결핵 진단의 진보: 휴대용 검사기, 초민감 DNA 검출, 신속 내성 검사 키트

결핵 진단 분야의 세 가지 최신 발전은 전통적으로 검사가 어렵거나 불가능했던 환경에서도 이 질환을 더 빠르고 정확하게 감지할 수 있는 능력을 한층 끌어올리고 있다.

*뉴잉글랜드 저널 오브 메디신(New England Journal of Medicine)*에 발표된 연구에 따르면, MiniDock MTB라는 휴대용 장치가 객담 검체나 간단한 혀 면봉 검체를 사용해 30분 이내에 실험실 수준의 결과를 제공한다. UC 샌프란시스코, UC 어바인, 그리고 우간다의 마케레레 대학교 보건과학대학 연구진은 아프리카와 아시아 7개국에서 약 1,400명의 환자를 등록했다. 이 검사법은 세계보건기구(WHO)의 정확도 목표를 충족했으며, 의료 종사자들이 인쇄된 설명서만으로도 절차를 학습할 수 있을 정도로 사용이 간편한 것으로 입증되었다. 이 장치는 배터리로 작동하며 가격은 약 300달러이고, 검사당 비용은 3~4달러이다. 분자 기술을 사용하여 결핵균(Mycobacterium tuberculosis)의 DNA를 검출한다. 객담을 배출하지 못하는 소아, 노인, HIV 감염인에게 혀 면봉 검체 옵션은 획기적인 변화를 의미한다. 지난 3월, 세계보건기구(WHO)는 현장 검사(POC)에 준하는 핵산 증폭 검사에 대한 첫 공식 권고를 발표했으며, 혀 면봉 검체 및 객담 풀링(pooling) 전략에 대한 지침도 함께 제시했다. 이 검사법은 확립된 감염 환자에게서 가장 우수한 성능을 보이며, 세균 부하가 낮은 초기 사례는 놓칠 수 있다. 또한 일반 결핵과 약제 내성 균주를 구별할 수 없어 치료 방향을 결정하기 위해서는 후속 검사가 여전히 필요하다.

별도로, 찬디가르흐의 대학원 의학 교육 연구소(Postgraduate Institute of Medical Education and Research), 뉴델리의 국립 결핵 및 호흡기 질환 연구소(National Institute of Tuberculosis and Respiratory Diseases) 등 소속 연구진은 다제내성 결핵 검사에 소요되는 시간을 획기적으로 단축시키는 Quick DNA 키트를 개발했다. 이 진단 혁신의 핵심에는 Trans-Filter라는 막이 있다. 이 막은 결핵균을 걸러내고 위험한 생물학적 검체를 안전하게 운송 가능한 데이터로 전환하도록 설계되었다. 연구진은 새로운 시스템을 테스트하기 위해 1,800명 이상의 환자를 선별했다. 이 과정은 환자의 객담 검체를 액화시켜 Trans-Filter 장치에 통과시키는 것으로 시작된다. 필터는 멸균 및 건조되어 세균 DNA를 필터 종이에 고정시킨다. 테스트 과정에서 이 막은 세균 DNA가 보존된 상태로 최대 4주 동안 50°C(122°F)의 고온에서 보관되었다. 필터가 중앙 실험실에 도착하면, Quick DNA 키트는 열분해(heat lysis) — 필터를 80°C의 완충 용액에서 5분간 가열 — 를 사용하여 세균 DNA를 방출시키고, 이후 Line Probe Assay를 통해 리팜피신 또는 이소니아지드와 같은 항생제에 대한 내성을 나타내는 돌연변이를 분석한다. 이 키트는 약 1시간이 소요되는 7단계의 DNA 추출 과정을 단 5분 만에 완료되는 단일 단계로 단축시킨다. 이 연구는 주로 세균 농도가 높은 도말 양성 검체에 초점을 맞추었다. 도말 음성 환자에 대한 민감도를 확인하기 위해서는 추가 연구가 필요할 수 있다. 특정 유전자인 inhA와 관련된 소규모 검체군에서는 민감도가 낮게 나타났다.

세 번째 연구 분야에서는 고민감도 분자 검사법이 미국 내 입원 환자들 사이에서 놀라운 비율로 결핵균(Mycobacterium tuberculosis) DNA를 검출했다고 *네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)*에 발표된 연구 결과가 밝혔다. 표준 진단 도구의 한계 이하 수준의 결핵도 감지할 수 있는 초민감 검사법을 사용하여, 보스턴 대학교 연구진이 주도한 팀은 2013년 5월부터 9월까지 보스턴의 두 병원에서 수집된 146개의 익명화된 호흡기 검체 세트와 2014년 5월부터 7월까지 수집된 50개의 대조 검체를 테스트했다. 또한 2014년 2월부터 6월까지 수집된 101개의 검체를 대상으로 종적 임상 연구(Longitudinal clinical study)도 수행했다. TOP(Totally Optimized PCR) TB 검사법은 첫 번째 검체 세트에서 12.3%의 결핵 DNA를 검출했으며, 대조 검체에서는 2%가 검출되었다. 후속 코호트에서는 15.8%의 검체가 양성으로 나타났다. 12%에서 16%의 발생률은 보스턴의 낮은 결핵 발생률을 고려할 때 예상치를 훨씬 웃도는 수치이다. 결핵 DNA 양성 판정을 받은 환자의 75%는 50세 이상이었으며, 이는 결핵이 노년층에서 더 흔한 미국의 패턴과 일치한다. 4명의 젊은 환자가 양성 판정을 받았으며, 이 중 3명은 겸상적혈구병의 생명을 위협하는 합병증인 급성 흉부 증후군(acute chest syndrome) 진단을 함께 받았다. 연구진은 이 결과가 기존 검사로는 검출이 불가능할 정도로 세균 수준이 낮은 '소균성 결핵(paucibacillary TB disease)'이라는 이전에 인식되지 않았던 결핵 형태를 가리킬 수 있다고 가설을 세웠다. 이 발견은 진단된 사례가 보이는 빙산의 일각에 불과하고 더 많은 사례가 숨겨져 있다는 '빙산 원리(iceberg principle)'의 증거일 수 있다. 연구진은 이 결과가 더 큰 규모의 전향적 연구를 통해 확인되어야 한다고 언급했다.