국내 연구팀이 생체 내 유전자 치료를 위한 유전자가위 선별 모델 개발에 성공했다. 연세대학교 의과대학 약리학교실 김형범 교수와 서상연 연구원 연구팀은 생체 내 전달에 유리한 소형 유전자가위를 선별할 수 있는 인공지능 기반의 모델을 개발했다고 25일 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 메서드’(Nature Methods, IF 47.99)에 게재됐다.

유전자가위는 타깃 DNA를 손쉽게 바꿔줄 수 있는 특성이 있어 유전자 치료 분야에서 널리 사용된다. 현재 유전자 치료 분야에서 가장 많이 사용되는 유전자가위는 박테리아의 한 종류인 화농연쇄상구균에서 발견된 SpCas9이다.

이러한 유전자가위를 각 신체 부위로 이동시키는 데는 아데노부속바이러스가 많이 사용된다. 아데노부속바이러스는 전달 효율이 높고 면역반응과 세포독성이 낮을 뿐만 아니라 특정 조직이나 세포에 유전자가위를 전달할 수 있다. 하지만 SpCas9은 상대적으로 큰 단백질이기 때문에 아데노부속바이러스를 통한 전달이 불리하다. 소형 유전자가위의 경우 크기가 작아 아데노부속바이러스를 통한 전달이 유리하다.

이러한 이점으로 다양한 연구에서 소형 유전자가위들이 발견·개발돼 왔다. 하지만 실제 임상에서 최적화된 소형 유전자가위를 적용하는데 적절한 가이드라인이 없었다.

 

연구팀은 소형 유전자가위의 사용에 있어 유용한 가이드를 제시하고자 선별모델을 개발하기 위한 연구를 진행했다. 먼저 다양한 소형 유전자가위 중 유전자 연구에 응용 가능성이 높은 소형 유전자가위(Cas9)들을 선별하고 총 17개의 Cas9의 활성도와 특이도를 수만개의 표적·비표적 DNA에서 측정하고 이를 비교분석했다.

유전자가위의 활성도는 표적으로 하는 DNA를 얼마나 잘 절단하는지 보여주는 지표이고, 특이도는 해당 유전자가위가 얼마나 부작용(원하지 않는 DNA의 절단)이 적은지를 보여주는 지표이다.

 

분석 결과, 기존의 널리 사용되고 있던 유전자가위 SpCas9보다 크기는 작으면서 활성도와 특이도가 높은 2개의 소형 Cas9(sRGN3.1, SlugCas9)을 확인했다. SpCas9의 평균 활성도와 특이도는 각각 42%, 0.35인데 반해, sRGN3.1은 각각 58%, 0.63, SlugCas9은 각각 51%, 0.74로 더 높게 나타났다.

연구팀은 이어 분석 데이터를 바탕으로 인공지능을 이용해 소형 Cas9의 활성도와 특이도를 예측할 수 있는 인공지능 모델‘DeepSmallCas9’을 개발하고 유용성을 검증했다.

연구팀이 개발한 DeepSmallCas9은 소형 유전자가위의 활성도와 특이도를 동시에 검증할 수 있다. 기존 유전자가위 활성 예측 모델들은 활성도와 특이도 중 하나만을 검증할 수 있어 각각을 다른 모델을 이용해 예측해야하는 번거로움이 있었다.

해당 모델을 통해 분석을 진행했을 때 실제 임상에서 적용할 수 있는 유전자가위 선별에 유용함을 보여줬다.

실제 미국 국립생물공학정보센터의 ClinVar 데이터베이스에 공개된 1만 3145개의 우성 단일염기변이에 해당 모델을 적용해 본 결과, 82%(1만 844개) 이상의 돌연변이 DNA를 효율적으로 제거할 수 있는 유전자가위를 선별할 수 있는 것을 확인했다.

김형범 교수는 “이번 연구를 통해 소형 Cas9 대량 검증을 진행함으로써 기존에 사용되던 유전자가위보다 더 효과적인 소형 유전자가위들을 발견할 수 있었다”면서 “새롭게 개발한 인공지능 기반의 유전자가위 선별 모델을 통해 추후 기초연구, 유전자 치료제 개발의 속도와 효율을 높일 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

 

우울증은 마음의 병이 아니라, 치료가 필요한 뇌의 기능적 손상에 기인하는 질병이라는 연구결과가 나왔다.

고려대학교 안암병원 정신건강의학과 한규만 교수(공동교신저자), 함병주 교수(공동교신저자), 강유빈 연구교수(제1저자) 연구팀이 우울증 환자는 그렇지 않은 사람에 비해 정서조절을 담당하는 뇌 영역의 주름이 유의하게 적다는 사실을 규명했다.

우울증은 보통 큰 스트레스를 겪은 뒤 발생한다. 하지만 어떤 경우에는 발병하지 않기도 해, 우울증 발병의 취약성이 개인마다 다른 것으로 알려져 있다. 최근에는 우울증이 단순히 마음의 병이 아니라, 뇌의 기능적 이상이 우울증 발병의 취약성에 영향을 미칠 수 있다는 주장이 제기되어 왔다.

 

연구팀은 19~64세 성인 중 우울증 환자 234명과 정상 대조군 215명의 뇌 MRI 영상, 우울 증상 심각도 등 여러 임상 관련 데이터를 비교했다. 그 결과 우울증 환자의 경우 그렇지 않은 사람에 비해 정서조절을 담당하는 뇌 영역인 전두엽, 안와전두피질, 전대상피질의 주름이 최대 약 5% 감소해 있다는 사실을 밝혔다.

뇌에서 정서조절을 담당하는 영역은 부정적 감정을 인식하고 처리한다. 이 부위의 뇌 주름이 적을 경우 정서조절 신경회로의 기능 이상을 초래해 우울증에 걸릴 위험이 증가할 수 있다.

뇌 주름은 대체로 태아시기부터 영아기 무렵의 유전적, 환경적 요인에 의해 형성되며 이후 눈에 띄는 변화가 나타나지 않아 전두엽, 안와전두피질, 전대상피질의 주름 정도가 개인이 타고난 우울증 발생 위험도를 측정할 수 있는 뇌영상 바이오마커로 활용될 수 있다.

 

한규만 교수는 “이번 연구는 전두엽 부위의 주름 감소가 우울증 발생의 위험을 증가시키는 생물학적 토대를 제공한다는 사실을 규명했다”며 “앞으로 대뇌 피질주름에 대한 정량화된 데이터를 통해 개별 환자들에게 우울증이나 정서조절 이상의 취약성에 대한 정보를 제공할 수 있는 근거를 마련하게 되었다”고 말했다.

이번 연구(Decreased cortical gyrification in major depressive disorder) 결과는 정신의학 분야의 권위 있는 국제 학술지 중 하나인 ‘Psychological Medicine (Impact factor: 10.592)’ 온라인판에 게재됐다.

 

항암 환자 대상 예방적 G-CSF사용의 보험급여 확대가 환자에게 긍정적인 효과를 얻었다는 분석 결과가 나왔다. 국민건강보험 일산병원 종양혈액내과 홍수정 교수 연구팀의 연구성과다. 

연구팀에 따르면 최근 항암 치료에서 표적치료제 및 면역치료제 사용이 도입되고 있으나, 여전히 항암 치료의 근간이 되는 약물은 고전적인 세포독성 항암 약물 치료이다.

이러한 고전적인 항암 요법제의 주요 독성 중의 하나는 골수 기능 억제이고, 호중구 및 그 전구체가 영향을 받아 발열성 호중구 감소증(Febrile neutropenia, FN)을 유발할 수 있다.

발열성 호중구 감소증은 발열을 동반하면서 절대 호중구 수가 500미만이거나 그 이하로 떨어질 것이 예상되는 상태로, 암환자에게 발열성 호중구 감소증 발생은 인체의 면역 작용을 악화시켜 환자의 입원 기간 증가 및 이후 항암 치료의 스케쥴 지연 또는 항암제 용량 감소 등 환자의 치료적 결과에 부정적인 영향을 줄 수 있다.

이에 발열성 호중구 감소증이 발생하면 입원하여 즉각적인 광범위 항생제 및 백혈구 조혈인자(Granulocyte-Colony Stimulating Factor, G-CSF)투여가 필요하다. 이러한 치료적 G-CSF 사용에 대해서는 예전부터 보험 급여가 적용되고 있다.

그러나 항암치료 후 G-CSF를 미리 사용하도록 하는 예방적 G-CSF 사용은 2014년에 처음 급여화가 시작되었고, 현재 일부 암종의 특정 항암 요법에 대해서만 급여로 인정해주고 있다.

일산병원 연구팀은 근거 수준이 높은 예방적 G-CSF 사용의 급여화에 대한 효과를 확인하고자 국민건강보험 청구자료를 이용하여 항암치료를 받는 암 환자를 대상으로 국내 최초로 예방적 G-CSF 사용의 임상적 효과를 확인했다.

연구는 2007년부터 2020년까지 만 19세이상 신규 암환자(혈액암, 에이즈, 골수이식 이력자를 제외한 고형암 환자)를 대상으로 항암 치료와 관련된 발열성 호중구 감소증과 치료적 및 예방적 G-CSF 사용 분석을 진행했다.

연구 결과, 고형암 환자의 약 51.9%가 항암 치료를 받은 이력이 있으며, 이들 중 약 90%가 암 진단 이후 1년 내에 항암 치료를 받고 그 기간의 항암 스케쥴의 횟수는 평균 4.7회 였다.

또한 현재 급여가 인정되는 예방적 G-CSF 사용의 임상 효과를 확인하기 위해 유방암의 Neoadjuvant TCHP(trastuzumab +docetaxel+carboplatin, pertuzumab)와 Adjuvant TC(docetaxel +cyclophosphamide), 골암 및 연조직육종의 ICE(ifosfamide +carboplatin+etoposide)로 항암 요법을 선정해 진행한 연구에서 유방암의 Neoadjuvant TCHP 요법에서 예방적 G-CSF를 사용하는 것은 발열성 호중구 감소증 발생을 92% 감소시키고 Adjuvant TC 요법에서 98% 감소시키는 것을 확인했다. 유방암 항암 치료에서 예방적 G-CSF 사용의 효과는 매우 효과적이라는 사실으 확인한 것이다.

그리고 골암 및 연육종의 ICE 요법에서 예방적 G-CSF를 사용하는 것은 발열성 호중구 감소증 발생을 88% 감소시켰다.

이밖에 3가지 항암 요법 모두에서 예방적 G-CSF를 사용하는 것이 항암 치료 이후 감염 발생 및 중환자실 입원 비율을 낮추는 것으로 확인되었다.

반면 예방적 G-CSF 사용의 급여 혜택을 전혀 받지 못하는 췌장암 항암 치료에서는 발열성 호중구 감소증의 발생 비율이 점점 증가하고 있다는 것을 확인했다.

연구팀은 암환자의 항암 치료 시 예방적 G-CSF의 급여 기준의 확대가 여러 암종의 항암 요법에 대해서 지속적으로 필요하다는 것을 시사한다고 평가했다.

홍수정 교수는 “현재 국내의 예방적 G-CSF 관련 보험 급여 기준은 국제적인 가이드라인과 상이한 부분이 많다”며, “치료적 사용의 G-CSF 보다는 예방적 사용의 G-CSF 사용이 근거 수준이 높으므로, 현 급여 체계에서 예방적 사용의 급여가 좀 더 확대되어야한다”고 말했다.

 

8세 미만 소아에서 기관 내 삽관(Endotracheal Intubation)을 할 때 공기주머니(Cuff)가 있는 튜브를 사용해야 한다는 연구결과가 나왔다.

소아응급환자에서 심한 폐렴 또는 의식 저하를 동반한 뇌졸중처럼 호흡곤란이 심하거나 기도가 막힐 위험이 있는 경우 기관 내 삽관이 필요하다. 기관 내 삽관 시 성인의 경우 공기주머니가 있는 튜브를 사용해 입 또는 위(胃)에서 폐로 흡인(배출) 되거나 반대로 폐에서 공기가 밖으로 누출되는 것을 예방하고 있으나, 반면 8세 미만 소아의 경우 공기주머니가 없는 튜브를 사용하는 것이 일반적이다.

하지만 2020년 이후 미국심장협회(AHA)가 8세 미만 소아도 공기주머니가 있는 튜브를 사용하도록 권고하면서 응급의학과 혹은 소아청소년과 분야에서 논란의 대상이 됐다. 이에 아주대병원 마취통증의학과 채윤정·응급의학과 김중헌 교수팀은 지난 1997년부터 2022년까지 25여 년간 출판된 관련 논문 66편을 분석한 결과, 소아응급환자에서 공기주머니가 있는 튜브를 사용할 것을 권고한다고 밝혔다.

 

연구팀이 제시한 관련 근거를 살펴보면, 기존에 8세 미만 소아의 후두 구조에 대해 잘못 알려져 있는 정보로 인해 공기주머니가 없는 튜브가 영유아의 반지연골(후두를 구성하는 연골 중 하나) 안쪽의 점막에 꼭 맞고, 공기주머니가 있는 튜브를 사용 시 이 점막에 심한 손상을 줄 수 있다고 잘못 알려져 있다.

또 최신 지견에 따르면, 폴리우레탄 공기주머니 개발 등으로 공기주머니가 있는 튜브의 경우 기존에 알려져 있는 흡인 및 공기 누출이 적다는 장점 외에 주입하는 공기의 양에 따라 공기주머니의 부피가 조절 가능해 튜브 교체 필요성이 적고, 기도 손상은 비슷하거나 적게 발생한다고 보고되고 있다.

응급상황 시 튜브를 급하게 고르다 보면, 환자의 기도에 비해 너무 작거나 큰 튜브를 삽입할 수 있는데, 이때 공기주머니가 있는 튜브의 경우 없는 튜브에 비해, 지름이 0.5㎜ 정도 작아 너무 큰 튜브를 넣을 가능성이 적고, 반대로 작은 경우 환자 안정 후 적절한 튜브로 교체하면 된다고 연구팀은 설명했다.

다만 공기주머니가 있는 튜브 사용 시 공기주머니 내 압력을 낮게(<20cmH20) 유지하고, 5세 미만 소아의 경우 공기주머니에 공기를 주입시 특히 신중해야 하며, 체중이 3.0㎏ 미만인 경우에는 공기주머니가 없는 튜브를 사용해야 하는 점을 유의해야 한다고 연구팀은 밝혔다.

 

채윤정 교수는 “응급실 등에서 소아응급환자 발생 시 기관 내 삽관을 시행하면서 가장 안전하고 유용한 튜브 이용 방법을 입증하기 위해 이번 연구를 수행했다”며, “이번 연구결과가 응급현장에서 소아응급환자 치료에 유용한 가이드가 되길 바란다”라고 밝혔다.

이번 연구결과는 5월 국제 학술지 Western Journal of Emergency Medicine에 ‘Pediatric Application of Cuffed Endotracheal Tube(공기주머니 있는 기관 내 삽관의 소아 적용)’란 제목으로 게재됐다.

 

순천향대 부천병원 소화기병센터 문종호 교수팀(이윤나·신일상 교수)이 진단이 어려운 담도암의 조기 발견을 위해 ‘협대역 내시경 기술을 적용한 담도내시경 분류법’을 세계 최초로 개발했다.

담도는 간에서 십이지장으로 연결되는 관으로, 매우 가늘고 우리 몸속 가장 깊숙한 곳에 있어 암을 조기에 발견하기 매우 어렵다. 또, 초기 증상이 없다 보니 많은 환자가 암이 전이된 상태에서 발견되고 5년 생존율이 30%에 불과할 정도로 예후가 매우 나쁘다.

담도암을 조기 진단해서 완전히 절제 치료하려면 담관 안쪽을 직접 관찰하는 담도내시경검사가 효과적이다. 하지만 기존 담도내시경의 영상 질이 낮고, 아직 세계적으로 통용되는 담도내시경 분류법이 없어 담도암을 조기 예측하는 데 어려움이 있었다.

순천향대 부천병원 소화기병센터 문종호 교수팀은 2008년부터 2020년까지 협대역 내시경 기술을 적용하여 담도내시경을 시행한 환자 471명의 검사 결과를 토대로 ‘표면구조’와 ‘미세혈관구조’를 나누어 분석하는 ‘새로운 개념의 담관 병변 분류법’을 세계 최초로 제시했다.

‘협대역 내시경 기술(Narrow-Band Imaging, NBI)’은 기존 백색광 중 침투 길이가 짧은 청색광 영역을 상대적으로 강화해 내시경 영상을 재구성함으로써, 점막 표면과 미세혈관구조의 관찰 능력을 극대화한 기술이다. 그동안 위암과 대장암의 조기 진단에 이용해 왔지만, 담도에는 적용이 어려웠다.

 

문 교수팀은 먼저 협대역 내시경 기술 적용이 가능한 고화질의 담도내시경 검사법을 이용하여 관찰한 담관 병변들의 특징을 ‘표면구조’와 ‘미세혈관구조’로 나누어 분류했다. ‘표면구조’는 반흔형(scarring), 함몰형(depressed), 궤양형(ulcerative), 용종형(polypoid), 과립형(granular), 섬모형(villous), 결절형(nodular), 유두형(papillary) 등 8가지, ‘미세혈관구조’는 혈관의 불규칙성과 확장정도, 굴곡정도에 따라 세분화해 5가지로 분류했다.

이 새로운 담도내시경 분류법을 이용해 연구팀이 담관 병변 분류법의 진단 정확도를 분석한 결과, 담도암을 더욱 정확하게 예측할 수 있음을 확인했다. 특히 결절형(nodular), 유두형(papillary) 표면구조와 불규칙하거나 굴곡이 있는 확장된 미세혈관구조(irregularly or regularly dilated and tortuous vessels)를 가진 병변이 담도암과 높은 연관 관계가 있음을 밝혀냈다.

연구책임자인 문종호 교수는 “우리 연구팀이 세계 최초로 개발한 ‘협대역 내시경 기술을 적용한 담도내시경 분류법’은 담도암을 조기에 정확하게 진단하여 완치 가능성을 높였다는 점에서 의미가 큰 연구 결과이다. 앞으로도 지속적인 연구를 통해 예후가 불량한 담도암을 조기 진단하고, 더 많은 환자의 생명을 살릴 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 소화기내시경 분야 최고 권위 학술지 ‘미국소화기내시경학회지 5월호(Gastrointestinal Endoscopy, IF: 10.396)’에 게재됐다.