의예과 김도경 교수가 개발한 자궁경부암(Cervical Cancer) 진단 기술의 모식도. 김도경 교수는 검사 과정이 까다롭고 불편한 자궁경부암을 소변으로 빠르고 정확하게 진단할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했고, 해당 기술의 특허도 출원했다.

의예과 김도경 교수, 세계 최초로 자궁경부암 소변 진단 기술 개발
소변에 형광 물질 떨어뜨려 자궁경부암 진단, 즉각 상용화 가능, 관련 특허출원 완료

자궁경부암(Cervical Cancer)은 여성의 질부터 자궁에 이르기까지 발생하는 암을 통칭한다. 전체 암 발생률 4위를 차지할 정도로 발행률이 높은데 증상이 없어, 치료 시기를 놓치기 쉽고 진단 환자의 사망률이 높다. 자궁경부암의 조기 진단과 예방은 의료계의 큰 과제 중 하나이다. 현재 다양한 분야에서 자궁경부암 검출을 위한 기술을 개발해왔는데, 실제 의료현장에서 사용할 만큼 효율적이지 않았다. 의료현장에서 사용하는 진단법은 인유두종바이러스(HPV)에 대한 중합효소 연쇄반응법(Polymerase Chain Reaction, PCR)을 이용해 유전자 검사 후 고위험군에 속하면 질 확대경 검사와 조직검사를 시행하는 방법이다. 하지만 이런 과정은 단일 과정이 아닌 복합과정으로 시간과 비용의 소모가 크며, 부인과 질병의 특성상 여성에게 심적 부담이 크다. 질병 진단 과정의 문제점이 자궁경부암 조기 진단 시스템이 필요한 이유이다.

김도경 교수는 ‘형광 분자 프로브(Fluorescent Probe)’를 이용해 소변 내 시스테인을 선택적으로 감지하는 시스템을 구축했다. 형광 분자 프로브는 생체 내 분자나 단백질 거동, 질병 바이오마커 등을 추적할 수 있는 획기적 소재이다.

환자에게 부담이었던 자궁경부암의 조기 진단 도울 수 있는 기술 개발
의예과 김도경 교수가 소변으로 자궁경부암을 진단할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다. 김도경 교수는 해당 연구 결과를 ‘First-in-Class: Cervical cancer diagnosis based on a urine test with fluorescent cysteine probe’라는 제목의 논문으로 정리해 국제학술지 <Sensors and Actuators: B. Chemical>(JCR 상위 4%)에 발표하고, 특허출원도 완료했다.

소변 기반의 자궁경부암 진단은 2014년 영국 런던퀸메리대학교 연구진에 의해 가능성이 확인됐다. 이후 2019년 영국 맨체스터대학교 연구팀이 자궁경부 세포를 채취하는 검사와 소변에 섞여 나오는 세포를 비교 분석함으로써 그 가능성을 검증했다. 김도경 교수는 이번 연구에서 소변 내의 시스테인(cysteine)을 선택적으로 검출해 암을 조기 진단할 수 있는 기술을 개발했다. 시스테인은 생체 내의 존재하는 아미노산(amino acid)의 한 종류로서 티올(thiol) 작용기에 포함된 유기 물질이다. 최근 티올 그룹을 포함한 생체 내 물질과 암의 연관성이 큰 주목을 받고 있고, 특히나 시스테인은 암을 진단하는 주요 바이오마커로 여겨지고 있다. 시스테인이 악성 교모세포종이나 전립선암, 유방암 등의 바이오마커로 보고되고 있는 것이 이러한 예이다.

김도경 교수는 2011년부터 소변 기반의 질병 진단 연구를 수행해왔다. 소변과 같은 체액은 샘플을 채취할 때 환자의 부담이 적고 질병의 조기 진단, 치료 후 경과 추적 등에도 매우 유용한 장점이 있다. 이러한 편이성은 김도경 교수를 비롯한 많은 연구자들이 관련 연구에 집중하는 요인 중 하나이다. 이번 연구에서는 자궁경부암을 목표로 했는데, 여성들이 자궁경부암 진단에서 겪는 불편함을 해소하기에 소변이 가장 이상적인 샘플이라는 생각에서 연구를 시작했다.

김도경 교수의 연구 결과 그래프로 좌측은 정상인 소변에서의 형광 스펙트럼을 보여주고 있고, 우측은 자궁경부암 환자 소변에서의 형광 스펙트럼을 보여준다. 형광 분자 프로브 처리 이후 형광 스펙트럼이 극적으로 높아진 모습을 확인할 수 있다.

‘형광 분자 프로브’ 이용해 소변 내 시스테인 선택 감지
김도경 교수는 새롭게 개발된 ‘형광 분자 프로브(Fluorescent Probe)’를 이용했다. 형광 분자 프로브는 생체 내 분자나 단백질 거동, 질병 바이오마커 등을 추적할 수 있는 획기적 소재이다. 시스테인은 비교적 구조가 단순하고 생체 내에 유사한 구조의 물질이 다수 존재하기 때문에 이를 선택적으로 감지하기 매우 어렵다. 김도경 교수는 소변 내 시스테인을 빠르고 정확하게 검출할 수 있는 새로운 형광 분자 프로브를 개발했다. 이어 자궁경부암 환자군을 포함한 1,700여 명의 임상 환자군에서 실제 자궁경부암 진단 가능성도 확인했다. 별도의 시료 전처리 과정 없이 소량의 소변으로도 효과적으로 자궁경부암을 진단할 수 있음을 확인해 연구의 임상학적 활용 가능성을 높였다.

개발한 기술의 특허출원도 완료했다. 1,700여 명의 임상 시료에서 자궁경부암 진단 가능성을 확인했기에 현재 기술 수준으로도 상용화가 가능하다. 김도경 교수는 자궁경부암 외에도 기타 암종의 진단 확장성을 높이기 위한 연구를 이어가고 있다. 김도경 교수는 “자궁경부암을 소변으로 진단할 수 있는 시스템을 개발했고, 이를 실제 환자 소변 샘플에 적용해 임상학적 활용 가능성을 검증한 세계 최초의 연구 결과이다. 이번 연구가 향후 암 조기 진단 및 치료 후 경과 추적 등으로 폭넓게 활용될 수 있도록 지속적으로 노력할 것이다”라고 말했다.

김도경 교수는 이번 연구에서 개발한 기술의 특허출원도 완료했다. 이번 연구 결과가 향후 암 조기 진단 및 치료 후 경과 추적 등으로 활용될 수 있게 연구를 계속할 예정이다.

글 정민재 ddubi17@khu.ac.kr
사진 정병성 pr@khu.ac.kr

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