아이엠비디엑스

당사의 주요 사업분야는 진행암의 정밀진단 및 치료, 수술 후 재발 조기탐지, 그리고 암 조기진단 등의 3가지로 구성됩니다. 국내의 경우도 암은 전체 한국인 사망의 약 26%을 차지하며, 사망 원인 1위입니다. 그러나 다행히 1970년도 이후 지속적으로 증가하던 암에 의한 사망률은 2000년 이후부터 서서히 감소하기 시작하여 1990년 대비 15% 감소하였으며, 이는 수술, 방사선, 항암치료 등 기존 암치료기술 이외에 맞춤표적치료의 개발과 암 스크리닝 등 정밀의료의 확산이 큰 기여를 한 것으로 평가되고 있습니다.

암 정밀의료의 핵심은 조직생검(solid biopsy)을 통해 보다 정밀하게 암세포의 유전자변이를 분석하고 다양한 스크리닝 검사를 통해 최대한 조기에 암을 탐지하는 것입니다. 하지만 2013년 액체생검(liquid biopsy) 기술이 개발되면서, 암 정밀의료의 새로운 패러다임이 만들어지고 있습니다. 조직생검은 환자에게서 종양이 의심되는 조직을 직접 떼어내어 검사하는 방법이지만, 액체생검은 혈액, 소변, 흉수, 뇌척수 등과 같은 체액 내 부유하는 세포 유리 DNA(cell-free DNA, cfDNA)를 이용하여 암 조직에서 유래한 순환 종양 DNA(circulating tumor DNA, ctDNA)를 발견하고 종양 성분을 검출함으로써 암을 진단하는 방법입니다.

당사는 차별화된 기술력으로 액체생검과 대량의 유전자의 염기서열을 분석할 수 있는 차세대염기서열분석을 접목시켜 (i) 진행암 환자 대상의 프로파일링 기술, (ii) 1-3기암 수술 후 재발 조기진단을 위한 디텍트 기술, (iii) 암을 조기에 발견하고 원발부위를 예측하는 스크리닝 기술 등 암 전주기에 적용할 수 있는 모든 기술을 확보하였고 상용화 가능한 제품을 만들었습니다. 액체생검과 차세대염기서열분석법(next-generation sequencing, NGS)의 개요와 당사 기술력의 특장점을 간략하게 설명하면 다음과 같습니다. ▣ 유전자 염기서열 변이에 의한 암의 발생 우리 몸의 유전자(DNA)는 A, T, G, C의 4 가지 ‘염기’로 구성되어 있으며, 세포 하나당 총 30억개의 염기가 길게 연결된 형태로 존재합니다.

외부적 자극, 술, 담배, 노화 등 다양한 원인에 의해서 세포내의 유전자 염기서열이 조금씩 바뀌게 되는데, 이러한 변이가 세포의 성장과 사멸에 중요한 유전자에 우연히 생기고 이것이 오랜 시간 누적되면 암으로 발전하게 됩니다. 이러한 특성을 이용하여, 우리 몸을 구성하는 세포의 유전자 염기서열을 검사하여 정상과 다른 유전자 돌연변이가 발견될 경우 암세포가 존재함을 확인할 수 있습니다. ▣ 순환종양유전자 (circulating tumor DNA, ctDNA)와 액체생검 우리 몸을 구성하는 각각의 세포들은 살아가는 동안 지속적으로 성장과 사멸(죽음)을 반복하게 되고, 이때 사멸된 세포내에 존재하던 유전자(DNA)의 조각들이 혈액 속을 떠나니게 되는데, 이를 세포유리유전자(cell-free DNA, cfDNA)라고 합니다.

만약 우리 몸에 암세포가 존재한다면, 정상세포와 마찬가지로 암세포도 성장과 사멸을 반복하면서 역시 그 조각들을 혈액 속에 남기게 되며, 이를 순환종양유전자(ctDNA)라고 합니다. 정상세포에서 기원한 세포유리유전자에 비해 순환종양유전자는 유전적 돌연변이를 갖고 있으며 유전자 조각의 길이도 상대적으로 짧으며, 암의 진행에 따라 유전자의 발현을 조절하는 서열의 변화도 반영하고 있음을 최근 연구 결과 밝혀냈습니다. 정상유전자와 순환종양유전자의 이와 같은 차이를 이용하여 외과적 수술 없이 혈액 속에 떠다니는 유전자를 검사하는 것 만으로도 암세포 존재여부를 확인할 수 있는 진단 방법이 새로이 개발되었으며, 이를 액체생검이라 합니다.

▣ 혈액에서 추출된 세포유리유전자(cfDNA) 10mL의 혈액에 Ficoll이라는 약품을 섞어서 원심분리(혼합물을 전용 튜브에 넣고 빠른 속도로 회전시켜 물질을 서로 다른 정도로 침전시키는 방법)를 진행하면, 혈액속에 존재하는 각종 혈액세포와 다양한 혈액구성물질들이 비중차이에 의해서 분리되며, 이를 이용하여 상대적으로 가벼운 혈장 성분만을 추출할 수 있습니다. 이 혈장 성분 내에 세포유리유전자가 존재하며, 유전자와 쉽게 결합하는 특징을 갖는 구슬(glass beads)을 이용하여 혈장성분 중에서 세포유리유전자만 분리할 수 있습니다. ▣ 차세대염기서열분석법(next-generation sequencing, NGS)을 이용한 대량의 염기서열 검사 최근 개발된 차세대염기서열분석법(NGS)은 분석하고자 하는 전체 유전자를 잘게 자른 후에 어댑터(adapter) 라고 불리는 물질을 붙여 줌으로써 조각난 각각의 유전자 염기서열을 동시에 확인할 수 있는 분석법입니다.

기존의 한조각 한조각씩 읽어 나가는 전통적인 생어(Sanger) 염기서열 분석법에 비해서 상대적으로 가격이 저렴하며 빠른 시간 내에 유전자 수백만 개의 염기서열을 분석할 수 있는 매우 획기적인 검사 방식이기에 ‘차세대(Next generation)’염기서열분석법이라 부르게 되었습니다. 차세대염기서열분석법을 이용한 유전정보 분석은 다음과 같은 단계를 통해서 진행됩니다: (i) 라이브러리 준비 : 분석 대상 유전자를 검사하기 위해 DNA를 물리적, 생화학적 방법을 통해 짧은 길이로 절편화 하고 NGS 장비를 통해 분석할 수 있도록 어댑터를 부착합니다. 실험을 통해 얻어지는 DNA의 양은 매우 적으므로 중합효소연쇄반응(PCR)을 통해 충분한 양의 라이브러리를 만든 후에 NGS 분석 장비에 탑재합니다.

(ii) NGS 분석 장비를 통해 라이브러리 증폭 후 서열 판독(시퀀싱) : NGS 분석 장비에는 플로우 셀이라고 불리는 기판이 존재하며 플로우 셀의 표면은 어댑터를 인식하여 기판에 고정시키도록 처리되어 있습니다. 기판에 고정된 라이브러리를 구성하는 각각의 DNA 분자가 장비 내부에서 PCR을 통해 동일한 DNA 서열로 구성된 클러스터로 증폭되고, 클러스터를 구성하는 각각의 DNA 서열은 A, C, G, T의 염기서열로 판독(시퀀싱) 됩니다. 이 염기서열을 정보의 단위체인 ‘리드’라고 합니다.

(iii) 바이오인포매틱스 분석 : 시퀀싱을 통해 얻어진 데이터(시퀀싱 데이터)는 단순 염기서열의 기록일 뿐이므로 그 자체로는 의미가 없습니다. 시퀀싱 데이터를 분석하여 유전체 정보를 해독하고 의미를 찾는 일련의 과정을 바이오인포매틱스 분석이라고 하며 현대의 유전체학 및 정밀의료의 핵심입니다. 따라서 시퀀싱 데이터를 인간참조서열(human reference sequence)과 비교하는 과정을 통해 각 DNA 염기서열(리드)이 유래했을 것으로 예측되는 게놈 상의 위치를 찾아 정렬하는 매핑(mapping)을 진행합니다.

매핑을 하고나면, 인간의 보통 유전자서열과 다른 부분들을 파악할 수 있고, 이를 이용하여 생식세포 돌연변이, 체세포(암유래) 돌연변이, 암유래 메틸화 변화, 등 여러 유전체 형질에서의 특이점들을 파악할 수 있게 됩니다. ▣ 순환종양유전자 분석에 있어 NGS가 지니는 한계 차세대염기서열분석법을 정밀한 바이오인포매틱스 분석기술과 결합하면, 분석되는 샘플의 유전자 특징을 매우 빠르게 염기단위로 파악하여, 암 진단 또는 유전자 돌연변이 종류에 따라 효과적인 항암제 제시 등, 환자마다 서로 다른 치료방법을 제시하는 이른바 ‘개인맞춤형 치료’ 방법에 적용할 수 있습니다. 또한, 이중 암세포에서 기원한 순환종양유전자는 전체 세포유리유전자의 0.1~0.001% 정도로 매우 적습니다.

따라서 세포유리유전자 내에 극소량으로 존재하는 순환종양유전자를 구별하기 위해 최신 기술의 차세대염기서열분석 방법을 이용하더라도 실험 및 분석 진행과정 동안 어느정도 오류 (0.087%)가 생길 수밖에 없으며 이로 인해 실제 유전자 돌연변이가 없음에도 불구하고 돌연변이가 있다는 잘못된 결과값을 생성할 수 있습니다. 시퀀싱 오류를 실제 돌연변이와 구분하기 위해서는 많은 양의 리드, 즉 높은 시퀀싱 뎁스(유전체 상의 한 지점에서 관찰되는 리드의 횟수)가 요구됩니다. 예를 들어 혈액 내 0.1%의 ctDNA를 발견하기 위해서는, 1,000개의 cfDNA 조각 중, 1개의 ctDNA 조각을 찾아내는 정확도가 필요합니다.

NGS 시퀀싱 데이터는 PCR 증폭과정을 거쳐 생성되는 DNA 염기서열(리드)들로 구성되어 있으므로, 일반적으로 1,000개의 독립된(고유) DNA 분자에서 한 개의 변이 차이를 정확하게 찾아내기 위해서는 그보다 수배 또는 수십배의 시퀀싱 뎁스가 요구됩니다. ▣ 순환종양유전자의 분석적 한계 극복을 위한 당사의 전략 혈액 내 순환종양유전자의 비율은 매우 소량이기 때문에 일반적인 차세대염기서열분석법 보다 100~1,000배 많은 시퀀싱을 해야 합니다. 고용량 시퀀싱에 따른 비용부담을 줄이기 위해, 당사는 전체 2만여 개 유전자 중 핵심적인 암 관련 유전자만 선별하여 검사하는 하이브리드 캡처(Hybridization capture) 방법을 선택했습니다.

또한, 고유 분자 식별자(Unique molecular identifier, UMI) 기술을 도입하여 차세대염기서열분석을 위한 증폭과정동안 생기는 오류를 보정함으로써, 실험 및 분석과정에서 발생하는 오류와 환자의 암세포에서 기원한 돌연변이를 정확히 구별할 수 있게 하였습니다.