이번 포스팅에서는 액체생검을 통해 얻어진 샘플에서 특정 표적 물질들을 분자진단 기술 중 PCR 기술을 활용하여 검사하는 방법에 대해 이야기해 보려고 합니다.
절개 및 도구 삽입을 통해 신체 내부 조직이나 장기에 접근하는 방식인 조직 검사 (Tissue biopsy)와 다르게 액체생검 (liquid biopsy)은 혈액, 뇌척수액, 점막, 소변 등의 체액으로부터 확보된 샘플에서 핵산이나 단백질을 분석하는 방법입니다.
비침습적 방법이라는 점에서 환자들이 겪는 통증이나 불편함이 없는 기술입니다.
1. 분자진단 기술을 활용한 액체생검
오늘은 분자진단 기술을 활용한 액체생검 기술에 대해 중점적으로 이야기할 예정입니다.
액체생검 기술에 대한 원리나 구체적 내용은 아래 글을 읽으시면 자세히 알 수 있습니다.
액체생검의 비침습적 특성 덕분에 샘플을 조직 검사에 비해 쉽게 얻을 수 있어 자주 검사를 수행할 수 있고 이에 따라 암의 조기 진단이나 지속적인 모니터링을 가능하게 합니다.
진단이나 모니터링을 할 때 사용되는 분자진단에 활용 가능한 표적 물질로는 순환 종양 DNA (circulating tumor DNA, ctDNA), 순환 유리 DNA (cell-free DNA, cfDNA), 엑소좀 유래의 RNA 등이 있습니다.
이러한 ctDNA, cfDNA 그리고 엑소좀 유래의 RNA들은 샘플로부터 얻어지는 양이 매우 적기 때문에 핵산 증폭 기술을 필요로 합니다.
현재 분자진단 기술의 표준이 되는 기술로 PCR 기술이 있으며 COVID-19 팬데믹 이후 사람들에게 비교적 친숙한 기술이기도 합니다.
표적 핵산에 대한 높은 민감도와 특이도 덕분에 액체생검 샘플로부터 얻어진 핵산을 검사하기 용이한 기술입니다.
최근에는 차세대 PCR 기술 중 하나로 디지털 PCR 기술이 액체생검 검사를 위한 분자 진단 기술로 주목받고 있습니다.
하나의 튜브가 반응계였던 기존의 PCR 기술과 달리 디지털 PCR 기술은 수만 개의 물방울이나 partitioning된 격자에서 개별 반응을 진행한 후 신호가 발생된 물방울이나 구획에서 형광 신호를 얻기 때문에 디지털 PCR 기술은 표준 곡선 없이 유전자의 절대 정량분석을 가능하게 기술입니다.
또한 상대적으로 검출 특이도와 민감도가 좋다는 장점도 있습니다.
※ PCR 그리고 디지털 PCR에 대한 자세한 내용은 아래 글을 참고하시면 됩니다.
2. PCR 기반 Liquid biopsy 기술의 예시
DOI: https://doi.org/10.3390/cancers12071740
Luo, Y. H., Yang, Y. P., Chien, C. S., Yarmishyn, A. A., Adekunle Ishola, A., & Chien, Y. Plasma Level of Circular RNA hsa_circ_0000190 Correlates with Tumor Progression and Poor Treatment Response in Advanced Lung Cancers. MDPI-Open Access Journal. 2020; 272 (7): 1740.
위 논문에서는 액체생검의 표적 물질로 세포질에 존재하는 circular RNA (circRNA)를 활용하였습니다.
닫힌 구조를 가지는 circRNA는 선형 RNA에 비해 RNA 가수분해효소에 저항성이 강하므로 안정적이기 때문에 진단을 위한 바이오마커로 사용되기 적절합니다.
저자들은 next generation sequencing (NGS) 기술을 통해 폐암 관련 circRNA 바이오 마커를 확보하였으며 그를 진단에 활용하였습니다.
환자의 혈액으로부터 얻어진 샘플에서 디지털 PCR 반응을 진행하여 바이오마커를 검출하는 실험을 진행했습니다.
많은 환자 샘플로부터 유의미한 결과를 얻었습니다.
3. 마치며
물론, 액체생검 기술은 조직 검사 기술에 비해 FDA 기술 승인을 받은 것이 많지 않으며 오랜 시간 표준 기술로 활용된 조직 검사에 비해 임상적 검증이 어렵다는 문제가 있습니다.
이를 극복하기 위해 다양한 증폭 기술들이 연구되고 있으며 최근에는 유전자 가위인 CRISPR Cas 시스템과 접목을 통해 보다 높은 민감도와 특이도로 검출하는 기술들이 개발되고 있습니다.
하지만, 환자에게 친화적인 비침습적 방법이라는 점과 조직 검사에서 진단하기 어려운 조기의 암도 발견할 수 있다는 점에서 멀지 않은 미래에 조직 검사와 함께 선택적으로 암 진단과 치료에 활용될 것이라고 생각합니다.