재료硏, 현장형 신속 암 조기진단 센서 기술 개발 > 기술 동향

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2023.01.25 08:52
소변으로 암 진단한다!
한국재료연구원(KIMS, 원장 이정환/ 이하 재료연) 나노표면재료연구본부 정호상 박사 연구팀이 포스텍 노준석 교수 및 경희대 의과대학 최삼진 교수와 공동연구를 통해, 소변 내 대사체의 광신호를 증폭할 수 있는 스트립 형 소변 센서를 개발하고 현장에서 암을 진단하는 데 성공했다.

이번에 개발된 기술은 검사가 필요한 시점에 소변을 소량(10uL)으로 용적한 후 빛을 조사하는 것만으로 별도의 분석 과정 없이 전립선암과 췌장암을 검사할 수 있는 기술이다. 검사기기는 스트립 형으로 제작되어 현장에서 신속 고감도로 암을 진단할 수 있도록 했다.

연구팀은 암 환자와 정상인 소변 내에 존재하는 대사체 구성성분의 차이에 주목했다. 체내 암세포가 증식하게 되면 비정상적인 물질대사로 인해 정상인과 다른 대사체를 소변으로 분비하게 된다. 이를 기존의 기술로 구분하기 위해서는 고가의 큰 장비가 필요해 현장 적용이 어려웠다. 연구팀은 다공성 종이 위에 산호초(Coral) 모양의 플라즈모닉 나노소재를 형성해 소변 내 대사체 성분의 광신호를 10억 배 이상 증폭하는 표면증강라만산란 센서를 개발했다. 센서에 소변을 용적하고 빛을 조사하면 암 대사체 신호가 센서 표면에서 증폭되어 암을 진단할 수 있게 된다. 연구팀은 획득한 분광 신호를 인공지능 기반 분석법을 적용해 정상인과 전립선암, 췌장암 환자를 99%까지 구분하는 데 성공했다.

현재 사용되는 다수의 암 진단 기술은 혈액검사 또는 영상의학적 방법으로 암의 존재를 찾고 조직검사를 통해 암을 진단한다. 많은 이들이 매년 건강검진을 통해 암 발생을 추적하고자 노력하지만, 암을 늦게 발견해 치료가 늦거나 사망에 이르는 경우도 많다. 특히 의료사각지대에 놓여 있는 사람들은 정기적인 검진을 받기 어려워 이미 암이 상당히 진행된 이후에 발견하게 되는 경우도 잦다. 본 연구는 누구나 쉽게 획득할 수 있는 생체시료인 소변을 사용했다. 소변을 이용한 새로운 암 진단법, 현장형 신속 암 환자 스크리닝, 암 환자 치료 후 재발 모니터링 기술 등에 활용이 가능하다. 또한 스트립 형 센서의 생산가격이 개당 100원 이하이기 때문에 대량 검사에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

연구책임자인 정호상 선임연구원은 “췌장암과 같이 진단 방법이 잘 알려지지 않은 암의 경우 발견이 어려워 최초 진단 후 생존율이 낮다. 매일 국내에서 14명의 췌장암 환자가 사망한다고 알려져 있고 1인당 경제적 비용은 연간 6,300만 원 수준이다.”라며, “암과 같은 난치성 질병은 조기진단이 가장 중요한 만큼, 본 기술이 새로운 진단법을 제시할 수 있을 것으로 기대한다.”라고 말했다.

본 연구성과는 한국재료연구원 주요사업과 한국연구재단 나노 및 소재 기술 개발사업의 지원으로 수행됐다. 또한 연구 결과는 바이오센서 분야 세계적 권위지인 ‘바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensores and Bioelectronics, IF: 12.5, JCR 상위 < 3%)’에 1월 9일 자로 게재됐다. 연구팀은 관련 특허를 한국과 미국에 출원했다.

현재 연구팀은 전립선암, 췌장암을 시작으로, 대장암, 폐암 환자의 소변을 분석해 진단 가능한 암의 종류를 점차 늘려가는 중이다.

용어설명

1. 표면증강라만산란 : 분자 고유의 신호를 109~1011배 이상 증폭시키는 기술. 귀금속 나노 표면상에서 일어나는 전자기장 증폭 현상으로 초고감도 센서 개발에 응용됨.

2. 대사체 : 세포, 조직, 체액 등 생물학적 시료 내에 존재하는 대사산물의 총체

출처 : 전기신문(https://www.electimes.com)
윤재현 기자