소변 유래 엑소좀 내 마이크로RNA 신호 증폭 기술 개발
소변 유래 엑소좀 내 마이크로RNA 신호 증폭 기술 개발
  • 신연진 기자
  • 승인 2021.08.25 16:44
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한국과학기술연구원(KIST) 최낙원, 강지윤 박사, 고려대학교 봉기완 교수 공동연구팀
기사와 직접적 관련 없는 이미지 Ⓒgettyimagesbank

채혈이 필요한 전립선암 진단을 1mL도 안 되는 소변으로 진단하는 날이 올 수 있을까?

 

전립선암 진단에 보편적으로 사용되는 혈액 내 전립선 특이항원 (PSA) 검사는 특이도가 낮고 위양성이 높아서 불필요한 조직검사, 수술 및 방사선요법으로 이어질 수 있다. 이에 다양한 질병과 높은 상관관계가 있다고 보고되는 마이크로RNA, 특히 엑소좀 내 존재하는 여러 종류의 마이크로RNA를 검출하여 진단을 위한 바이오마커로 이용하려는 연구가 활발한 상황으로 체액 내 엑소좀에 함유된 마이크로RNA가 다양한 질병과 연관되어 있음이 알려지면서 전립선암 진단을 위한 마커로 엑소좀 내 마이크로RNA가 고려됐다.

엑소좀 내에 존재하는 마이크로RNA는 혈액뿐 아니라 타액, , 소변 등 다양한 체액에 존재하며 내부에 존재하는 마이크로RNA 또한 외부 환경과 분리되어 잘 보존돼 있다는 장점을 갖고 있지만, 체액 내 농도가 매우 낮아 기존 기술로 이를 검출하여 이용하기에는 한계가 있었다. 특히 미량의 핵산을 검출하는 데 널리 쓰이는 실시간 중합효소연쇄반응(qPCR)은 짧은 염기서열을 가진 여러 마이크로RNA를 검출할 때 비특이적 증폭이 일어날 수 있어 적합하지 않다.

 

이에 한국과학기술연구원(KIST) 최낙원, 강지윤 박사, 고려대학교 봉기완 교수 공동 연구팀은 고려대학교 안암병원 비뇨의학과 강성구 교수, 심지성 교수와 협력하여 소변에 대단히 적은 양으로 존재하는 엑소좀 내 전립선암 관련 마이크로RNA를 검출할 수 있는 기술을 개발했다.

 

■ 전립선암 환자군과 정상 대조군의 소변 유래 엑소좀 내 마이크로RNA 동시 다중 신호 증폭 및 임상진단 활용 가능성 검증 ■
전립선암 환자군과 정상 대조군 간에 특정 엑소좀 마이크로RNA(miR-3665, miR-6090)의 발현비율이 현저히 다름을 확인할 수 있으며 이를 통해 전립선암 진단의 임상적 활용 가능성을 검증하였다. 특히 수신자 조작 특성 그래프의 값이 0.884로, 기존 PSA 검사에 비해 더 우수한 민감도와 특이도를 가지고 있음 확인하였다.
[그림 설명 및 그림 제공: 한국과학기술연구원, 고려대학교 김준범 학생연구자]

 

연구팀은 아주 적은 양의 마이크로RNA 신호를 하이드로젤 안에서 증폭하여 검출할 수 있는 기술을 개발하고 실제 이를 이용해 정상인과 전립선암 환자의 소변 샘플 0.6mL에서 마이크로RNA 발현량 차이를 민감하게 검출해냈다기존 PSA 검사의 경우 민감도 90% 기준 특이도 30%를 가지고 있는데 이보다 약 2.2배 높은 68%의 특이도를 보이며 이는 기존 마이크로RNA 검출법 대비 약 67배 적은 부피의 샘플로 얻은 결과이다.

 

■ 하이드로젤 마이크로입자를 이용한 소변 유래 엑소좀 마이크로RNA 신호 증폭 기술 ■소변에서 추출한 엑소좀 내 마이크로RNA 중 전립선암과 연관이 있는 바이오마커 타겟들이 하이드로젤 마이크로입자 안에 고정된 프로브와 상보적으로 결합하고, 타겟이 결합된 프로브에서만 특이적으로 핵산 혼성화 연쇄 반응이 일어나 형광 신호가 증폭되어 극미량의 타겟을 검출할 수 있다.그림 설명 및 그림 제공: 한국과학기술연구원, 고려대학교 김준범 학생연구자
■ 하이드로젤 마이크로입자를 이용한 소변 유래 엑소좀 마이크로RNA 신호 증폭 기술 ■
소변에서 추출한 엑소좀 내 마이크로RNA 중 전립선암과 연관이 있는 바이오마커 타겟들이 하이드로젤 마이크로입자 안에 고정된 프로브와 상보적으로 결합하고, 타겟이 결합된 프로브에서만 특이적으로 핵산 혼성화 연쇄 반응이 일어나 형광 신호가 증폭되어 극미량의 타겟을 검출할 수 있다. [그림 설명 및 그림 제공: 한국과학기술연구원, 고려대학교 김준범 학생연구자]

그간 다양한 체액 유래 바이오마커를 이용하여 PSA 검사를 대체하는 전립선암 진단법을 개발하고자 하는 노력은 계속되어왔지만, 대개는 혈액을 이용하기 때문에 일부 침습적이거나 소변을 이용하는 경우 낮은 민감도 때문에 많은 양 (40mL 또는 그 이상)을 필요로 하였다이번에 개발한 기술은 채 1mL도 되지 않는, 0.6 mL의 미량 소변에서 엑소좀 내 마이크로RNA를 추출하여 전립선암 진단에 성공한 최초의 성과로 그 의의가 크다고 할 수 있다.

 

이번 연구성과는 엑소좀 내 마이크로RNA가 질병 특이도 높은 바이오마커로써 쓰일 수 있으므로 이번에 개발한 체액 분석 기술을 활용하여 전립선암 외에도 다양한 질병을 보다 정확하고 민감하게 진단할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 구체적으로 살펴보면 향후 기존 PSA 검사를 대체 또는 상호 보완하는 소변 검사로 활용될 수 있다.

이같이 실용화하기 위해서는 앞으로 비숙련자도 사용할 수 있도록 현재의 하이드로젤 마이크로입자를 키트화하여 비숙련자의 반복 실험 시에도 재현성을 확보하는 것이 과제라 할 수 있다.

 

최낙원 박사는 이번 연구에서 전립선암 환자 19, 정상인 19명의 소변 내 엑소좀 마이크로RNA를 검출하였는데, 앞으로 코호트 규모를 확장시켜 보다 확실한 전립선암 확진 마커를 발굴해낼 수 있을 것이라고 밝혔다.

 

이번 연구의 성과는 바이오센서 분야 국제학술지 바이오센서스 & 바이오일렉트로닉스(Biosensors & Bioelectronics)716일 온라인 게재되었다.

 

 


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