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양자점 나노시스템으로 암 진단 더 정확해진다


▲ 사진 출처 : 셔터스톡

미 샌포드 번햄 프레비스(SBP)의 의학디스커버리 연구소의 연구팀이 종양의 시각화를 개선할 수 있는 나노시스템을 개발했다. 연구팀은 환자들에게 독작용을 일으키지 않고 암 세포를 포착할 수 있는 양자점을 활용했다.

암은 조기에 발견하면 생존율이 극적으로 높아진다. 이에 따라 적절한 진단 도구가 치료 계획을 결정하는 데 있어 매우 유용하다. 방사선 전문의, 병리학자, 유전학자, 종양학자 등 전문가들은 여러 가지 진단 기술 등을 사용해 종양의 타입, 위치, 크기, 단계 등을 파악하려 애쓴다. 1차 암 진단평가는 3~5일 정도 걸리고 다음의 테스트 중 한두 가지를 거친다.

1. 조직 검사: 대부분 종류의 암 검사를 위해 실시하며 가장 분명한 암 진단을 내려준다. 통상 신체와 이미지 검사 후 실시한다.

2. 골수 천자: 혈액 세포의 상태와 기능을 알아보기 위해 골수를 검사한다.

3. 결장경 검사: 대장에 이상이나 변화가 있는지 보기 위한 검사다.

4. 컴퓨터 단층촬영(CT): 암의 단계와 크기를 파악하기 위한 스캔 검사다.

5. 심전도/심초음파 검사: 심장 문제를 파악하기 위한 검사로 간단하고 통증 없는 검사다.

6. 내시경 검사: 신체 내부를 관찰하는 기계로 실시하는 검사다.

7. 자기공명영상(MRI): 자력에 의해 발생하는 자기장을 이용하여 생체의 단층상을 얻을 수 있는 검사다.

8. 유방조영술: 유방암 증상이 없는 여성의 유방암 여부를 측정하기 위한 엑스레이 검사다.

9. 초음파 검사: 초음파를 활용해 생체 내부의 이미지를 얻는 통증 없는 검사다.

10. 종양표지자 검사: 다른 테스트와 결합한 방식으로 종양에 의해 또는 종양에 대한 인체의 반응으로 생성된 물질에 대한 검사다.

 

정확한 진단은 성공적 치료를 위해 매우 중요하다. 진단이 부정확하거나 아예 진단에 실패하거나 적절한 시기에 진단하지 못했을 경우 이는 의료 과실이며 환자의 사망으로 이어질 수 있다. 진단이 늦어지면 가능한 치료법도 줄어들어 생존율도 그만큼 낮아진다. SBP의 연구팀은 바로 이러한 이유로 나노기술을 활용한 양자점과 에칭 방법론을 개발해 암 진단을 획기적으로 개선시켰다. 진단 기술이 발전하면 암 위험도 그만큼 줄어들며, 동일한 유전적 변이를 보이는 종양이 생긴 환자들을 분류할 수 있고, 다양한 치료법 중에 선택할 수 있으며, 암의 재발 가능성을 최소화할 수 있다.

◇ 양자점과 에칭용 시약(부식액)

연구팀은 양자점이라 불리는 빛에 노출되면 강렬한 형광빛을 발하는 미립자, 그리고 진단의 목표인 종양으로부터 나오는 형광빛 외에 다른 신호를 제거하기 위한 에칭용 시약을 활용했다. 양자점은 정맥으로 주입돼 암 세포로 침투한다. 하지만 양자점이 과도해지면 혈류를 빠져 나와 세포막을 통과한다. 이 때 에칭용 시약을 정맥으로 주입해 과도한 양자점의 형광빛을 제거한다. 양자점과 에칭용 시약 간 이러한 메커니즘은 양이온 교환에서 아이디어를 얻었다. 즉 양자점에 들어있는 아연과 에칭용 시약에 들어있는 은이 서로 자리를 바꾸는 것이다. 은이 들어간 양자점은 형광빛을 발산하는 능력을 잃게 되지만, 에칭용 시약은 세포막을 통과할 수 없기 때문에 암 세포 안에 들어간 양자점은 여전히 빛을 발할 수 있다.

연구팀은 “우리가 개발한 나노시스템의 방점은 에칭용 시약에 있다. 종양 영상화는 암 진단, 치료, 치료 후 재발 방지에 있어 필수적이다. 지난 20년 간 이 부분에서 큰 진전이 이뤄졌지만, 우리의 진단법과 같이 더 개선되고 세심한 방법이 개발되면 더욱 개인 맞춤화되고 효과적인 치료가 가능하다”고 설명했다.

 

◇ 양자점을 응용한 암 진단

연구팀은 사람의 유방암, 전립선암, 위암 종양을 주입한 쥐를 대상으로 양자점과 에칭용 시약을 활용한 방법을 실험했다. iRGD라 불리는 종양 침투 펩티드를 이용해 양자점을 종양으로 전달한 후 에칭용 시약으로 과도한 양자점이 내는 빛을 제거한다.

연구팀은 “종양 영상의 정확성을 개선하기 위해 에칭용 시약이 활용된 예는 이번이 처음이다. 콘트라스트 인덱스가 광학촬영(2.5)보다 다섯 배에서 10배 정도 높을 것”이라고 설명했다. ‘콘트라스트 인덱스’(contrast index)란 사진 감광 재료의 상태를 실제로 이용되는 농도역에 대한 평균 계조도로 나타낸 것이다.

연구팀은 양자점과 에칭용 시약을 활용한 이 진단법이 PET 스캔이나 MRI처럼 응용될 수 있도록 개발을 지속할 계획이다.


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