며 “이번 연구에 수행한 질량분석기기를 이용해 초고속 다중 단백질 표지자 분석이 가능하면 초저가 혁신적인 의료분석 장비가 개발될 수 있을 것”이라고 전망했다.

한편, 이번 연구는 국제 저명 학술지인 네이쳐 자매지인 ‘Nature Methods’ 12월 온라인 호에 게재됐다.

국민일보 쿠키뉴스 송병기 기자 songbk@kukimedia.co.kr