종양이 생기기 전 더 이른 암 발견을 약속하는 새로운 혈액검사

과학자들은 증상이 나타나기 훨씬 전에 암을 발견할 수 있는 혈액검사를 개발하고 있으며, 이는 종양을 치료하는 데서 벗어나 암이 발병하기 수십 년 전에 질환을 가로채려는 방향 전환을 의미한다. 이 접근법은 암이 분명해지기 수년 전부터 나타나는 생물학적 과정과 분자적 경고 신호를 겨냥한다.

과학자들은 혈액 속 극미량의 암 바이오마커를 검출할 수 있는 강력한 광 기반 센서를 설계했다. 이 기술은 결국 정기적인 채혈만으로도 의사가 암과 기타 질환의 조기 경고 신호를 식별할 수 있게 할 가능성이 있다. 중국 Shenzhen University의 연구팀장 Han Zhang에 따르면, 이 센서는 DNA로 만든 나노구조와 양자점, 그리고 CRISPR 유전자 편집 기술을 결합해 2차 고조파 발생(second harmonic generation, SHG)으로 알려진 광 기반 접근법을 이용해 미약한 바이오마커 신호를 검출한다.

Optica Publishing Group의 고영향 연구 학술지인 Optica에 발표된 내용에 따르면, 연구팀의 장치는 환자 샘플에서 폐암 바이오마커를 sub-attomolar 수준으로 검출했다. 분자가 몇 개만 존재하는 경우에도 시스템은 명확하고 측정 가능한 신호를 생성했다. 이 플랫폼은 프로그래밍 가능하기 때문에, 바이러스, 박테리아, 환경 독소, 또는 알츠하이머병과 같은 질환과 연관된 바이오마커를 식별하도록 잠재적으로 적용될 수 있다.

이 방법은 CT 스캔에서 종양이 보이기 전에 폐암에 대한 간단한 혈액 선별검사를 가능하게 할 잠재력이 있다. 또한 영상 결과를 기다리느라 몇 달을 보내는 대신, 의사가 환자의 바이오마커 수치를 매일 또는 매주 모니터링해 약물 효능을 평가할 수 있게 함으로써 개인맞춤 치료 선택지의 발전에도 도움이 될 수 있다.

현재 대부분의 바이오마커 검사는 미세한 분자 신호를 키우기 위해 화학적 증폭을 필요로 하며, 이로 인해 시간과 복잡성, 비용이 추가된다. 연구진은 이러한 추가 단계를 없애는 직접 검출 전략을 만들고자 했다. 이 시스템은 입사광이 파장의 절반을 지닌 빛으로 변환되는 비선형 광학 현상인 SHG에 의존한다. 이 설계에서 SHG는 이황화몰리브덴(molybdenum disulfide, MoS₂)이라 불리는 2차원 반도체 표면에서 일어난다.

감지 구성요소를 정밀하게 배치하기 위해 연구팀은 DNA 사면체를 제작했다. 이는 전적으로 DNA로 형성된 작은 피라미드형 나노구조다. 이러한 구조는 양자점을 MoS₂ 표면으로부터 정밀하게 제어된 거리에 유지한다. 양자점은 국소 광학장을 강화하고 SHG 신호를 증폭한다. 이어 특정 바이오마커를 인식하도록 CRISPR-Cas 유전자 편집 기술이 통합됐다. Cas12a 단백질이 표적을 감지하면 양자점을 고정하고 있는 DNA 가닥을 절단한다. 이 작용은 SHG 신호의 측정 가능한 감소를 유발한다. SHG는 배경 잡음이 매우 적기 때문에, 이 시스템은 극히 낮은 바이오마커 농도도 높은 민감도로 검출할 수 있다.

실제 환경에서의 성능을 평가하기 위해 연구진은 폐암과 연관된 microRNA 바이오마커인 miR-21에 초점을 맞췄다. 장치가 통제된 완충용액에서 miR-21을 검출할 수 있음을 확인한 뒤, 실제 혈액검사를 모사하기 위해 폐암 환자의 인간 혈청을 이용해 시험했다. 이 센서는 매우 뛰어난 성능을 보였으며, 이는 광학, 나노물질, 생물학의 통합이 장치 최적화를 위한 효과적인 전략이 될 수 있음을 보여준다. 센서는 특이도 또한 높아, 유사한 다른 RNA 가닥은 무시하고 폐암 표적만 검출했다.

과학자들은 또한 혈액 속 미세한 DNA 조각을 찾는 다중암 조기검출 검사(multi-cancer early detection tests, MCEDs)를 개발하고 있다. MCED는 순환 종양 DNA(circulating tumour DNA, ctDNA), 즉 암성 또는 전암성 세포가 혈류로 방출하는 DNA 조각을 찾는 방식으로 작동한다. 매우 초기의 암도 이 DNA를 방출하기 때문에, 이 검사는 질환이 스캔에 나타나기 훨씬 전에 이를 검출할 수 있을지 모른다.

MCED는 조기 발견을 통해 생존율을 높일 수 있으며, 특히 대장암에서 그러하다. 의사가 대장암을 1기에 진단하면 환자의 92%가 5년 생존한다. 그러나 4기에 발견하면 그만큼 오래 생존하는 환자는 18%에 불과하다. 다만 이 검사들은 완벽하지 않다. 일부 암은 아예 놓치며, 양성 결과가 나오더라도 확인을 위한 후속 검사가 여전히 필요하다. 그럼에도 연구에 따르면 MCED는 보통 훨씬 늦게까지 눈에 띄지 않는 암을 포착하는 데 핵심적 도구가 될 수 있다.

연구자들은 암이 분명해지기 훨씬 전에 나타나는 미묘한 조기 경고 신호를 추적하고 있다. 여기에는 세포 안에 조용히 축적되며 면역 방어에 맞서는 데 유리함을 주는 유전적 돌연변이가 포함된다. 또한 점이나 용종 같은 전암성 병변, 그리고 조직의 초기 가시적 변화도 살펴보고 있다.

대규모 유전 연구는 사람이 나이를 먹을수록 몸 안에 클론(clone)이라 불리는 돌연변이 세포의 작은 집단이 축적되며 조용히 증식한다는 사실을 보여준다. 과학자들은 이를 특히 혈액에서 잘 연구해 왔다. 이러한 클론은 누가 백혈병 같은 혈액암에 걸릴 가능성이 있는지 예측하는 데 도움을 줄 수 있으며, 유전학, 염증, 환경 요인이 이들에 강하게 영향을 미친다. 중요한 점은 의사들이 이런 변화를 시간에 따라 측정하고 추적할 수 있다는 것이다. 이는 조기 개입의 가능성을 연다.

16년에 걸친 한 연구는 약 7,000명의 여성을 추적 관찰하며 이러한 돌연변이가 어떻게 작동하는지 밝혀냈다. 일부 돌연변이는 클론이 더 빠르게 증식하도록 도왔고, 다른 돌연변이는 이들을 염증에 특히 민감하게 만들었다. 염증이 있을 때 이러한 민감한 클론은 확장됐다. 이런 패턴을 해부하면 연구자들은 이후 암이 발생할 가능성이 더 높은 사람들을 식별하는 데 도움을 받을 수 있다.

이 연구는 암에 관한 근본적인 사실을 드러낸다. 암은 갑자기 발생해 즉시 종양을 만드는 사건이 아니다. 대신 암은 그 과정 곳곳에 검출 가능한 경고 신호를 남기며, 느리고 다단계적인 과정을 통해 발생한다. 이러한 초기 신호는 암이 시작되기 전에 이를 막기 위한 강력한 표적이 될 수 있다.

암 연구자들은 유전적 돌연변이, 환경 요인, MCED 결과를 결합해 조기 암 예방을 이끄는 방안을 구상하고 있다. 그러나 암은 중요한 면에서 심장질환과 다르다. 암은 예측 가능한 경로를 따르지 않으며, 일부 초기 병변은 줄어들거나 결코 진행하지 않는다. 과잉진단의 위험도 있다. 완전히 건강하다고 느끼는 상황에서 자신이 고위험군이라는 말을 듣는 일은 불안을 낳는다.

MCED 검사는 그 자체의 윤리적 우려도 가져온다. 중요한 것은 정확성만이 아니다. 이 검사들은 실제로 암이 없는데도 때때로 암을 시사해, 환자에게 실제로 필요하지 않은 후속 스캔과 생검으로 이어진다. 이 모든 것에서 비롯되는 불안은 환자와 의료체계 모두에 높은 비용을 안긴다. 이런 검사가 비싸거나 민간에서만 이용 가능하다면 건강 불평등을 악화시킬 수 있다. 이러한 우려는 저소득 국가에서 가장 크게 나타난다.

미국에서는 의약품 규제 당국이 MCED 혈액검사가 어떤 방식으로 작동해야 하는지 검토하고 있다. 당국은 검사가 얼마나 신뢰할 수 있어야 하는지, 그리고 환자 안전을 지키기 위해 의사들이 어떤 후속 조치를 요구해야 하는지를 살펴보고 있다. 영국도 이에 뒤따르고 있다. 2026년 2월 4일 발표된 잉글랜드 국가 암 계획(National Cancer Plan for England)은 NHS를 통해 950만 건의 추가 진단 검사를 제공하겠다고 약속했다.

CRISPR 센서의 다음 목표는 광학 시스템을 소형화하는 것이다. 연구진은 병상, 외래 클리닉, 또는 의료 자원이 제한된 원격 지역에서 사용할 수 있는 휴대형 버전을 개발하는 것을 목표로 하고 있다.