■ `바이오 메가융합` 미래 연다
(6) 동반진단과 나노ㆍ바이오 융합

지난 5일 서울 구로구 레퍼런스바이오랩 연구소. 연구원들이 암 환자의 조직에서 추출한 DNA와 RNA를 검사해 질병과 관련한 유전자 돌연변이나 특정 유전자 발현 여부를 검사하고 있었다.

동반진단제는 이같은 검사 데이터를 토대로 특정 항암제에 대해 치료효과가 가장 좋으면서 부작용을 최소화할 수 있는 환자군을 분류해주는 진단제품이다. 신영기 서울대 약학대학 교수가 이끄는 항암제동반진단사업단은 현재 폐암과 대장암 등 주요 암에 대한 표적항암제의 임상적 유효성을 확인할 수 있는 동반진단제를 개발하고 있다. 레퍼런스바이오랩은 이 사업단의 일원으로 첨단 나노기술을 헬스케어 분야에 접목하는 기술을 개발 중이다.

◇암 치료 표적 나노기술로 확인=동반진단제를 이용하면 부작용을 최소화한 치료가 가능하다. 환자로부터 혈액이나 암 조직 등 샘플을 채취, DNA 추출ㆍ증폭 등 전처리를 거쳐 동반진단시약과 혼합 후 검사장비를 통해 표적항암제 치료 가능성을 확인한 후 처방 여부를 결정한다.

암은 어떤 원인으로 유전자가 변형돼 세포가 비정상적으로 과다 증식하는 질병이다. 항암제는 이같은 암세포를 죽이거나 성장을 막기 위해 투여되지만, 초기에 개발된 항암제는 대부분 암세포와 정상 세포를 구분하지 않고 공격해 부작용이 컸다. 이를 개선하기 위해 개발된 것이 `표적항암제'다. 표적항암제는 암세포에만 존재하는 특정 신호를 선택적으로 감지해 공격하기 때문에 상대적으로 부작용이 적고 효과가 좋다.

하지만 표적항암제가 모든 암 환자에게 효과를 보이는 것은 아니다. 예를 들어 최초로 개발된 표적항암제인 `글리벡'은 다양한 만성골수성백혈병의 원인 중 하나인 필라델피아(Ph) 염색체 이상이 원인인 환자에게만 효과를 보인다. 표적항암제는 암세포가 성장하는 과정 중 특정 과정을 선택적으로 억제하기 때문에, 특정 표적 물질을 가진 환자에게만 효과가 나타나는 것이다.

이같은 환자의 유전적 정보나 표적물질 상태를 미리 검사해 특정 항암제에 효과를 보이는 환자를 선별하는 것이 동반진단 기술이다. 과거에는 암 진단 후 여러 항암제를 투여해보고 그 중에 효과를 보이는 약을 선택하는 방식이었지만, 동반진단 기술은 환자에게 투여할 약의 효과 여부를 검증된 기준을 통해 미리 알 수 있어 불필요한 항암제 투여를 줄이고 치료의 효율성을 높인다.

신영기 교수는 '동반진단은 의사의 진단에 따른 처방에 명확한 임상적 근거를 제시하는 것'이라며 '환자의 치료 효과를 높일 뿐만 아니라 불필요한 고가의 항암제 처방을 줄여 정부 건강보험 재정 건전화에도 도움을 주는 사회문제 해결형 기술'이라고 설명했다.

신 교수는 또 '현재 많은 표적항암제가 동반진단제와 동반돼 허가를 받고 있으며 향후에는 동반진단제 없는 항암제 개발은 어려울 것'이라며 '치료 방법이 명확히 존재하는 질병과 관련한 검사를 하는 것이기 때문에 진정한 의미의 `맞춤치료'를 가능케 하는 기술'이라고 강조했다.

◇ITㆍ나노기술 융합으로 새 의료기술 탄생=일례로 유방암 표적항암제 `허셉틴'의 경우 유방암 환자 중 `HER2' 유전자에 양성반응을 보이는 환자에게만 효과가 나타난다. 때문에 미국 식품의약국(FDA)은 허셉틴에 대해 HER2 유전자 양성반응 여부를 선별할 수 있는 동반진단제와 함께 사용할 때만 투여가 가능하도록 허가를 내줬다.

사업단은 조직을 체취하지 않고 혈장 또는 혈액 속에 돌아다니는 암세포를 통해 다양한 표적 물질을 검사할 수 있도록 현재 나와있는 분자진단 기술보다 민감도와 특이도가 높고 재현성이 뛰어난 진단기술을 개발하고 있다.

이같은 진단 기술에는 나노기술과 미세유체 제어 기술, 항체 기술 등 의학과 생명과학 기술이 융합돼 있으며, 질병과 연관된 다양한 유전자 변이를 찾아내기 위해선 정보통신기술(ICT)을 활용한 통계 분석이 필수라고 신 교수는 설명했다.

신 교수는 '이제는 IT, BT, NT 융합 없이는 새로운 의료기술이 나오기 어렵다'며 '기술 개발과 함께 임상적 유효성을 명확히 검증하는 것이 더욱 중요하다'고 강조했다.

◇나노ㆍ바이오 융합으로 진단 한계 극복=나노ㆍ바이오 융합 기술은 질병의 진단과 치료에 있어 현재 의료기술이 가지고 있는 기술적 한계를 극복하는 대표적 융합기술이다.

생체센서, 진단ㆍ치료 장치, 약물전달체계 개발 등의 나노ㆍ바이오 기술은 유전자 차원에서 생명현상을 이해하고, 암과 같은 질병의 조기 진단과 치료효과를 획기적으로 개선할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

나노ㆍ바이오 기술의 대표적인 분야는 바이오칩 기술이다. 바이오칩은 생명공학을 바탕으로 나노기술뿐만 아니라 유기화학, 표면화학, 재료공학, 전자공학 등 다양한 분야가 융합된 기술로, 좁은 면적의 칩 위에서 수백가지의 생체 분자나 물질을 동시에 분석할 수 있어 생물학적 정보를 얻는 데 큰 도움을 준다.

바이오칩과 더불어 발전하고 있는 분야가 나노ㆍ바이오센서 분야다. 나노와이어, 탄소나노튜브 등의 나노구조체를 이용한 나노ㆍ바이오센서는 전기화학적 특성과 구조, 광학적 특성, 전하, 질량 등의 변화를 측정하는 다양한 물리화학적 방법을 사용한다. 기존의 센서보다 매우 민감해 소량의 생체물질만으로 질병을 조기에 진단할 수 있을 것으로 기대되며, ICT와 융합해 실시간 자가진단과 원격의료 등 u헬스케어 서비스를 가능케 할 전망이다.

나노기술을 치료에 적용하기 위한 나노생체소재 개발도 활발하게 이뤄지고 있다. 나노생체소재는 주로 약물전달 기능을 가진 나노구조체와, 질병의 진단과 모니터링을 담당할 있는 다양한 종류의 분자영상 조영제를 통해 질병의 진단과 치료를 동시에 하는 방향으로 개발되고 있다.

◇동반진단제로 세계 시장 공략=미래창조과학부가 `생애단계별 건강문제 해결을 위한 연구개발(R&D)'의 일환으로 진행 중인 표적항암제 사전 약효확인ㆍ검사기술 개발은 대학과 사업화를 담당할 기업, 임상시험을 진행할 병원이 컨소시엄 형식으로 진행하며, 표적항암제를 개발한 다국적 제약사와도 협력해 이뤄진다. 신영기 교수가 연구책임자를 맡아 기술 개발을 진두지휘하고 있다.

2016년까지 검사키트와 장비에 대한 인허가를 추진하고, 다국적 제약사와 협력해 해외 진출을 준비하는 것을 목표로 하고 있다. 또 추후 타 표적항암제의 동반진단제 개발 활성화를 위한 기술이전도 추진한다.

미래부에 따르면 현재 미국 FDA 승인을 받은 표적항암제용 동반진단제는 19개이며, 세계 동반진단제시장은 연평균 23.9% 증가해 2013년 12억달러에서 2018년 35억달러 규모로 성장할 전망이다.