유럽의 과학자들은 2시간 이내에 매우 특정한 대립유전자 특이 중합효소 연쇄반응(AS-PCR) 분석과 결합된 혈청에서 순환하는 종양 DNA를 검출할 수 있는 새로운 DNA 바이오 센서를 개발했다. 이 기술은 또한 액체 및 조직 생검의 병렬 성능을 허용하여 조직에서 시작되는 암의 돌연변이를 감지한다.
PCR(중합효소 연쇄반응)은 수백만 개의 DNA 샘플 사본을 생성 할 수 있는 DNA 증폭 방법이다. 1993년 노벨 화학상을 받은 캐리 뱅크스 멀리스(Kary Banks Mullis)가 1980년대에 처음 개발한 이 제품은 분자 생물학 분야에 혁명을 일으켰다.
PCR은 DNA 연구를 새로운 시대로 이끌었고, 대부분의 유전자 검사의 최적 표준이 되었으며 인간 게놈 프로젝트에 크게 기여했다. 현재, 민감도 측면에서 최첨단인 물방울 디지털(droplet digital) PCR은 진단 실험실에서 광범위하게 실행하기에는 가격이 매우 비싸다. 대안인 생어 염기서열 분석 (Sanger sequencing) 및 Cobas PCR 검사는 더 저렴하지만 물방울 디지털 PCR(dd PCR)보다 민감도가 훨씬 낮다.
DNA 감지를 위한 음향 기반 센서
이 문제를 해결하기 위해, EU가 자금을 지원하는 CATCH U-DNA 프로젝트는 간단하고 매우 특정한 DNA 증폭 및 정량화 방법을 개발했다. 이 프로젝트의 코디네이터인 엘렉트라 지젤리(Electra Gizeli)는 “우리의 목표는 암 환자의 액체 생검에서 순환하는 종양의 DNA를 검출하는 초고감도 방법을 개발하는 것이었다”고 설명했다.
이를 위해, 연구자들은 흑색종, 대장암 및 폐암과 관련된 유전자의 표적 돌연변이를 선택적으로 증폭하는 매우 민감한 대립 유전자 특이 중합 효소 연쇄 반응(AS-PCR) 검사를 개발했다. 증폭된 DNA는 리포솜의 결합을 유도하는 새로운 초감도 바이오 센서에 결합된다. 이것은 음향 에너지를 변경하고 고정된 DNA에 비례하는 신호를 제공한다.
CATCH-U-DNA 플랫폼은 최대 24개의 DNA 표적을 2시간 이내에 동시에 감지할 수 있다. 이것의 민감도는 시중에서 판매되는 모든 정량적인 PCR 방법을 능가하며 물방울 디지털 PCR(dd PCR)보다 훨씬 저렴하다. 뿐만 아니라, 이 음향기술은 일반적으로 DNA 검출에 사용되는 다른 DNA 분석방법 또는 바이오 센싱 플랫폼과 비교하여 정제되지 않은 샘플의 프로세스를 허용하고 고온가열 처리를 필요로 하지 않는다.
CATCH-U-DNA 프로젝트의 접근방법은 크레타 대학 종양학과와 협력하여 폐암, 대장암 및 흑색종 암 환자의 포르말린 고정 파라핀 내장 조직 및 혈장 샘플에서 BRAF V600E 및 KRAS G12D 암 돌연변이를 성공적으로 검출했다. 이 플랫폼은 야생형 대립 유전자의 10,000배 초과량에서 BRAF V600E 점돌연변이를 운반하는 단일 DNA 분자를 검출하여 99.99%의 민감도를 보였다.
액체 생검에서 CATCH-U-DNA 플랫폼 구현
세계보건기구(WHO)에 따르면 암은 전 세계적으로 두 번째로 주요한 사망의 원인이다. 고령화로 인한 인구 증가를 고려할 때 보다 개선되고 신속한 진단이 절실히 필요하다.
액체 생검을 통해 말초 혈액에서 종양 DNA를 검출하는 것은 수술이 필요 없는 유망한 접근 방식으로, 조직 생검, 초음파 스캔 및 MRI와 같은 표준 접근법을 능가하는 것으로 알려져있다. “간단한 혈액 검사를 통해 액체 생검은 암세포에서 방출된 DNA를 식별하여 종양에 대한 광범위한 정보를 보여준다”고 지젤리(Gizeli) 박사는 강조한다. CATCH-U-DNA 플랫폼은 프로세스를 단순화하고 민감도와 비용 효율성을 향상시킬 것이다. 중요한 것은 개인 맞춤형 의약품을 현실에 한 단계 더 가까이 가져올 수 있다는 것이다.
향후 계획에는 새로운 음향 플랫폼 및 센서 배열을 개발한 스페인의 프로젝트 파트너 AWSensors사에 의한 기술 상용화가 포함된다. 이 플랫폼은 실험실 연구와 임상 부문 모두에서 응용 프로그램을 찾을 것으로 예상된다.
