암을 조기에 진단하는 새로운 나노기술

만약 모든 가정에 암 진단 조기 경보 시스템이 있다면 어떨까요? 연구원인 조슈아 스미스는 엑소좀이라고 불리는 특별한 생체지표에서 질병의 흔적을 찾아내는 나노 생명 공학 기술인 "암 경보기"를 개발하고 있습니다. 이 강연을 통해 그는 이 진보적 기술을 설명하고, 우리가 암 진단을 혁신적으로 바꿀 방법과 궁극적으로는 사람을 살릴 방법에 대한 자신의 꿈을 이야기합니다.

"당신은 암에 걸렸습니다."

슬프지만 우리 중 약 40%는
살면서 이 말을 듣게 됩니다.

그리고 그중 절반은
살아남지 못합니다.

이 말인즉슨, 여러분의 가장 절친한
친구나 지인 5명 중 2명은

암 진단을 받게 된다는 것이고

그중 1명은 죽는다는 것입니다.

육체적 역경 이외에도

미국에서 암을 이겨낸
대략 3분의 1의 사람들은

치료비 빚더미에 앉게 됩니다.

그리고 암에 걸리지 않은
사람들에 비해 2.5배나

파산확률이 높습니다.

이 병은 광범위하게 영향을 미칩니다.

정신적으로도 지치게 하고

많은 사람을

금전적으로도 무너뜨립니다.

하지만 암 진단을 사망선고로
받아들일 필요는 없습니다.

암세포를 더 빨리

초기에 발견하는 것이 중요한 이유는

선택 가능한 치료 방법을 늘리고

심리적인 영향도 줄이고

금전 부담도 줄이기 때문입니다.

무엇보다도

암을 조기에 발견하는 것이
제 연구의 최우선 목표이기도 합니다.

생존 확률을 크게 높이겠다는 거죠.

예를 들어 유방암의 경우를 보면

1기에 진단이 내려져
치료를 받은 환자들은

5년 동안 생존할 확률이
거의 100%에 가깝습니다.

하지만 4기에 치료를 시작하면
그 확률이 22%로 줄어듭니다.

그리고 직장암이나 난소암의
경우에도 유사한 경향을 보입니다.

자, 이제 초기에
정확하게 진단하는 것이

생존에 있어서 중요함을 알았습니다.

문제는 많은 암 진단 방법들이
몸에 칼을 대야하고

비싸고

부정확할 때도 있고

결과가 나오는데 굉장히 오랜
시간이 걸릴 수도 있다는 것입니다.

더 나쁜 경우는 특정 암에 관해서

예를 들어 난소암, 간암, 췌장암 등은

훌륭한 검출 방법이란 것이 없습니다.

이 말은, 환자들의 신체에
표면적 증상이 나타났을 때는

이미 말기까지 진행되었음을
의미하기 때문이죠.

조기 경보 시스템이 없는 지역이
토네이도를 맞은 것처럼

위험을 알려줄 경보가 없습니다.

눈앞에 위험이 이미 닥치고 나면

여러분의 생존 확률은 크게 낮아집니다.

정기 검진이 편리성과 접근성을 갖추면

즉 저렴하고, 수술도 필요 없고,
빠른 결과를 제공한다면

암과의 싸움에서
가공할 무기가 될 것입니다.

조기 경보는 우리가
질병을 앞질러 가게 해줍니다.

단지 그 잔혹한 흔적을
따라가는 대신 말이죠.

바로 그것이 제가 하고 있는 일입니다.

지난 3년 동안 제가 개발한 기술은

궁극적으로 의사들을 도와

빠르고, 조기에 암 진단을
할 수 있는 기술입니다.

그리고 저는 지금까지
깊은 과학적 호기심과

이런 문제 해결에 대한
열정에 힘입었습니다.

하지만 작년에

이 싸움은 더욱 개인적
문제로 다가왔습니다.

제 아내가 유방암
진단을 받게 된 것이죠.

저의 노력에 강력하고 예상치 못한
감정을 더해준 경험이었습니다.

저는 그 치료가 삶에 끼치는
영향을 일단 알고 있었습니다.

암이 불러올 가족 전체의 심리적
혼란도 아주 잘 알고 있었습니다.

저의 어린 두 딸을 포함해서 말이죠.

정기적인 유방 조영 촬영으로
이를 초기에 발견했기 때문에

우리는 국부적인 종양에 대한
우선적 처치에 집중할 수 있었고

초기 진단이 얼마나 중요한지
더 큰 확신을 갖게 되었습니다.

다른 형태의 암과는 달리

유방암은 유방 조영술로
초기 진단이 가능합니다.

그러나 누구나 이 검사를
받는 것도 아니고

유방 조영술이 권장되는 중년 이전에
유방암이 진행될 수도 있죠.

그래서 검사법이 있는 암이라고 해도

개선의 여지는 여전히 많이 있으며

물론 그렇지 않은 암에도
상당한 이점이 있습니다.

암 연구자들에게 있어서
가장 중요한 과제는

다양한 종류의 암에 대한 정기 검진을

더 편리하게 하는 방법을
만드는 것입니다.

여러분이 정기 검진을
받으러 병원에 갔는데

담당 의사가 단순히

비외과적 소변 샘플이나
액상의 생검 시료만으로

여러분이 그 방을 나가기도 전에
결과를 보여준다고 생각해 보세요.

이러한 기술이 있다면 암 조기 진단의
감시망이 놓치는 환자의 숫자를

현저하게 낮출 것입니다.

엔지니어와 생화학자로
이루어진 저희 연구진은

바로 이런 과제를 연구하고 있습니다.

저희는 사람들이 건강할 때부터
정기 검진을 시작하도록 함으로써

암 초기 경보를 활성화하는
방안을 연구하고 있습니다.

이를 통해 암이 생기는
순간에 진행을 막고

더 진행되지 않도록 하고자 합니다.

이를 위한 묘책이 바로
미세 소낭입니다.

세포에서 주기적으로 배출되는
작은 소포체로서 엑소좀이라고 하죠.

엑소좀은 암의 진전 과정에 있어서

조기 경보를 가능하게 하는
중요한 생체 지표입니다.

그리고 이는 인체 내의 체액에
풍부하게 존재하기 때문에

피, 소변, 타액과 같은 것도

비외과적 액체 생검 샘플로
아주 적절합니다.

그런데 문제가 하나 있습니다.

이런 중요한 생체 지표를 빠르게
구분하는 자동화 시스템이

현재로서는 없다는 것입니다.

하지만 저희가 개발한
나노 DLD라는 기술로

그 일을 정확하게 해낼 수 있습니다.

자동으로 엑소좀을 구분하여

빠른 암 진단을 도와주죠.

말하자면, 엑소좀은 액상 생검 영역에서

떠오르는 최신의 조기 경보 무기입니다.

엑소좀은 매우 작습니다.

지름은 30에서 150나노미터
정도로 측정됩니다.

아주 작아서

적혈구 세포 하나에 백만 개
정도를 넣을 수 있습니다.

그 차이를 비교하자면

골프공과 미세한 모래알
정도라고 보시면 됩니다.

한때는 필요 없는 세포 쓰레기의
작은 쓰레기통으로 취급받았지만

세포들이 엑소좀을 배출하고 흡수하면서
실제로 소통하고 있음이 밝혀졌습니다.

엑소좀에는 표면 수용체와

단백질 그리고 그 기원세포에서
수집된 유전물질을 가지고 있습니다.

주변 세포에 흡수될 때

엑소좀은 수용 세포에
내용물을 방출하고

유전자 발현의 근본적 변화를
일으킬 수 있습니다.

좋은 변화도 있고

안 좋은 경우엔

암이 됩니다.

엑소좀이 모세포의
기원물질을 가지고 있고

그 환경의 샘플을 갖고 있기에

해당 세포의 건강과 근원에 대한
유전 정보를 보여줍니다.

이러한 특성 덕분에 엑소좀이
매우 중요한 메신저 역할을 하는데

이는 잠재적으로 외과의들이

여러분의 건강을 세포 단위로
살펴볼 수 있도록 해줍니다.

하지만 암을 조기에 발견하려면

이런 메시지를 빈번하게 가로채서

여러분의 몸속 발암 물질이
언제 반란을 일으킬지

진단해야 합니다.

이것이 정기 검진이 중요한 이유이고

저희가 이를 위한 기술을
개발하는 이유입니다.

올해 최초의 엑소좀 기반
진단법이 시장에 나왔지만

아직까진 많이 알려진
건강 관리 방법은 아닙니다.

최근에 나온 것이라는 점 외에도

이 기술이 널리 퍼지는데
어려움을 겪는 점으로는

현재 자동화된 엑소좀 분리체계가 없어
저렴한 정기 검사가 어렵다는 것입니다.

현재의 엑소좀 분리를 위한 표준은

초원심분리기가 필요하고

시료 처리를 위한 고가의 실험 장비와

숙련된 연구원

그리고 하나의 샘플 처리를 위해
약 30시간이 필요합니다.

저희는 소변과 같은 시료로부터
자동화된 엑소좀 분리를 가능케 하는

다른 방법을 고안해냈습니다.

저희는 전자칩 기반의
연속적인 유체 흐름 분리 기술인

측방 변위량 판정(DLD)
기술을 이용했습니다.

저희가 사용한 이 방법은

반도체 산업에서 지난 50년간
성공적으로 사용한 방법이죠.

저희는 마이크로 단위에서
진정한 나노 단위로

이 기술을 축소했습니다.

작동 원리가 궁금하시죠?

쉽게 말씀드리자면

나노 단위의 간격으로
분리된 작은 기둥들이

이런 식으로 배열되는데

이 시스템이 액체를
물줄기 가르듯 나눕니다.

암과 관련된 더 큰 나노 분자들은

작고 건강한 세포들의
방향전환 과정을 통해 분리됩니다.

작은 세포들은 반대로

기둥 사이를 지그재그 모양으로 흘러

유체 흐름을 따라갑니다.

최종적으로는 이 두 분자가
완전하게 분리됩니다.

이 분리 과정을 그려보면

두 길로 나누어진
고속도로와 비슷합니다.

하나는 산 아래로 뚫린
높이 제한이 있는 터널이고

다른 길은 돌아가는 길인 셈이죠.

소형차는 터널을 지나갈 수 있지만

잠재적 위험한 물질을 실은 트럭은

돌아가는 길로 가야 합니다.

교통량은 효과적으로
크기와 내용물로 나누어집니다.

흐름을 방해하지 않고 말이죠.

훨씬 더 작은 크기이긴 하지만
이 원리로 저희 시스템이 작동합니다.

여기에서 중요한 점은
검사를 위한 분리과정이

소변, 혈액 혹은 타액 샘플을
처리하는 것처럼 간단해진다는 것이고

단기적으로 향후 몇 년 안에
가능해질 거라는 점입니다.

궁극적으로는 이 기술로 목표로 하는
엑소좀을 분리하고 찾아내서

특정 암과의 관련성을
몇 분 안에 찾아내서

검사 결과를 알 수 있다는 것입니다.

이로써 고통 없는 빠른 진단이
가능하게 될 것입니다.

일반적으로 말하자면

생체지표를 분리하고
더 많이 얻어내기 위해

나노단위의 정밀도와
자동화하는 능력을 갖는다면

암과 같은 질병을 더 잘
이해할 수 있는 문을 열게 됩니다.

그 응용 범위도

샘플 준비부터 진단까지

약물 내성 모니터링에서
치료법까지 다양합니다.

제 아내가 암과의 사투를
벌이기 훨씬 이전부터

정기 검진을 더 편리하게
만드는 이 과정을

자동화하는 것은 제 꿈이었습니다.

이는 헨리 포드가
조립 설비를 발전시킴으로써

일반 대중들이 자동차를
탈 수 있게 만든 것과 비슷합니다.

그런 접근성의 핵심은 바로
자동화입니다.

후버가 꿈꿨던 정신인

"모든 냄비에 닭고기를,
모든 차고에 자동차를"처럼

저희는 모든 가정에

암 진단 조기 경보 시스템을
놓을 수 있는 기술을

개발하고 있습니다.

그렇게 되면 남녀노소 모두

건강할 때 정기적으로
검사를 받을 수 있게 되어

발생 초기에 암을 발견할 수
있을 것입니다.

제 희망이자 꿈은

세상 사람들이

오늘날 암환자들이 겪는 것처럼

물리적, 금전적, 심리적으로 비싼
대가를 치르지 않도록 하는 것입니다.

저는 그 어려움을 잘 알거든요.

또한, 다행스러운 소식은
아내의 암을 일찍 발견했기에

치료가 성공적이었고

감사하게도 완치되었습니다.

(박수)

모든 사람이 이런 결과를
얻게 되는 되기를 기대합니다.

저와 저희 연구진이 개발한

초기 암을 빨리 진단할 수 있는
나노 단위 생체지표 분리 기술로

저는 향후 10년 이내에

이러한 기술이 가능해져서

우리의 친구와 가족, 미래 세대를
도울 수 있을 거라 낙관합니다.

우리가 암에 걸릴 정도로 불행하더라도

이런 조기 경보가 강력한
희망의 등불이 될 것입니다

감사합니다.

(박수)