화학공학/고분자공학부 엄숭호 교수와 의과대학 혈액종양내과 안명주 교수 연구팀이 고성능 핵산 나노구조체-그래핀 옥사이드 복합체를 개발하여 PCR 없이 폐암 질환의 특정 유전자 조합들의 초고속 ․ 실시간 ․ 다중 진단을 실현하였다. 암 진단에 소요되는 시간을 획기적으로 단축함과 동시에 비침습적 ․ 환자 친화적 암 진단법으로 떠오르고 있는 액체 생검(liquid biopsy)에 적용시켰다. 이로써 액체 생검에 적용가능한 폐암의 다중 바이오마커의 동시 진단법이 단계별 (조기, 말기, 재발) 폐암의 치료 모델 구축의 가능성을 처음으로 열게 되었다. 이번 연구는 보건복지부가 주최하는 보건의료기술 연구개발 사업 내 포스트게놈 다부처 유전체사업의 전폭적인 지원으로 수행되었다. 이번 연구 결과는 그 성과를 인정받아 다학문적 과학 (Multidisciplinary Science) 분야 최고권위지인 ‘Advanced Biosystems’의 표지 그림으로 선정되며 6월 10일자 온라인 판에 게재되었다. 

이번 연구의 제1저자로 참여한 육지수 연구원은 정상세포가 암세포화로 진행되는 과정의 정보를 담고 있는 암세포 지문 유전자로 잘 알려진 특정 마이크로 RNA 그룹 및 폐암의 경우에 대표적 바이오마커인 상피세포 성장인자 수용체 (Epidermal growth factor receptor, EGFR) 유전자 변이의 조합을 선별적으로 분별하는 핵산 구조체-그래핀 옥사이드 플랫폼을 개발하였다. 이 플랫폼은 1개의 단일 유전자 변이의 차이를 보이는 점 돌연변이(Point mutation)의 구별도 가능케 하며 또한 3시간 이내에 다중의 바이오마커를 실시간으로 판별하므로 초간단, 초정밀 암 진단 (특히, 폐암진단)에 한 발짝 다가설 것이다. 

특정 유전자의 변이 또는 유전 물질의 발현율 변화는 암의 발생과 암의 전반적 진행에 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다. 폐암의 경우 대표적 바이오마커로는 EGFR 유전자 변이가 있으며, 동양인 환자군의 35~50%가 이에 해당된다. 최근에는 마이크로 RNA의 발현량이 암 종양 생성에 직접적으로 많은 영향을 준다는 것이 함께 연구되어 크게 주목받고 있다. 이러한 유전자들을 검출하기 위해서는 침습적 ․ 수술적 방법으로 대상 생체 시료를 확보해야 한다. 이는 환자에게 상당한 육체적 정신적 고통을 야기하며 그 종양의 위치에 따라 기술의 활용이 상당히 제한적이다. 더불어 조직을 채취한 후에도 유전자 검사과정에는 수주의 시간이 소요되고 있다. 따라서 이를 대체하여 환자별 약물의 적합성 및 내성 등을 종합적으로 빠르게 평가하기 위한 환자친화적 진단법이 절실히 요구되고 있다. 이번 연구에서 이를 대체하기 위하여 혈액에도 적용 가능한 초고속의 진단 플랫폼이 개발되었다. EGFR 유전자의 변이 확인은 임상에서 치료제 처방에 적극 사용될 수 있으며, 마이크로 RNA군의 동시 식별은 새로운 암 바이오마커의 발견 및 치료법 구축에 크게 기여할 것이다. 

이번에 본 연구팀은 삼각기둥 모형의 형광 핵산 생체 고분자 물질과 그래핀 옥사이드 간의 새로운 나노하이브리드 물질로 나노바코딩 플랫폼 시스템을 구축하였다. 이 시스템은 폐암에 기원한 마이크로 RNA 및 특이적인 유전자 바이오마커들과 선택적으로 반응하도록 설계되었다. 특정 바이오마커가 존재하는 상황에서 스스로 특정 형광 스위치들이 반응하여 켜지도록 만들어졌다. 이는 다양한 유전자 바이오마커들에 동시 적용가능하며 체외에서 진단되기 때문에, 현재 임상에서 유전자 진단 및 예방 키트등의 다각도로 활용 가능하여 실제 임상 키트들이 가진 종합적인 문제점들을 해결하며 처음으로 정밀의학의 가능성을 타진하였다. 실제로 이의 시약형의 플랫폼은 (주) DNANO(대표: 이영구)에서 ‘플루오그라(FluorgraTM)’로 명칭되어 사업화가 실현되고 있다. 

엄 교수는 “획기적으로 단축된 검진시간과 액체 생검으로의 적용가능성은, 실제 임상 진단에서 빠른 치료제 처방과 맞물려 약물 효능에 대한 실시간 모니터링을 가능하게 하여 환자 맞춤형 치료를 실현해가고 있다. 이는 사업화되어 임신진단키트와 같은 형태로 진화하여 빠른 시일 내에 일상생활에서 건강 복지의 편의를 제공할 것이다”라고 말했다.