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  • 대사성 질환의 시대, 앞으로의 대사 건강 관리 전략은?

    대사성 질환의 시대, 앞으로의 대사 건강 관리 전략은?

    이미지 출처 : Motion Elements
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    건강검진에서 ‘대사 증후군’ 판정을 받아본 적이 있는가? 혈액 검사를 포함해 기초적인 검진에서 나올 수 있는 진단이다. 대사 증후군이라고 하면 다소 낯설게 들릴 수 있지만, 간단하게 말하면 ‘현재 대사성 질환이 있다’라는 것을 의미한다. 여기서 말하는 대사성 질환은 익히 들어봤을 당뇨, 고혈압, 고지혈 같은 것들이다. 

    2021년 질병관리청 통계에 따르면 30세 이상 성인의 약 63%가 당뇨 위험군, 약 57%가 고혈압 위험군이다. 지금도 많이 늦은 감이 있지만, 더 늦기 전에 대사 건강 관리에 경각심을 가져야 한다. 대사성 질환의 종류는 무엇이 있는지, 어떤 점에서 위험한지를 재차 정리하고, 앞으로의 트렌드를 고려한 대사 건강 관리 전략을 어떻게 세워야할지를 살펴본다.

     

    대사성 질환의 종류와 위험 신호

    우리 몸이 에너지를 만들고 사용하는 일련의 과정에서는 매우 복잡한 생화학적 작용이 이루어진다. 이를 통틀어 ‘대사(Metabolism)’라 한다. 이 과정에서 정상적인 프로세스를 벗어난 모든 문제를 포괄해 ‘대사성 질환’이라 한다.

    가장 잘 알려진 대사성 질환으로는 혈당 조절 문제로 생기는 당뇨병, 혈관에 지속적인 부담이 가해지는 고혈압, 혈액 속 지방성분의 불균형으로 나타나는 이상지질혈증(고지혈증), 그리고 체지방이 과도하게 축적되는 비만이 있다. 이들은 종종 두 가지 이상이 동반돼 나타나기도 하는데, 이를 가리켜 ‘대사 증후군’이라 부른다.

    대사성 질환이나 대사 증후군 환자가 많은 이유는, 겉으로 나타나는 특별한 증상이 없기 때문이다. 이로 인해 자신이 질환을 앓고 있다는 사실 자체를 모르는 경우도 있고, 이따금씩 증상이 나타나더라도 대수롭지 않게 여기는 경우도 있다. 대사 건강 관리의 필요성 자체를 인지하지 못하는 것이다.

    하지만 대사성 질환은 몸 속의 장기들을 착실하게 공격하며 본래 기능을 저하시키고, 다른 질환을 유발하기 쉬운 환경을 만든다. 예를 들어, 혈당이 조절되지 않아 높은 혈당이 지속되면 말초 부위 신경부터 서서히 손상시킨다. 이 과정에서 시각 이상, 신장 기능 이상을 비롯해 미세 신경에 의해 조절되는 신체 기능들이 망가지게 된다.

    한편, 혈압이 높은 상태가 계속되면 심장을 비롯한 전체 혈관에 부담이 축적된다. 이로 인해 나중에 심장질환이나 뇌 질환이 발생할 우려가 높아진다. 지질 농도가 높은 혈액이 오랫동안 순환하게 되면, 그 잔여물이 혈관 벽에 엉겨붙으며 혈관을 딱딱하고 좁아지게 만드는 식이다.

    혈압, 혈당, 이상지질, 비만 중에서 두 가지 이상을 겪고 있는 경우 대사 증후군에 해당한다 / 이미지 출처 : Motion Elements
    혈압, 혈당, 이상지질, 비만 중에서 두 가지 이상을 겪고 있는 경우 대사 증후군에 해당한다 / 이미지 출처 : Motion Elements

     

    건강한 대사를 위협하는 요인들

    대사성 질환이 발생하는 원인은 보통 과도한 칼로리 섭취, 식단의 영양 불균형, 그리고 운동 부족 등이 꼽힌다. 이들은 과거나 지금이나 여전히 중요한 원인이다. 하지만 과학과 기술이 발전하면서 이제는 좀 더 구체적인 요인들도 함께 거론된다.

    종종 듣게 되는 것 중 하나는 ‘장내 미생물 불균형’이다. 장은 우리가 먹은 음식물로부터 필요한 영양소를 흡수하고 나머지를 배출하는 기관이다. 이 과정은 장 속에 서식하는 수백 조 단위의 미생물들이 주도한다. 음식물을 잘게 분해하고, 그 안에 포함된 영양소를 끄집어내 흡수하며, 필요한 영양소를 조합하고 몸 전체의 방어력(면역력)을 조절한다.

    미생물의 구체적인 종류마다 하는 일에 조금씩 차이가 있기 때문에, 다양한 미생물을 적절하게 보유하는 것이 중요하다. 가공된 식품을 즐겨 먹게 되면 몸에 유해한 미생물이 증식하게 돼, 소화 기능부터 이상이 생긴다. 장내 미생물 균형을 그토록 강조하는 핵심적인 이유다.

    다음으로는 ‘수면’과 ‘생체 시계 교란’을 꼽는다. 그리 멀지 않은 과거에만 해도, 잠을 줄여가며 무언가를 열심히 하는 것을 열정이라든가 성공의 비결이라 추켜세우는 분위기가 있었다. 지금 중년 정도의 나이라면 학창시절 ‘사당오락(4시간 자면 붙고, 5시간 자면 떨어진다)’이라는 말을 자주 들어봤을 거라 생각한다.

    하지만 잠을 적게 자고, 불규칙한 패턴으로 살며, 새벽에 종종 깨어있는 습관을 오랫동안 지속하게 되면, 인간의 몸은 생체 시계(서카디안 리듬)가 깨진다. 이에 따라 주기적으로 분비돼야 하는 각종 호르몬이 분비 타이밍을 놓쳐 교란을 겪는다. 그 결과 과식이나 폭식, 급격한 체중 증가, 혈당 조절 장애 등의 대사성 질환 발생 위험을 높인다.

     

    앞으로의 대사 건강 관리 전략

    최근의 건강 관리 트렌드라 하면 ‘스마트’ 그리고 ‘개인 맞춤형’을 꼽을 수 있다. 다양한 웨어러블 기기를 사용할 수 있고, 측정 정확도를 높이는 기술도 점점 발전하고 있다. 의학적인 전문성을 기대할 수는 없지만, 적어도 스스로 어느 정도 수준의 건강 관리를 해내기에는 충분하다. 

    여기에 더해 개인의 유전적 특성, 대사적 특성, 환경적 특성 등을 고려하는 개인 맞춤형 트렌드가 더해진다. 누군가에게 잘 맞는 방법이 나에게도 잘 맞으리라는 보장은 없다. 취향에 따라, 건강 상태에 따라 최적의 방법은 스스로 찾고 만들어가는 것이다.

    여기에서 더 나아가 ‘정밀 의료’가 발전하고 있다. 정밀 의료란 개인의 유전정보, 생활환경, 기존 병력이나 약물 복용 이력 등 세세한 정보를 통합적으로 분석해, 각자에게 맞는 치료와 관리를 제공하는 접근 방식이다. 세부적인 내용은 더 깊이 있게 들어가지만, 일반적인 시각으로 보면 ‘개인 맞춤형 트렌드의 궁극적 형태’라고 이해하면 된다.

    이러한 트렌드를 활용하고 혜택을 제대로 누리기 위해서는, 자신의 대사 건강 상태를 이해하려는 노력이 선행돼야 한다. 수많은 전문가들이 알려주는 정보를 쉽게 구할 수 있는 세상이지만, 종종 그들 사이에서도 의견이 갈리는 경우가 있다. 이럴 때 무엇보다도 ‘나에게 맞는 방법’을 찾는 것이 가장 정확한 기준이 된다.

    겉으로 드러나지 않는다고 해서 무신경하게 지나치는 순간에도, 대사성 질환은 계속 건강을 좀먹어간다. 정기적인 건강검진에 빠짐없이 참여하도록 하고, 위험 요인이 발견되면 일찌감치 정보를 수집하고 관리를 시작하는 적극적 태도가 중요한 시점이다.

    앞으로의 건강 관리 트렌드는 스마트, 그리고 개인 맞춤형이 될 것이다 / 이미지 출처 : Motion Elements
    앞으로의 건강 관리 트렌드는 스마트, 그리고 개인 맞춤형이 될 것이다 / 이미지 출처 : Motion Elements

     

  • 청소년 우울증 진단, 피 한 방울로도 가능해질 수 있다

    청소년 우울증 진단, 피 한 방울로도 가능해질 수 있다

    이미지 출처 : Motion Elements
    이미지 출처 : Motion Elements

    정신건강 문제에서 가장 흔히 거론되는 것이 우울증이다. 20~30대 청년층의 우울증도 사회적 문제로 지목되지만, 그에 앞서 청소년기의 우울증에도 관심을 가질 필요가 있다. 특히 청소년기는 신체적, 정신적으로 큰 변화를 겪는 시기인 만큼, 우울증으로 인해 장기적인 후유증이 남을 가능성도 배제할 수 없기 때문이다. 최근 혈액 속 특정 분자를 통해 청소년 우울증 진단 및 예후 예측까지 가능하다는 연구가 발표됐다.

     

    청소년 우울증 진단이 어려운 이유

    먼저 묻는다. 성인의 우울증 진단은 쉬운 편인가? 보통 그렇지 않다. 물론 정확한 진단은 전문의를 통해야 하지만, 이상 징후를 느껴 병원을 찾기 위해서는 개인에게도 우울증 징후에 대한 이해가 필요하다. 하지만 우울증에 대한 이해가 그리 넓게 퍼져 있지 않기 때문에, 성인들 중에도 본인의 우울증을 자각하지 못해 적절한 치료 시기를 놓치는 경우가 많다.

    청소년 우울증 진단은 보통 이보다 더 어렵다. 성인들과 달리 청소년들은 호르몬 변화를 겪는 시기이므로, 슬픔이나 무기력함이라는 우울증의 대표적 증상 외에도 여러 가지 감정이나 행동이 나타난다. 

    짜증이 늘어나거나, 반항적인 태도, 등교 거부, 특별한 이유가 없는 두통이나 복통의 발생 등이 대표적인 예다. 이러한 증상들은 사춘기에 흔히 나타날 수 있는 일들이다. 혹은 학업이나 교우 관계 등으로 스트레스를 받는 것으로 오인하기 쉬운 문제이기도 하다. 

    또한, 청소년들은 자신이 느끼고 있는 감정 또는 심리적 어려움을 어른들에게 이야기하지 않으려는 경향이 있다. 표현할 방법을 모르는 것이든, 의도적으로 꺼리는 것이든 소통이 잘 되지 않는 경우가 많다는 것이다. 따라서 청소년 우울증 징후가 나타나더라도 부모나 교사가 문제를 알아차리기까지 상대적으로 오랜 시간이 걸릴 수 있다. 

    어른들과 소통이 잘 되지 않는 경우, 우울증 발견이 더 늦어질 수 있다 / 이미지 출처 : Motion Elements
    어른들과 소통이 잘 되지 않는 경우, 우울증 발견이 더 늦어질 수 있다 / 이미지 출처 : Motion Elements

     

    ‘마음의 병’에 동반되는 몸의 신호

    우울증과 같은 정신건강 문제를 바라보는 시각이 많이 달라졌다. 단순히 '마음의 문제' 또는 ‘마음의 병’이라 부르던 시기를 넘어, 실질적으로 몸 안에서 화학적, 분자적 변화가 일어난다거나 뇌 기능에 영향을 미친다는 식의 접근법과 그에 대한 연구 결과들이 꾸준히 나오고 있다. 

    캐나다 맥길 대학교 연구팀은 지난 4월 ‘우울증 진단을 받은 청소년의 혈액 검사 및 연구 결과’를 발표한 바 있다. 연구팀에 따르면 우울증 진단 기준에 해당하는 청소년들은 혈액 내 9종의 mRNA 분자 수치가 증가한다. 

    연구팀은 미국 캘리포니아 대학교, 그리고 스탠포드 대학교 연구팀과 협력해, 62명의 청소년을 대상으로 한 연구를 진행했다. 참가 청소년 중 34명은 우울증 진단을 받았고, 나머지 28명은 우울증이 없었다. 

    연구팀은 참가 청소년들의 손가락 끝을 바늘로 살짝 찔러 소량의 혈액 샘플을 채취했다. 그런 다음 샘플을 건조-냉동시킨 다음 여기서 mRNA를 추출해 분석하는 연구를 진행했다. 그 결과, 청소년 우울증 진단을 받은 34명의 혈액 샘플에서는 9종의 mRNA 수치가 두드러지게 나타났다. 이는 우울증이 없는 나머지 청소년들의 샘플에서는 발견되지 않은 현상이다.

    게다가 이 mRNA 분자들은 성인 우울증과는 관련이 없는, 오로지 청소년 우울증 진단을 위한 특이적 지표라는 것이 연구팀의 설명이다. 성인 우울증 환자에게서 동일한 방식을 적용했을 때, 그 샘플에서는 같은 현상이 발견되지 않았다는 이야기다. 

     

    연구의 의미와 앞으로의 기대

    연구팀은 이번 연구 결과가 청소년 우울증 진단을 앞당기는 데 크게 기여할 거라고 기대하고 있다. 보통 우울증 진단은 스스로 보고하는 증상의 정도에 의존하는 경향이 강하다. 이를 위해 정밀하게 설계된 도구가 사용되고 있지만, 그렇다고 해도 환자 본인이 느끼는 것에 근거한다는 본질은 변하지 않는다. 이 때문에 적절한 치료 시기를 놓치게 되는 사례도 분명 있다.

    반면, 혈액 속 mRNA 지표를 분석하는 방법은 훨씬 정량적이고 객관적이다. 연구팀은 청소년들이 스스로 증상을 인지하지 못하더라도, 주기적인 혈액 검사만으로 우울증 여부를 확인할 수 있다는 데 큰 의의를 두고 있다. 연구팀은 9개 분자가 나타나는 수치를 토대로 해당 청소년의 우울증이 향후 어떤 예후를 보일 것인지도 예측할 수 있다고 설명했다.

    연구팀은 ‘건조된 혈흔’을 가지고도 정신건강 연구에서 실용적으로 쓸 수 있다는 점을 강조했다. 최소한의 침습으로 아주 적은 양의 혈액만 확보하더라도, 정신건강 문제와 관련된 생물학적 변화를 확인할 수 있다는 점이다. 

    이 분야에 대한 연구가 지속될 경우, 우울증에 노출되는 청소년들을 보다 확실하게 진단하고 치료할 수 있을 것으로 기대된다. 아울러 청소년의 다른 정신건강 문제, 나아가 성인들의 정신건강 문제로도 확장해나갈 수 있는 기초가 될 수 있다.

    혈액 검사로 많은 것을 진단해낼 수 있는 시대, 이제는 우울증도 진단해낼 수 있을 것으로 기대된다 / 이미지 출처 : Motion Elements
    혈액 검사로 많은 것을 진단해낼 수 있는 시대, 이제는 우울증도 진단해낼 수 있을 것으로 기대된다 / 이미지 출처 : Motion Elements

     

  • 웨어러블 혈액 검사 기기, 손목에서 혈류 내 세포 추적한다

    웨어러블 혈액 검사 기기, 손목에서 혈류 내 세포 추적한다

    서크트렉(CircTrek)의 샘플 이미지 / 출처 : MIT 홈페이지
    서크트렉(CircTrek)의 샘플 이미지 / 출처 : MIT 홈페이지

    매사추세츠 공과대학(MIT) 연구팀이 손목시계 형태의 의료 모니터링 장치 '서크트렉(CircTrek)'을 개발해 선보였다. 이 장치를 한 마디로 요약하자면 ‘웨어러블 혈액 검사 기기’라 할 수 있다. 혈관 내부의 단일 세포까지 감지할 수 있을 만큼 정밀·민감하면서도 손목에 착용할 수 있을 만큼 작은 크기의 비침습적 의료기기다. 

    이 웨어러블 장치의 중요한 특징 중 하나는 '인체 내 순환 세포를 지속적으로 모니터링할 수 있다'는 것이다. 웨어러블 혈액 검사 기기라고 표현한 것은, 혈액 채취 없이 비침습적으로 혈류 속 혈액 상태를 평가할 수 있기 때문이다. 이 기술은 <네이처(Nature)>의 파트너 저널 중 하나인 <NPJ 바이오센싱(NPJ Biosensing)> 에 게재됐다.

     

    실시간 웨어러블 혈액 검사 기기

    '서크트렉(CircTrek)'은 MIT 미디어랩 조교수인 데블리나 사르카르 박사 연구팀이 개발했다. 사르카르 박사는 AT&T 경력 개발 의장이자 나노-사이버네틱 바이오트렉 연구 그룹을 이끌고 있다. CircTrek은 질병의 조기 진단, 질병 재발 감지, 감염 위험 평가, 질병 치료의 효과 여부 판단 등 여러 의료 과정에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

    연구팀의 설명에 따르면, 기존의 혈액 검사는 환자 상태를 '스냅샷'처럼 보여준다는 한계가 있다. 즉, 검사를 실시한 그 순간의 정보만을 보여준다는 뜻이다. 이에 비해 CircTrek은 웨어러블 혈액 검사 기기로서 착용자의 상태를 실시간으로 계속 확인할 수 있도록 하는 데 초점을 두었다. 

    연구팀은 제출한 논문을 통해 "이전까지는 해결되지 않았던 중요한 과제"라고 언급했다. 기존의 기술 중 비교할 만한 것으로는 '유세포 분석법(Flow Cytometry)'이 있다. 이는 개별 세포를 빠르게 분석하는 기술로, 이를 활용하면 혈류 내 세포의 연속적 모니터링이 어느 정도 가능하다. 

    하지만 연구팀 소속의 박사 과정생 장규호 연구원의 설명에 따르면, 유세포 분석을 위해서는 연구실 규모의 장비가 필요하다. 또한, 대상자로부터 혈액 샘플을 얻어서 측정하는 방식이므로, 대상자가 현장에 있는 동안만 모니터링이 가능하다는 한계가 있다. 

    CircTrek은 '온보드 Wi-Fi 모듈'을 장착해 이 문제를 해결했다. 즉, 와이파이에 연결할 수 있는 환경이라면 환자는 어디서든 혈류 순환 세포를 모니터링할 수 있고, 해당 정보를 담당 의사나 치료팀에 전송할 수도 있다. 

    지속적인 모니터링이 가능하기 때문에 실시간으로 데이터를 얻을 수 있으며, 휴대성을 기반으로 언제 어디서든 빠르게 공유할 수 있다는 것이 CircTrek의 가장 두드러지는 장점이다. 이를 바탕으로 중요한 시기에 곧바로 임상적 결정을 내릴 수 있다는 것이 사르카르 박사의 말이다.

    CircTrek의 원리 / 출처 : NPJ Nature Biosensing
    CircTrek의 원리 / 출처 : NPJ Nature Biosensing

     

    치료 반응 및 진단 평가 개선 기대

    웨어러블 혈액 검사 기기로 작동하기 위해 CircTrek은 특별하게 설계된 레이저 빛을 활용한다. 피부 아래 형광 물질로 표시된 특정 세포에 레이저 빔을 집중해서 쬐면, 해당 세포들이 빛을 내는 원리를 활용한다. 

    세포에 형광 표시를 하는 방법은 두 가지로 나뉜다. 하나는 항체 단백질에 형광 염료를 붙여 세포에 적용하는 방법이고, 다른 하나는 세포가 스스로 빛을 내도록 유전자를 변형하는 것이다. 

    예를 들어, 항암 치료 방법 중 하나인 CAR-T세포 치료를 받는 경우, 해당 세포에 형광 염료를 붙이거나 유전자 변형을 적용함으로써 세포가 형광 단백질을 발현하도록 할 수 있다는 설명이다. 연구팀은 이밖에도 여러 방법으로 세포의 형광 표지가 가능할 것으로 보고 있다.

    CircTrek을 활용하면, 형광 표지된 CAR-T세포를 검출함으로써 세포 치료의 효과를 평가할 수 있다. 예를 들어, 치료 후 혈액 내 CAR-T세포가 지속적으로 발견된다면, 환자의 치료 반응이 좋다고 평가할 수 있는 식이다. 

    물론, 실제 정확한 예후 판단을 위해서는 다른 임상 요소까지 종합적으로 살펴봐야 한다. 하지만 CircTrek을 통해 실시간 모니터링 정보를 수집할 수 있다면, 진단 및 평가에 있어 중요한 데이터를 보다 빠르게 확인할 수 있다는 점에서 잠재력은 충분하다고 할 수 있다.

    혈관 속 특정 세포에 형광 표시를 하고, CircTrek으로 추적·모니터링할 수 있다 / 이미지 출처 : Motion Elements
    혈관 속 특정 세포에 형광 표시를 하고, CircTrek으로 추적·모니터링할 수 있다 / 이미지 출처 : Motion Elements

     

    피부 안전성 검증 완료, 상용화 추진

    장규호 연구원의 설명에 따르면, 부품 최적화 과정을 거듭해 노이즈를 크게 줄였으며, 최종적으로 형광 세포가 보내는 신호만 포착할 수 있도록 하는 데 성공했다. CircTrek에서 형광 신호를 감지하는 센서 역시 매우 작은 크기지만, '단일 광자'에 해당하는 정도의 빛도 감지할 수 있을 만큼 센서 감도가 높다는 설명이다.

    레이저 드라이버와 노이즈 필터를 포함한 CircTrek의 서브서킷은 42mm x 35mm 크기의 회로 기판에 맞춰 설계됐다. 이를 통해 CircTrek은 최종적으로 스마트워치와 거의 비슷한 크기로 완성됐다.

    피부 아래 혈류를 감지하는 것의 안전성에 대한 테스트도 마쳤다. CircTrek을 사용하면 피부 표면의 온도가 약 1.51℃ 가량 상승하는 것으로 나타나, 피부에 별다른 영향을 주지 않는 것으로 확인됐다.

    물론, CircTrek을 상용화하기까지는 추가적으로 거쳐야 할 절차가 많다. 하지만 장규호 연구원은 "매개변수를 수정함으로써 잠재력을 확대할 수 있다"라고 이야기하며, "CirkTrek을 일상적으로 활용할 수 있게 되면, 임상 의료진들이 환자에 대한 중요한 정보를 정확하고 빠르게 얻을 수 있을 것"이라고 덧붙였다.

    웨어러블 기기의 발전 사례로 주목할 만하다 (※ 위 이미지는 본문 내용과 직접적 연관이 없음) / 이미지 출처 : Motion Elements
    웨어러블 기기의 발전 사례로 주목할 만하다 (※ 위 이미지는 본문 내용과 직접적 연관이 없음) / 이미지 출처 : Motion Elements

     

  • 혈액 정밀검사 기술의 진화, 혈액 지표 실시간 분석법 개발

    혈액 정밀검사 기술의 진화, 혈액 지표 실시간 분석법 개발

    이미지 출처 : Motion Elements
    이미지 출처 : Motion Elements

    혈액은 인체 건강 상태를 가장 직접적으로 보여주는 중요한 지표 중 하나다. 최근 혈액검사를 통해 조기 진단할 수 있는 질병이 늘어나면서, 혈액검사 지표의 정밀한 분석에 관한 관심도도 높아지고 있다. 국내 연구진이 혈액검사 지표를 전기적으로 도출할 수 있는 혈액 정밀검사 기술을 개발했다.

     

    혈류 상태의 정밀 분석 기술

    광주과학기술원(GIST) 기계로봇공학과 양성 교수 연구팀은 혈액을 구성하고 있는 성분들의 유전 특성(dielectric properties)을 실시간으로 측정·분석했다. 유전 특성이란 어떤 성분이나 물질이 전기장에 어떻게 반응하는지에 관한 물리적 특성을 말한다. 

    GIST 연구팀은 이를 바탕으로 혈류 상태에서 적혈구의 배열과 적혈구 내부의 ‘헤모글로빈 수화 구조’를 분석할 수 있는 새로운 센서 기술을 개발했다고 밝혔다. 

    이 기술은 다양한 주파수의 전기 신호에 대한 반응을 측정·분석하는 ‘전기화학 임피던스 분광법(EIS)’과 머리카락 굵기 수준의 미세 채널로 액체를 정밀하게 제어하는 ‘마이크로플루이딕(Microfluidic)’ 기술을 결합했다. 실제 혈액이 흐르고 있는 상태에서 적혈구의 배열 방향성과 세포 내부 수분 구조까지 측정할 수 있는 혈액 정밀검사법이라는 것이 연구팀의 설명이다.

    * 헤모글로빈의 수화 구조 (Hemoglobin Hydration Shell)

     : 헤모글로빈 분자 주변에 물 분자가 결합해 형성되는 얇은 수분층으로, 헤모글로빈의 기능과 안정성에 중요한 역할을 한다. 이 구조는 산소와 결합한 상태에 따라 변한다. 

     

    전기 임피던스 측정 장비에 혈액검사 지표 추출용 소자를 장착하고 임피던스를 측정하는 모습 / 출처 : 광주과학기술원(GIST)
    전기 임피던스 측정 장비에 혈액검사 지표 추출용 소자를 장착하고 임피던스를 측정하는 모습 / 출처 : 광주과학기술원(GIST)

     

    신속 정확한 혈액 정밀검사 기술

    빠르고 정밀한 혈액 진단 기술은 의료 기술 발전의 핵심 분야로 꼽힌다. 특히 혈액 검사의 경우 환자 부담이 비교적 적은 데다가 이를 통해 다양한 질병의 초기 징후를 감지할 수 있는 수단이다. 즉, 혈액 정밀검사 기술이 발전하면 질병의 조기 진단 사례가 늘어날 것이고, 이에 따른 맞춤 치료가 가능해져 환자와 의료 분야 양측의 부담이 크게 줄어들 수 있다. 

    이 가운데 EIS는 비침습적이고 민감도가 높아, 혈액 정밀검사 및 성분 분석에 적합한 기술로 주목받아 왔다. 그러나 기존 연구들은 대부분 정지된 상태의 혈액을 분석 대상으로 사용했다. 이 때문에 혈액 속 적혈구들이 서로 응집하거나 침전하는 현상이 발생했고, 측정 정확도가 떨어지는 한계가 있었다. 

    또한, 기존 이론 모델은 적혈구의 배열 상태나 헤모글로빈의 수화 구조를 고려하지 않아, 임피던스 스펙트럼 해석에도 제약이 따랐다. 보다 정교한 분석을 위해서는 이를 개선할 필요가 있었다.

    GIST 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 실제 혈류 환경을 모사한 마이크로플루이딕 채널을 활용해 혈액 임피던스를 측정하고, 이에 대한 분석을 진행했다. 특히, 적혈구 배열 상태를 정량화할 수 있는 선호 배열 지수 개념을 도입해 분석한 결과, 전체 적혈구 중 약 34%는 흐름 방향으로 정렬되고, 나머지 66%는 무작위로 배열돼 있는 것으로 나타났다.

    연구팀은 또한, 적혈구 내부를 단순한 용액이 아니라, ‘이중 수화 껍질을 갖는 헤모글로빈 콜로이드’로 모델링해 세포 내부의 물리적 특성까지 고려한 보다 정밀한 EIS 해석이 가능해졌다고 설명했다.

     

    6가지 주요 혈액학 지표 도출

    이론 기반 분석을 통해 연구팀은 실제 혈액에서 적혈구와 관련된 6가지 주요 혈액학적 지표를 도출했다. 도출된 지표는 ▴적혈구 수(RBC, Red Blood Cell count) ▴헤모글로빈 농도(Hb, Hemoglobin) ▴헤마토크릿(HCT, Hematocrit) ▴평균 적혈구 용적(MCV, Mean Corpuscular Volume) ▴평균 적혈구 헤모글로빈(MCH, Mean Corpuscular Hemoglobin) ▴평균 적혈구 헤모글로빈 농도(MCHC, Mean Corpuscular Hemoglobin Concentration)로, 혈액 내 적혈구의 상태와 기능을 정확히 파악하는 데 중요한 역할을 한다.

    특히 이들 지표는 실제 임상 혈액검사 결과와 비교했을 때, 계산된 값과의 오차가 3.5% 미만으로 나타났다. 혈액 정밀검사 기술로서 높은 정확도와 신뢰성을 입증한 것이다.

    양성 교수는 “이번 연구는 단순히 흐르는 혈액의 임피던스를 측정하는 데 그치지 않고, 적혈구 배열 특성과 헤모글로빈 수화 구조까지 정량적으로 해석할 수 있는 분석 기법을 제시했다는 점에서 의미가 크다”며, “이 기술은 향후 스마트 헬스케어 기기나 병원용 실시간 혈액 검사기 등 다양한 의료 분야에 폭넓게 응용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

    GIST 기계로봇공학과 양성 교수가 지도하고, 즈바노브 알렉산더(Zhbanov Alexander) 연구교수와 이예성 석박사통합과정생이 공동 제1저자로 수행한 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받았다. 연구 결과는 화학 분야 국제 학술지 <분석 화학(Analytical Chemistry)>에 지난 1월 25일 표지논문으로 게재됐다. 

    (왼쪽부터) 기계로봇공학과 석박사통합과정 이예성 학생, 즈바노브 알렉산더 연구교수, 양성 교수 / 출처 : 광주과학기술원(GIST)
    (왼쪽부터) 기계로봇공학과 석박사통합과정 이예성 학생, 즈바노브 알렉산더 연구교수, 양성 교수 / 출처 : 광주과학기술원(GIST)

     

  • 암 조기 진단해내는 ‘액체 생검’, 감도 높이고 오류율 낮췄다

    암 조기 진단해내는 ‘액체 생검’, 감도 높이고 오류율 낮췄다

    이미지 출처 : Motion Elements
    이미지 출처 : Motion Elements

    올해 들어 혈액 검사로 주요 질환의 조기 진단이 가능하다는 연구 결과가 여러 차례 발표된 바 있다. 특히 많은 사람들의 관심이 집중되는 부분이라면 ‘암 조기 진단’이다. 혈액 검사를 통한 암 조기 진단 기술에 있어 또 다른 진전이 나왔다.

     

    혈액 검사로 질환 찾는 액체 생검 기술

    미국 와일 코넬 의과대학과 뉴욕 게놈 센터 연구진은 혈액 검사를 통해 암 세포를 검출하는 새로운 오류 보정 방법을 찾았다는 내용을 11일 <네이처 메서드(Nature Methods)>에 발표했다. 

    혈액 검사를 기반으로 하는 이른바 ‘액체 생검’ 기술은 환자 부담이 거의 없는 검사법으로 꼽힌다. 과거에 비해 기술이 발달하면서 현재에도 다양한 질환의 초기 징후를 식별할 수 있는 수단으로 사용되고 있다. 혈액 검사를 통해 이상 징후가 발견되면 해당 내용으로 정밀 검사를 진행하는 시스템이다. 여기에 암 조기 진단 가능성도 점차 높아지고 있다. 

    다만, 연구팀에 따르면 혈액 샘플을 통해 얻을 수 있는 암 세포 DNA는 그 양이 매우 적기 때문에, 암 치료에 중요한 암의 돌연변이적 특징을 정확하게 식별하는 데 어려움이 있었다.

    연구팀은 약 10년에 걸쳐 표적 시퀀싱 및 전장 유전체 시퀀싱 기반 방법을 동원해 이 문제를 해결하기 위한 연구를 지속해왔다. 지난 해에는 암 샘플의 시퀀싱 데이터에 접근하지 않고도, 환자 혈액 샘플로부터 진행성 흑색종과 폐암을 안정적으로 검출하는 성과를 보인 바 있다.

    소량의 혈액으로 다양한 검사를 하기 위해서는 높은 민감도와 낮은 오류율이 필수다 / 이미지 출처 : Motion Elements
    소량의 혈액으로 다양한 검사를 하기 위해서는 높은 민감도와 낮은 오류율이 필수다 / 이미지 출처 : Motion Elements

     

    민감도 높이고 오류 가능성 크게 낮춰

    연구팀은 이번 새로운 연구를 통해 액체 생검 기술을 통한 암 조기 진단에서 또 한 번의 진전을 보였다. 바이오 기업 울티마 지노믹스(Ultima Genomics)가 내놓은 저비용의 시퀀싱 플랫폼을 이용했으며, 환자 혈액 샘플로부터 100만 분의 1 수준의 농도(ppm)로 암 세포 DNA를 검출했다.

    다음으로, DNA 중복 정보를 활용하는 오류 수정 기법을 통해 검출 방법의 정확도를 높였다. 연구팀은 이 결합 기법의 오류율이 매우 낮으며, 원칙적으로 환자의 종양에 직접 접근하지 않고도 혈액 샘플을 통해 암 조기 진단이 가능하다는 것을 보여줬다. 

    연구팀은 다른 연구팀과의 협력을 통해 이 고감도, 저오류 접근법의 잠재력을 검증했다. 그 결과 방광암과 흑색종이 있는 환자의 혈액 샘플으로부터 매우 낮은 수준의 암 수치까지도 탐지해낼 수 있음을 확인했다.

     

    혈액으로 암 조기 진단 가능한 시대

    전 세계를 통틀어 혈액 검사를 통한 암 조기 진단 기술은 최근 여러 건의 성과를 발표하며 주목을 받고 있다. 지난 1월에는 스코틀랜드의 세인트 앤드류스 대학 연구팀이 혈액 검사를 통해 ‘폐암 발병 위험성’을 평가하는 방법을 제시한 바 있다. 조기 진단은 물론 발병 전 가능성까지 평가하여, 위험성이 높은 사람은 사전에 추적 관리할 수 있는 방법이다.

    또한, 같은 달에는 영국 옥스퍼드 대학에서 대장암, 식도암, 췌장암, 신장암, 난소암, 유방암 등 6가지 암을 초기 단계에서 식별할 수 있는 혈액 검사법 ‘트라이옥스(TriOx)’를 공개한 바 있다. 아직 개발이 진행 중인데도 높은 정확성을 보여 향후 진단 능력이 더욱 향상될 것으로 기대된다.

    상대 생존율이 매우 낮기로 악명 높은 췌장암에 대해서도 혈액 검사법이 발달하고 있다. 미국 오리건 건강과학대학에서 지난 2월 발표한 ‘PAC-MANN’ 검사법은 단 한 방울의 혈액만으로도 췌장암을 조기 진단할 수 있다는 가능성을 보여준 바 있다.

    현재 암은 초기 단계에서 발견할 경우 매우 높은 완치율을 보이는 경우가 많다. 혈액 검사를 통해 조기 진단율이 높아질 경우, 전 세계적으로 암으로 인한 사망률이 대폭 감소할 것으로 기대할 수 있을 것이다.

    조기 진단율이 높아진다면 그만큼 완치율도 높아질 것으로 기대할 수 있다 / 이미지 출처 : Motion Elements
    조기 진단율이 높아진다면 그만큼 완치율도 높아질 것으로 기대할 수 있다 / 이미지 출처 : Motion Elements

     

  • 소변 검사만으로 방광암 진단 가능해진다

    소변 검사만으로 방광암 진단 가능해진다

    ※ 위 이미지는 본문 내용과 직접적인 연관이 없음 / Designed by Freepik
    ※ 위 이미지는 본문 내용과 직접적인 연관이 없음 / Designed by Freepik

    국내 연구팀이 학교-병원-산업 연계 공동연구로 내시경 없이 방광암을 진단하는 기술을 개발했다. 환자의 소변에서 분리한 세포 펠렛 DNA를 활용하는 것으로, 비침습적 방식으로 환자 부담도 없고, 비용도 저렴한 것이 특징이다.

     

    소변에서 분리한 cpDNA 분석

    건국대학교 줄기세포재생공학과 조쌍구 교수 연구팀과 건국대학교병원 비뇨기과 김아람 교수, 그리고 조쌍구 교수가 대표이사로 있는 바이오기업 스템엑소원(주)은 유전자 변이 분석을 토대로 방광암을 진단하기 위한 기술 연구를 진행했다.

    연구팀은 ‘비근육침윤성 방광암(NMIBC)’ 환자의 소변을 원심분리해 ‘세포 펠렛 DNA(cpDNA)’를 확보한 다음, 차세대 염기서열 분석(NGS)을 통해 유전자 변이를 분석했다. 그 결과, 암 조직과 cpDNA 간 높은 유사성을 확인했다. 

    또한, FGFR3, TTN, LEPROTL1 등 방광암 관련 주요 유전자에서 돌연변이가 발견됐다. 특히 종양 돌연변이 부담(TMB)을 비교한 결과, 소변 cpDNA와 암 조직 간 유의미한 차이가 없었다. 이는 cpDNA가 방광암 조기 진단 및 재발 감시 용도로 활용될 수 있다는 의미다.

     

    소변 검사로 방광암 진단 가능

    현재 방광암을 진단하기 위해서는 요로를 통해 몸속에 기기를 넣는 ‘방광내시경 검사’ 또는 조직검사가 주로 사용된다. 이들은 모두 환자에게 물리적인 부담이 있는 방법이며, 검사를 위한 비용도 상당하다. 

    반면, 연구팀이 이번에 개발한 cpDNA 기반 분석법은 소변 샘플만 가지고도 암 발생 여부를 확인할 수 있다. 일반적인 건강검진에서처럼 소변 샘플만 제출하면 검사를 통해 진단할 수 있다는 것이다. 통증이나 위험 부담 없이 정밀한 진단이 가능하고, 비용도 매우 저렴하다. 

    이는 혈액 검사를 기반으로 다양한 진단이 가능해지고 있는 최근 진단검사 트렌드에도 부합한다. cpDNA를 분석하는 기술은 향후 방광암 외의 다양한 질환을 조기에 진단하는 데도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

    이번 연구는 병리학 분야 국제학술지인 <실험실 연구(Laboratory Investigation)>에 이달 초인 3일(월) 온라인 게재됐다.

    (왼쪽부터) 건국대 석재권 박사, 곽희정 연구원, 김아람 건국대 병원 교수, 조쌍구 건국대 교수 겸 스템엑소원 대표이사
    (왼쪽부터) 건국대 석재권 박사, 곽희정 연구원, 김아람 건국대 병원 교수, 조쌍구 건국대 교수 겸 스템엑소원 대표이사

     

  • 혈당 수치 정상 범위, ‘70 이상 99 이하’를 기억할 것

    혈당 수치 정상 범위, ‘70 이상 99 이하’를 기억할 것

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    혈액검사는 약간의 혈액 채취만으로도 다양한 질병의 징후를 감지할 수 있는 방법이다. 학계 연구가 거듭되면서 혈액검사로 조기 진단이 가능한 질환의 범위는 앞으로도 늘어날 것으로 보인다. 전 세계적으로 관심도가 높아지는 당뇨는 혈액검사를 통해 확인할 수 있는 대표적 질환이다. 혈당 수치 정상 범위는 대략 어느 정도일까?

     

    ‘정상 혈당 수치’란?

    새해가 되면 출생연도가 홀수인지 짝수인지에 따라 국가건강검진를 받으라는 안내가 나온다. 내과 등 병원을 방문해 진료를 받은 적이 있다면, 병원에서 홍보 마케팅 차원에서 건강검진 안내 문자를 보내기도 한다. 이때 ‘8시간 이상 금식’한 다음 검사에 임할 것을 강조하는데, 이는 ‘공복 혈당’을 측정하기 위해서다.

    공복 혈당은 우리 몸의 기초 대사 상태를 파악할 수 있는 지표다. 외부에서 에너지원(음식)이 조달되지 않는 상황이 일정 시간 이어지게 되면, 우리 몸은 저장돼 있는 에너지를 끌어다 사용하게 된다. 이 과정에서 혈당의 생성과 소모가 안정적으로 이루어지는지를 판단하는 방법이 바로 공복 혈당 측정이다.

    혈당 수치 정상 범위에 해당하는 공복 혈당 수치는 70~99mg/dL다. 혈당은 세포가 사용하는 에너지원이므로, 공복 상태에서 혈당 수치 정상 범위에 있다는 것은 잠깐 동안은 식사를 하지 못해도 체내 에너지를 적절히 조절할 수 있다는 의미다. 이 범위 내에서 높고 낮은 차이는 인슐린 감수성 및 에너지 대사 차이, 체내 에너지 조절 능력의 개인차를 나타낸다.

     

    혈당 수치 정상 범위를 벗어나면?

    혈당 수치가 위의 정상 범위를 벗어나는 것은 두 가지로 나뉜다. 100mg/dL 이상으로 나오는 고혈당 상태, 그리고 70mg/dL보다 낮게 나오는 저혈당 상태다. 공복 혈당 수치가 100mg/dL 이상으로 나온다고 해서 곧바로 당뇨로 진단하는 것은 아니다. 100~125mg/dL까지는 ‘당뇨 전단계’로 별도 분류한다. 신호등으로 비유하면 ‘노란불’로 이해하면 된다.

    만약 공복 혈액검사에서 위와 같은 결과가 나왔다면, 전문의의 판단 하에 식후 혈당 측정을 권하게 된다. 이는 정확한 진단을 위한 단계적 과정이다. 식후 혈당까지 측정해 전반적인 상태를 확인하고, 필요에 따라 다음 단계 검사 여부 또는 치료 여부를 결정하게 된다. 식후 혈당까지 정상 범위를 벗어날 경우, 혈당 조절 능력 또는 인슐린 저항성 문제일 수 있다.

    반면, 70mg/dL보다 낮게 나타나는 것은 ‘자원 부족’ 상태로 봐야 한다. 신체 기능을 유지하기 위해 필요한 에너지가 충분히 공급되지 않는 상태다. 물론 정상 범위보다 낮더라도 어느 정도까지는 일상생활에 별다른 지장을 느끼지 못하는 사람도 있다. 이는 에너지가 상대적으로 부족한 상태에 몸이 적응한 것이라 보면 된다.

     

    혈당 수치, 너무 높으면?

    혈당 수치가 정상 범위보다 높을 경우 나타나는 부작용으로는 ‘체지방 증가’가 대표적이다. 혈당 수치가 높다는 것은 체내에서 필요한 에너지를 충분히 공급하고도 잉여 에너지가 남는다는 뜻이다. 사용하고 남은 에너지는 글리코겐 → 피하지방 → 간 지방 및 내장지방 순으로 차곡차곡 쌓인다. 

    글리코겐 축적까지는 정상적인 현상이다. 피하지방도 어느 정도 수준까지는 정상 범위다. 하지만 간과 내장지방이 쌓이기 시작하면 여러 가지 문제로 이어진다. 지방간질환의 위험이 증가하는 것은 물론, 내장지방 자체가 지속적으로 염증 물질을 분비하기 때문에 체내 면역 상태도 이상이 생긴다.

    이것만으로도 문제가 되지만, 다른 현상도 우려해야 한다. 높은 혈당은 그 자체로 산화 스트레스의 원인이 된다. 세포는 제 기능을 수행하기 위해 혈당을 필요로 하지만, 그 과정에서 활성산소와 같은 대사산물을 만들게 된다. 즉, 혈당이 과도하게 많이 공급되면 세포가 ‘과식’을 하게 되면서 과도하게 많은 활성산소를 만들게 된다는 뜻이다.

    높은 수준의 산화 스트레스는 세포에게 독이 된다. 여러 종류의 세포 중 특히 신경 세포가 스트레스에 민감하다. 이로 인해 신경계를 이루는 세포들에서 손상이 발생하게 된다. 고혈당으로 인한 ‘당뇨성 신경병증’이 발생하는 것이다.

     

    혈당 수치, 너무 낮으면?

    반대로, 혈당 수치가 정상 범위보다 낮을 경우에는 ‘체지방 감소’가 발생할 것이다. 다이어트로 스트레스를 받는 사람들 입장에서는 긍정적인 결과로 보일 수 있겠지만, 저혈당으로 인한 체지방 감소는 정상적인 수준을 넘어선다. 신체의 정상적인 기능 수행에 필요한 체지방조차 부족한 상황이 될 수 있기 때문이다.

    실제로 저혈당 상태를 자주 겪는 사람들은 체온을 유지해줄 지방이 부족해 심한 추위나 오한을 자주 느끼는 경향이 있다. 게다가 체내 대사에서 필요한 에너지원이 부족해지면, 근육을 분해해 에너지원으로 사용하는 경향도 생긴다. 이는 근육 약화로 이어지기 때문에 일상적인 활동에서 필요한 힘을 발휘할 수 없게 되고, 활용도를 잃은 근육은 더 쉽게 분해되는 악순환을 부른다.

    한편, 혈당이 부족한 상태는 뇌 기능에도 영향을 미친다. 뇌는 기본적으로 전체 혈당의 20~25%를 사용할 만큼 많은 에너지를 필요로 한다. 저혈당 상태에서도 나름대로의 분배를 받게 되지만, 어쨌거나 공급되는 에너지 총량이 부족하게 되면 제 기능을 수행하는 데도 문제가 생긴다.

    비유하자면, 충분히 많은 공장을 갖추고 있지만 에너지가 공급되지 않아 가동할 수 없는 곳이 많은 것과 비슷하다. 가동하지 못하는 공장은 먼지가 쌓여가듯, 제대로 사용되지 못하는 뇌 기능은 자연스럽게 저하될 수밖에 없다.

     

    혈당 수치 정상 범위를 지켜라

    혈당 수치는 너무 높아도, 낮아도 문제다. 대체로 고혈당 문제를 겪는 사람들이 더 많은 것이 현실이며, 이로 인해 절식이나 단식, 혹은 높은 수준의 고강도 운동 등 다소 극단적인 방법들이 확산되는 경향이 있다. 

    이런 방법들은 단기적으로는 효과를 볼 수 있지만, 장기적으로 이어질 경우 저혈당 문제를 일으킬 우려가 있다. 일부 연예인들이 작품 촬영 등을 앞두고 극단적인 다이어트로 효과를 보는 사례가 종종 있다. 이들은 필요에 의해 전문가의 도움을 받으며 계획적인 감량을 하는 경우이므로, 그 방법론에만 주목해 일반인들이 섣불리 따라하기는 적합하지 않다는 것을 명심해야 한다. 

    인간의 몸은 ‘항상성’이라는 본능을 따른다. 극단적인 변화가 발생하면 당장 반응할 수는 있지만, 좀 더 시간을 두고 가장 ‘평균적인 상태’를 찾아 그에 적응하게 되는 것이다. 혈당 수치 자체는 음식의 종류와 섭취량으로 조절할 수 있지만, ‘장기적인 영향’을 생각해 고혈당이나 저혈당이 되지 않도록 조절해야 한다. 어떤 종류의 다이어트든, ‘장기적으로 봤을 때 건강한 방법’이어야 한다고 말하는 이유다.

  • 새로운 췌장암 검사법, ‘혈액 한 방울’로 조기 진단 가능

    새로운 췌장암 검사법, ‘혈액 한 방울’로 조기 진단 가능

    PAC-MANN 검사법을 개발한 연구원들 / 출처 : 오리건 건강과학대학
    PAC-MANN 검사법을 개발한 연구원들 / 출처 : 오리건 건강과학대학

    최근 암 조기 진단과 암 치료 기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 특히 조기 발견율이 낮거나 치료가 어려워 사망률이 높은 암 위주로 많은 진전을 보인 바 있다. 생존율이 높지 않은 대표적인 암 중 하나가 바로 ‘췌장암’이다. 미국 오리건 건강과학대학에서 췌장암을 조기 발견할 수 있는 또 다른 혈액검사법을 공개했다.

     

    췌장암 조기 진단율 높이는 검사법

    오리건 건강과학대학 연구팀이 내놓은 검사법은 ‘PAC-MANN’이라는 이름으로 불린다. ‘자기 나노센서를 사용한 프로테아제 활동 기반 검사’를 의미하는 약어다. 소량의 혈액 샘플을 채취해, 그 내부의 프로테아제 활동 변화를 감지하는 것이 기본 원리다.

    프로테아제(Protease)는 단백질을 분해하는 효소다. 췌장암의 세부 종류 중 췌장관에 암이 발생할 경우 프로테아제의 활성이 변화한다. 췌장관암(PDAC)은 췌장에 발생하는 암 중에서도 가장 흔하고 치명적인 종류로 꼽히는 만큼, 조기 발견 여부는 치료 결과에 큰 영향을 미친다.

    췌장암의 치료가 어렵고 생존율이 낮은 가장 큰 이유는 발견과 진단이 늦게 이루어진다는 것이다. 일반적으로 췌장암은 상당히 진행된 상태에서 발견된다. 이 때문에 선택할 수 있는 치료법이 제한돼 예후가 좋지 않을 가능성이 크다.

    현재 사용되는 검사법 중에는 췌장암을 조기 단계에서 민감하게 감지하지 못하는 경우가 있다. PAC-MANN 검사법은 이 부분에 초점을 맞췄다. ‘암 관련 활동의 징후’를 식별하는 데 집중해, 기존 검사법의 한계를 보완하고 암을 더 일찍 발견해 조치할 수 있도록 하기 위함이다. 

     

    수술 후 추적 관찰에도 활용 가능

    연구팀은 췌장 질환을 전문적으로 연구하는 ‘브렌든-콜슨 췌장 관리 센터’와 질환의 조기 진단을 주로 연구하는 기관인 ‘CEDAR(Center for Early Detection and Research)’와 협력해, 환자 350여 명의 혈액 샘플을 확보했다. 이들은 췌장암 진단을 받았거나, 혹은 췌장암 고위험군에 해당하는 사람, 혹은 연구에 참여시킬 대조군이었다.

    연구팀은 췌장관암 환자에게서 더 활성화되는 혈액 내 특정 단백질과 프로테아제를 찾았다. 이를 바탕으로 연구팀은 췌장암 감지에 특화된 비침습적 검사법을 개발했다. 

    효능 검증 결과, PAC-MANN 검사는 췌장암 환자와 그 외 췌장질환자, 그리고 건강한 환자를 98% 정확도로 구별해냈다. 기존 검사법인 ‘탄수화물 항원 19-9(CA 19-9)’ 검사와 함께 사용했을 때도 약 85% 정확도로 초기 단계 암을 진단해낼 수 있었다.

    한편, PAC-MANN 검사는 췌장암 수술 후 추적 관찰에도 활용할 수 있다. 연구팀은 수술을 마친 환자에게서 프로테아제 활동이 감소하는 것을 확인했다. 수술 전과 후의 프로테아제 활동을 비교함으로써, 수술 및 기타 치료가 효과적인지를 살피는 데 도움이 된다는 의미다.

     

    저렴하고 간단한 비침습적 검사

    PAC-MANN 검사의 가장 두드러지는 경쟁력인 ‘비용’이다. CEDAR의 연구 엔지니어이자 생물학자로 이번 연구에 참여한 호세 L. 몬토야 미라 박사는 “혈액 8㎕(마이크로리터)를 채취하고 45분만 있으면 검사가 가능하며, 샘플당 비용은 1페니도 안 된다”라고 이야기했다. 

    일반적으로 건강검진에서 채취하는 혈액은 약 5~10ml다. 1마이크로리터(㎕)는 1밀리리터(ml)의 1천분의 1에 해당하므로 매우 미세한 양이라는 점을 알 수 있다. 혈당 검사를 위해 손끝을 찔러서 나오는 혈액 한 방울이 보통 20~50㎕이므로, 그보다도 적은 양이다. 

    1페니 역시 원화로 환산하면 10~15원 정도로 매우 낮은 가격이다. 연구팀은 이러한 강점을 바탕으로 경제적 조건이 열악한 지역에서도 PAC-MANN 검사법을 원활하게 사용할 수 있을 거라고 기대하고 있다.

    연구팀은 향후 CEDAR를 비롯한 암 관련 연구기관들과 협력하여 추가 임상시험을 계획 중이다. 특히 PAC-MANN 검사법으로 췌장암이 아직 발병하지 않은 고위험군도 식별할 수 있다는 점을 활용해, 고위험군을 대상으로 하는 연구 목적으로 임상시험을 추진한다는 계획이다.

    만약 이번 시험을 통해 가능성이 검증된다면, PAC-MANN 검사는 췌장암의 조기 진단을 넘어, ‘발병 전에 예측할 수 있는 도구’로 가치를 인정받을 수 있다. 이는 환자들로 하여금 보다 다양한 치료 옵션을 선택할 수 있게 할 것이며, 나아가 생존율을 높이는 데 기여할 수 있을 것이다.

  • 염증 발생한 곳 추적, 염증 정도 진단까지 가능해질까

    염증 발생한 곳 추적, 염증 정도 진단까지 가능해질까

    각 장기나 조직마다 산화 스트레스가 어느 정도인지를 판별할 수 있다 / 출처 : PNAS
    각 장기나 조직마다 산화 스트레스가 어느 정도인지를 판별할 수 있다 / 출처 : PNAS

    염증은 면역 반응 과정에서 나타난다. 즉, 우리 몸에서 무척 흔하게 발생하며, 때때로 만성이 되는 경우도 있다. 보통 혈액검사를 통해 염증 수치를 확인할 수 있지만, ‘어느 부위, 어느 조직에 염증이 있는지’를 찾아내는 데는 한계가 있었다. 새로운 연구에 따르면 항체를 이용해 체내 어느 곳에 염증이 있는지를 알아낼 수 있는 가능성이 제기됐다.

     

    산화 스트레스로 생성되는 화합물

    미국 클리블랜드에 위치한 케이스 웨스턴 리저브 대학 연구팀은 ‘항체를 사용해 염증을 감지하는 방법’을 개발했다. 연구팀이 설명한 핵심 메커니즘은 다음과 같다. 염증이 일어나면 면역 세포가 해당 부위로 이동해 활성산소종(ROS)을 내뿜는다. 이때 발생하는 화합물의 종류 및 농도를 감지함으로써 어떤 조직, 어떤 장기에 이상이 생겼는지를 알아볼 수 있다.

    ROS는 세포의 산화 스트레스를 유발하는 주요 원인이다. 조직과 장기 세포의 노화 및 손상을 일으키는 원인이기에 보통 해로운 것으로 인식되지만, 한편으로 보면 병원균이나 미생물을 사멸시킬 때도 똑같은 작용을 한다. 면역 세포가 염증 부위를 회복할 때 ROS를 사용하는 이유다.

    ROS는 세포막에 존재하는 지질과 반응해 ‘에폭시케토옥타데칸산(EKODE)’이라는 화합물을 형성한다. EKODE는 DNA, RNA에 있는 ‘시스테인’이라는 아미노산과 반응해 안정적으로 결합하게 된다. 

    연구팀에 따르면, 이렇게 만들어진 EKODE는 뇌, 심장, 간과 같이 산화 스트레스를 받는 체내 전체 장기에 축적된다. 이때 축적되는 조직이나 장기에 따라 EKODE의 구체적인 형태나 농도가 달라진다. 즉, 혈액검사를 통해 EKODE를 분석하면 각 장기의 산화 스트레스 수준이나 대사 상태 등을 확인할 수 있다는 설명이다.

     

    특정 장기의 염증 정도 예측 가능

    연구팀은 이번 연구를 통해 각 장기와 조직마다 축적되는 EKODE를 식별할 수 있는 항체를 개발했다. 이 항체는 종류에 따라 염증 부위에서 생성된 특정 단백질이나 화합물에 결합한다. 즉, 어떤 종류의 항체가 반응하는지에 따라 염증이 발생한 부위를 식별할 수 있다는 의미다.

    또한 EKODE 검사를 통해 특정 장기의 산화 스트레스 정도가 정상적인 수준인지 아닌지도 확인할 수 있다. 산화 스트레스 정도가 높을 경우 염증이 새롭게 발생하거나 만성 염증 상태가 될 위험도 예측할 수 있다. 이는 당뇨병의 진행 정도를 판단하거나 혈당 조절 수준을 모니터링하는 데 쓰이는 A1C 검사와 유사한 원리다.

    연구팀은 다음 단계로, 특정 부위에 발생한 염증의 정도에 따라 어떤 질병을 의심할 수 있는지를 매칭시키는 작업을 진행할 예정이다. 연구팀은 특히 노화로 인한 황반변성이나 당뇨성 망막증으로 인해 생성되는 EKODE에 많은 관심을 보이고 있다.

    한편 연구팀은 이번 연구 결과가 새로운 약물 개발에도 도움이 될 것으로 보고 있다. 특정 질병을 치료하기 위한 약물을 개발하려면 해당 질병 부위에 작용하는 ‘반응성 시스테인’을 식별하는 것이 중요하다. 이번 연구를 통해 발견한 반응성 시스테인들이 향후 개발될 수 있는 새로운 약물의 후보로 활용될 수 있다는 설명이다.

  • 혈액 검사로 6종 암 조기 진단, 정확도 94% 넘어

    혈액 검사로 6종 암 조기 진단, 정확도 94% 넘어

    ※ 위 이미지는 본문 내용과 직접적 연관이 없음 / Designed by Freepik
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    영국 옥스퍼드 대학 연구진이 ‘트라이옥스(TriOx)’라는 명칭의 혈액 검사법을 공개했다. 머신러닝을 기반으로 혈액 내 DNA 특징을 분석하는 원리로, 여러 유형의 암을 초기 단계에서 발견할 수 있는 것으로 알려졌다. 

     

    침습 부담 적은 검사법

    「네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)」에 발표된 연구에 따르면, TriOx는 대장암, 식도암, 췌장암, 신장암, 난소암, 유방암 등 6가지의 암 유형을 초기 단계에서부터 정확하게 탐지할 수 있다. 또한, 암이 있는 사람과 없는 사람을 확실하게 구별하는 것도 가능하다. 아직 개발이 진행 중인 단계에 있음에도 주목할 만한 성과를 보여 향후 더 뛰어난 진단 능력을 기대해볼 만하다.

    혈액 등 체액을 분석하는 이른바 ‘액체 생검(Liquid Biopsy)’은 기존의 조직 생검과 같은 침습적 진단 검사의 대안으로 주목받아왔다. 검사에 대한 부담이 적기 때문에, 혈액을 통해 확인할 수 있는 정보가 많아질수록 향후 유망한 검사법으로 각광받기에 충분하다.

    연구팀은 TAPS(Templated Amplification of Polymerase Sequences)라 불리는 첨단 DNA 분석 기술을 머신 러닝과 결합했다. TAPS는 매우 적은 양의 DNA도 감지할 만큼 감도가 높고, 신속하게 분석해낼 수 있다. 이를 통해 혈액을 통해 순환하는 DNA의 특징을 분석·결합했다. 암 세포가 발산하는 DNA 변화를 미세한 수준까지 감지해낼 수 있는 방법을 구축한 것이다.

     

    90% 전후의 높은 정확도

    연구팀은 검사 정확도를 판별하기 위해 실제 임상 현장으로부터 여러 환자의 혈액 샘플을 제공받았다. 암을 앓고 있는 환자와 다른 질병을 가진 환자, 그리고 아무런 질환이 없는 사람의 혈액을 무작위로 검사해 진단 능력을 확인하는 방식이었다.

    그 결과, 민감도 94.9%, 특이도 88.8%라는 결과가 나왔다. 민감도는 ‘실제 질병을 가지고 있는 사람을 얼마나 잘 감지하는지’를 나타내는 지표다. 즉, 샘플을 제공받은 암 환자 100명 중 약 95명을 정확하게 진단해낸 셈이다. 

    반대로, 특이도는 ‘질병이 없다는 것을 명확히 감지하는지’를 나타내는 지표다. 샘플을 제공한 환자 중 암이 아닌 경우, 그리고 아무런 질환이 없는 경우를 88.8% 확률로 맞췄다는 의미다. 질환이 없는데도 불필요한 시술을 받는 경우를 예방하는 데 기여할 수 있다.

    이번 연구의 수석을 맡은 옥스퍼드 대학 종양학과 안나 슈 교수는 “이 검사는 아직 개발 초기 단계이지만, 향후 전 세계 수백만 명의 생존율을 높일 수 있는 잠재력을 가지고 있다”라며 “정기적인 혈액 검사만으로 더 이른 시기에 암을 발견할 수 있게 해줄 것”이라고 이야기했다.

     

    초기 발견 어려운 암 진단에 기대

    여러 암 중에서도 특히 췌장암과 난소암은 병기가 상당 수준으로 진행될 때까지 알아차리지 못하는 경우가 많다. TriOx 검사법이 보다 정교하게 다듬어진다면 훨씬 많은 환자들이 적시에 합당한 비용만으로도 치료를 받을 수 있게 될 것으로 기대된다.

    연구팀은 향후 보다 큰 규모의 환자 그룹을 대상으로 TriOx의 검증 및 개선 작업을 진행 중이다. 당연히 더 많은 암 유형을 진단할 수 있도록 하는 작업도 병행하고 있다. 궁극적인 목표는 암 조기 발견을 혈중 콜레스테롤 수치 검사나 혈당 검사만큼이나 간편하게 만드는 것이다.

    암은 발견이 빠를수록 치료 가능성이 높다. 당연히 개인과 의료 시스템이 감당해야 하는 비용도 훨씬 낮아진다. TriOx를 비롯해 혈액을 기반으로 하는 다양한 검사법들이 공중보건은 물론 사회적 비용 효율화에도 기여할 수 있을 것이다.

    트라이옥스(TriOx) 연구 개요 / 출처 : 네이처 커뮤니케이션즈 온라인판
    트라이옥스(TriOx) 연구 개요 / 출처 : 네이처 커뮤니케이션즈 온라인판

     

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