초고민감도 혈액 내 암 돌연변이 유전자 검출 기술을 개발한 연구팀 사진 (왼쪽부터 이지영 선임연구원, 이민영 선임연구원, 박성규 책임연구원)

한국재료연구원(KIMS, 원장 최철진/ 이하 재료연) 바이오·헬스재료연구본부 이민영, 박성규 박사 연구팀이 광신호 증폭용 바이오센서 나노소재를 기반으로 혈액 내 암 돌연변이 유전자를 세계 최고 수준인 0.000000001%까지 초고민감도로 검출할 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 폐암 환자(1~4기) 및 정상인 혈액 샘플로 EGFR 돌연변이 테스트를 실시한 결과, 진단 정확도 96%를 달성했다.

기존에 활용된 유전자 분석 기술은 정상 유전자 대비 돌연변이 유전자를 검출하는 분석 민감도가 낮아 초기 암 환자에 대한 정확한 진단이 어려웠다. 또한, 분석에 고비용과 장시간이 소요되며 특수 장비의 필요성 등으로 빠른 치료전략 수립이 어렵고, 선별 검사에 적용하기 어려웠다. 연구팀은 이와 같은 문제점을 극복하기 위해 표적 유전자 부위 내 다양한 암 돌연변이를 0.000000001%의 초고민감도로 1시간 이내에 분석할 수 있는 저비용의 분석 기술을 개발했다. 이 기술은 보고된 기술 중 최고 수준인 0.0001%보다도 100,000배 향상된 세계 최고 수준의 민감도를 자랑하며, 이를 통해 폐암 환자의 혈액으로 조기 진단 가능성을 확인했다.

본 기술은 형광 신호를 크게 향상시키는 나노소재 기술과 정상 유전자의 형광 신호를 억제하고, 암 돌연변이 유전자의 형광 신호만 증폭시키는 프라이머/프로브 설계를 결합한 기술이다. 매우 소량의 암 돌연변이 유전자까지 정확하게 검출하려면 강한 형광 신호 발현 기술뿐만 아니라 미세한 형광 신호의 정확한 구분이 필요하기 때문이다. 연구팀은 3차원의 고밀도 금나노구조체가 형성된 플라즈모닉 기판에 EGFR의 돌연변이 유전자 3종(삭제 돌연변이, 삽입 돌연변이, 점 돌연변이)을 동시에 검출할 수 있는 마이크로 어레이 형태의 바이오칩을 제작하였다. 국내 폐암 환자(1기-4기) 43명과 정상군 40명을 대상으로 임상적 성능을 평가한 결과, 폐암 환자에 대한 임상적 민감도 93%와 정상군에 대한 임상적 특이도 100%를 확인했다.

본 기술은 암의 초기 진단과 재발 감지뿐만 아니라, 치료 효과 모니터링 및 개인 맞춤형 치료 계획 수립에 중요한 역할을 할 수 있다. 또한 외과적인 조직 생검 대신, 혈액을 이용한 액체 생검이 가능하여 환자의 부담과 검사 과정의 복잡성을 줄이고, 정기 선별 검사로 활용되어 암 관리 및 치료의 품질 향상에 기여할 수 있다.

연구책임자인 이민영 선임연구원은 “세계 최고 수준의 초고민감도로 다양한 암 돌연변이의 포괄적 검출이 가능하다는 점에서 암 조기진단 및 치료/재발 모니터링 시장의 주역이 될 수 있을 것.”이라며 “이를 통해 암 환자의 생존율과 삶의 질이 크게 향상될 것으로 기대한다.”라고 말했다.

본 연구성과는 과학기술정보통신부 나노소재기술개발 사업(주관: 한국재료연구원)의 지원으로 수행됐다. 또한 연구 결과는 세계적 학술지인 ‘스몰 사이언스(Small Science, IF: 11.1/ 제1저자 이지영 박사)’에 6월 26일자로 온라인 게재됐으며, 표지 논문(Inside Front Cover)으로도 선정됐다. 현재 연구팀은 폐암을 시작으로, 대장암, 유방암, 췌장암 등 다양한 암의 조기진단 기술로 확장 개발을 진행하고 있으며, 상용화를 위한 기술 이전 기업을 모색하고 있다.