접수번호접수번호접수번호접수번호 N0005 N0005 N0005 N0005

탐방보고서

팀원팀원팀원팀원 인적인적인적인적 사항사항사항사항

최최최최 정정정정 원원원원 가톨릭대학교 의학과 2학년

곽곽곽곽 현현현현 정정정정 가톨릭대학교 의학과 2학년

전전전전 재재재재 섭섭섭섭 가톨릭대학교 의학과 2학년

최최최최 호호호호 준준준준 가톨릭대학교 의학과 2학년

지도교수님지도교수님지도교수님지도교수님 인적인적인적인적 사항사항사항사항

성 명 : 남석우 교수님

학 교 : 가톨릭대학교

학 과 : 병리학교실

2

차차차차 례례례례

I. 탐방 목적

II. 탐방 테마 소개

III. 국내 탐방 활동 보고

IV. 탐방일정 및 탐방 기관 소개

V. 탐방 활동 내용

VI. 탐방 결과 정리 및 향후 활용 방안

I. 탐방 목적

현재 국내 사망률 1위를 달리고 있는 암은 이제까지의 많은 투자와 노

력에도 불구하고 정복되지 못하고 있다. 이제까지 암의 발생기전에 대해

서 많은 것이 알려졌고, 임상적 치료에도 많은 발전이 있었음에도 불구하

고 사망률이 크게 낮아지지 않는다는 것은 접근방법을 바꿀 필요가 있다

는 것을 시사한다. 따라서 현재 세계 암 연구의 추세는 조기 진단에 초점

이 맞추어져 있으며, 그것을 위해 세계적으로 경쟁적으로 획기적인 바이

오마커 개발에 힘을 기울이고 있다.

우리는 이번 탐방을 통하여 암의 조기진단 방법에 이용될 수 있는

바이오마커의 가능성을 알아보고 그것이 국내에 어떻게 적용될 수

있는지 알아 보고자 하였다.

우리 팀의 목적은 다음 세가지이다.

1.1.1.1.국내에서는국내에서는국내에서는국내에서는 미흡한미흡한미흡한미흡한, , , , 암암암암 조기진단을조기진단을조기진단을조기진단을 위한위한위한위한 새로운새로운새로운새로운 바이오마커의바이오마커의바이오마커의바이오마커의

필요성을필요성을필요성을필요성을 알아본다알아본다알아본다알아본다. . . .

2.2.2.2.미국의미국의미국의미국의 세계적인세계적인세계적인세계적인 암암암암 연구기관을연구기관을연구기관을연구기관을 방문하여방문하여방문하여방문하여 바이오마커바이오마커바이오마커바이오마커 개발이개발이개발이개발이 어떻게어떻게어떻게어떻게

이루어지고이루어지고이루어지고이루어지고 있는지있는지있는지있는지 파악하고파악하고파악하고파악하고, , , , 아직아직아직아직 국내에는국내에는국내에는국내에는 이루어지지이루어지지이루어지지이루어지지 않은않은않은않은 새로운새로운새로운새로운

기술들을기술들을기술들을기술들을 직접직접직접직접 접해본다접해본다접해본다접해본다. . . .

3.3.3.3.해외해외해외해외 탐방을탐방을탐방을탐방을 통해통해통해통해 얻은얻은얻은얻은 결과를결과를결과를결과를 바탕으로바탕으로바탕으로바탕으로 차세대차세대차세대차세대 암암암암 조기진단법으로조기진단법으로조기진단법으로조기진단법으로

이용될이용될이용될이용될 바이오마커바이오마커바이오마커바이오마커 모델을모델을모델을모델을 제시한다제시한다제시한다제시한다.

3

II. 탐방 테마 소개

II.1. 바이오마커란

생명체 내부에서 외부적인 영향으로 인해 유발된 변화를 알아낼 수

있는 지표를 가리킨다. 주로 의료 분야와 환경 감시 분야에서 많이

쓰이는 용어로 최근 암, 뇌졸중, 치매 등 각종 난치병을 진단하기 위한

바이오마커 연구개발이 세계적으로 활발해지면서 주목을 받고 있다.

특히 암질환 분야에서의 바이오마커에는 특정 암에 대한 징후를 미리

포착하는 데 사용하는 지표단백질이 해당된다. 바이오마커는

외견상으로는 뚜렷한 변화를 발견하지 못할 정도의 미세한 변화도

측정해 낼 수 있어 질병에 대한 조기 진단에 활용된다.

II.2. 우리는 왜 암을 선택하였는가 – 부동의 사망률 1위, 암

인류는 역사상 수많은 질병들과 싸워오며 그것을 정복하기 위해

부단히 노력하여 왔다. 현대 의학이 발달하기 전에는 페스트, 천연두,

유행성 독감 등 미생물에 의한 감염 질환이 주요 사망 원인이었다.

이후에, 항생제가 개발되고 현대 의학이 발달하면서 감염성 질환에 의한

사망을 크게 낮추게 되었고 그 결과 수명이 크게 연장되었다. 그러나

그와 함께 감염병이 아닌 새로운 모습의 질병들이 인류를 위협하게

되었고, 그들 중 암이라는 질병은 21 세기를 사는 현대 인류에게 가장

중대한 건강상의 위협이 되고 있다.

암이 무서운 질병이라는 것은 누구나 아는 사실이다. 실제로 암은

1983 년 국내에서 사망원인 1 위가 된 이후 그로 인한 사망률이 매년

증가하고 있으며 현재 전세계 사망원인의 2 위를 차지 하고 있다.

한국인의 암 발병 현황을 보면, 국민 5 명 당 2 명에게서 평생 동안

암이 발병하게 되고, 전체 국민 4 명 중 1 명 꼴로 암으로 사망하게 된다.

2002 년에는 전체 사망원인의 약 25.6%인 6 만 3 천여명이 암으로

4

사망하였다1. 이 통계는 교통사고로 인한 사망의 6 배가 넘는 수치이며,

각각 사망원인 2 위와 3 위인 뇌혈관 질환과 심혈관 질환에 의한 사망자

수를 합한 것보다 많은 수치이다.

따라서 현재 암을 정복하는 것이 전세계 의학계의 가장 큰 목표 중 하

나이며, 그것을 이루기 위해 전세계적으로 방대한 인력과 자본이 투자되

고 있다. 미국의 National Cancer Institute2-우리의 탐방 기관 중 하나-에

서는 2015년까지 암을 정복하겠다는 목표를 세운 이래로, 이전보다 더

활발한 지원과 연구가 이루어지고 있다. 그 결과 미국에서는 1993-2002

년 동안 전체 암 사망률이 매년 1.1%씩 감소하고 있으며, 그 기간동안

남성 상위 15가지 암 중 12가지 암이, 여성 상위 15가지 암 중 9가지 암

에 의한 사망률이 유의하게 감소하였다고 한다3.

그러나그러나그러나그러나 우리나라의우리나라의우리나라의우리나라의 현실은현실은현실은현실은 ? ? ? ?

미국의 경우와는 달리 국내의 현실은 그리 긍정적이지가 못하다.

미국보다 사망률이 높았던 위암에 의한 사망률이 조금 줄어들었을 뿐,

폐암, 대장암 등 주요 암에 의한 사망률은 계속 증가하고 있으며, 전체

암에 의한 사망률도 여전히 증가하는 추세이다.

1 통계청. 2002 년 사망원인 통계연보. 서울:통계청, 2003

2 홈페이지 www.cancer.gov

3 "Annual Report to the Nation on the Status of Cancer, 1975-2002," published in the Oct. 5, 2005,

issue of the Journal of the National Cancer Institute

5

우리팀은 이 암을 정복하는 것이 현재 우리나라의 의학에 있어서 가장

시급한 문제라는 것을 인식하고 탐방 주제로 선정하게 되었다.

II.3. 왜 조기 진단에 초점을 맞추었는가

암에 이어 국내 사망원인 2 위와 3 위를 차지하고 있는 뇌혈관 및

심혈관 질환은 여러 위험 인자(ex 고지혈증, 고혈압, 당뇨병, 흡연) 등을

조절할 수 있으며, 여러 치료 약제의 개발로 인해 사망률이 계속해서

감소하고 있다.

그렇다면 왜 암은 사망률이 좀처럼 줄지 않고 있는 것일까? 오래

전부터 암은 전세계적으로 주요한 사망원인이었다. 그 때문에 지금껏

방대한 재원이 투자되었고, 많은 연구가 진행되어 왔다. 그 결과 암의

기원과 발생 매커니즘에 관하여 많은 부분들이 알려졌고, 그럴 때마다

세계 의학계는 암의 정복에 대한 기대감을 감추지 않았다. 그러나,

그러한 물질적, 시간적 투자에도 불구하고 암의 발병과 사망률은 좀처럼

줄어들지 않고 있다. 이것은, 접근 방법을 조금 바꿀 필요가 있다는 것을

시사해 준다. 바로 새로운 조기 진단 법의 개발이다.

암의 치료에는 분명 한계가 있다. 왜냐하면 암은 발생기전 상 수많은

유전적 이상이 축적되어 온 결과이기 때문에 완치되기란 거의

불가능하며, 여러 장기로 전이하는 특성 때문에 병변을 모두 제거하는 것

또한 쉽지가 않기 때문이다. 그 동안의 연구 성과가 임상적으로 크게

기여하지 못한 것도 그것에 기인한 바가 크다.

따라서 이제 조기 진단에 초점을 맞추어야 하며 실제로 조기 진단이

암의 생존율을 높인다는 사실은 많은 통계 자료가 보여주고 있다. 아래

그래프는 암이 국소적으로 머물러 있을 때 진단될 경우, 5 년 생존율4이

크게 높아졌다는 사실을 보여주고 있다.

4 5 년 생존율 : 전체 진단 환자 중, 진단 시점 기준으로 5 년 후 생존하고 있는 환자의 비율

6

79%79%79%79%

49%49%49%49%

97%97%97%97%

64%64%64%64%

16%16%16%16%

90%90%90%90%

0%0%0%0%

20%20%20%20%

40%40%40%40%

60%60%60%60%

80%80%80%80%

100%100%100%100%

120%120%120%120%

대장암대장암대장암대장암 폐암폐암폐암폐암 유방암유방암유방암유방암

5555년 생존율년 생존율년 생존율년 생존율 조기진단시 조기진단시 조기진단시 조기진단시 5555년 생존율년 생존율년 생존율년 생존율

출처 : 각주5

위 자료는 1990-1999 년 동안 미국 내 진단된 환자를 기준으로 한

것이며, 병의 단계를 정할 수 없는 국소(in situ) 병변은 제외된 것이다.

그렇게 제외된 환자까지 포함한다면 국소 내 머물러 있을 때의 5 년

생존율은 제시된 자료보다 더 높을 것으로 추측된다.

그리고 조기 진단을 통해 암 사망률을 크게 낮춘 실제 사례가 있어

소개하고자 한다.

자궁경부암의자궁경부암의자궁경부암의자궁경부암의 조기조기조기조기 진단진단진단진단 성공성공성공성공 사례사례사례사례

20 세기 초만 해도 자궁경부암은 여성에 있어서

사망율이 가장 높은 암 중 하나 였다. 그러나

20세기 중반, pap smear 라는 조기진단법이 개

발되고 널리 사용되었다, 그 결과 1950년 이후

자궁경부암의 유병율 과 사망률이 70%나 감소

하게 되었다6. 반면 현재에도 pap smear라는

조기 진단법이 널리 사용되지 않는 국가에서는

여전히 자궁경부암에 의한 사망이 전체 사망률

의 큰 비중을 차지하는 것으로 나타나고 있다.

5 National Cancer Institute. Surveillance Epidermiology and End Results Program [Online], (cited

19 Nov 2002), <http://seer.cancer.gov/> (2002)

6 Devesa, Silverman, Young, et al. J. Natl. Cancer Inst. 79:701-770, 1987

자궁 경부암 사망률 (1955-1985)

01

2345

678

910

1955 1965 1975 1985

명/1

0만

7

II.4. 기존 암 검진 방법의 문제점

ㄱㄱㄱㄱ. . . . 진단시기진단시기진단시기진단시기

지난 수십년간 암 연구에 있어서 인류가 알아낸 가장 중요한 사실은,

암은 곧 유전적인 결함으로 발생한다는 것이다. 즉, 어느 날 갑자기

발생하는 것이 아니라, 수년 동안의 오랜 기간에 걸쳐 여러 유전자들의

돌연변이가 축적된 결과로서 암이 발생한다는 것이다. 아래 그림은

단계적으로 암이 발생한다는 것을 나타낸 그림이다.

현재 암 진단의 많은 부분을 차지하고 있는 영상학적인 진단의 경우,

기존의 X 선, CT, MRI 촬영 등은 종양 지름이 1cm 이상, 무게 1g 이상이

되어야 알 수 있다. 그러나 이때는 암세포 수가 이미 10 억 개가 넘은

상태로서, 이미 적절한 치료 시기를 지나친 경우가 많다. 그리고 비교적

최근에 개발되어, 현재 대형 병원에서 유행처럼 널리 보급되고 있는

PET-CT 의 경우에도, 기존 영상학적 방법보다 더 작은 암까지 발견할 수

있다고 하나, 실제 발견율은 서론에 소개하였다시피 그리 높지 않다고

한다. 게다가 이러한 영상학적 진단의 경우, 검사비가 비싸고 방사선을

쪼여야 하기 때문에 특별한 증상이 없는 다량의 환자들을 대상으로

정기적으로 스크리닝하기에는 적절하지 못하다.

8

소화기계 암의 진단에 이용되는 내시경 검사 역시 어느 정도 암세포가

증식하고 나야 발견할 수 있기 때문에 위의 영상학적 진단과 함께 조기

진단으로는 의미가 없다고 할 수 있다.

기존기존기존기존 검사방식검사방식검사방식검사방식

(CT/MRI/(CT/MRI/(CT/MRI/(CT/MRI/내시경내시경내시경내시경 등등등등)))) 환자환자환자환자 상태상태상태상태

말기암 진단가능진단가능진단가능진단가능

1kg이상의 암세포덩어리. 거의 모든 환자

가 몸 전체에 암이 퍼진 상태. 치료율이

너무 낮아서 치료자체를 포기하기도 함

진행암 진단가능진단가능진단가능진단가능

10억개(1g)이상의 암세포. 이 단계의 환

자 중 70%정도는 이미 암이 온 몸에 퍼

진 상태. 이 때가 되야 CT/MRI 진단 이

가능함

조기암 진단가능진단가능진단가능진단가능

악성세포 출현. 암 덩어리 직경이

0.5cm이상으로 커짐. 내시경 검사가능

하나, 소화기 내시경으로 발견 어려움

암잠복단계 진단불가능진단불가능진단불가능진단불가능

잠복암세포. 암 세포수가 10만개를 넘어

서면서 신체방어기능만으로는 암 발생억

제가 불가능해 짐

암유발단계 진단불가능진단불가능진단불가능진단불가능

세포형태는 정상이나 발암물질에 노출된

상태 (바이러스, 호르몬, 전자파, 자외

선, 방사선, 담배 등)

새로운새로운새로운새로운 바이오마커를바이오마커를바이오마커를바이오마커를 이용해서이용해서이용해서이용해서 이이이이 단계에서도단계에서도단계에서도단계에서도 진단이진단이진단이진단이 가능하게가능하게가능하게가능하게

한다한다한다한다!!!!!!!!!!!!

ㄴㄴㄴㄴ. . . . 정확성정확성정확성정확성 –––– 정밀성정밀성정밀성정밀성(Sensitivity)(Sensitivity)(Sensitivity)(Sensitivity)과과과과 특이성특이성특이성특이성(Specificity) (Specificity) (Specificity) (Specificity)

영상학적 진단 이외에 암 진단에

활용되고 있는 방법으로 혈청학적

진단이 있다. 즉, 유전적인 변이에

의해 단백질의 발현에 이상이 생기고,

이것은 혈액이나 소변의 특정 물질의

증가 또는 감소로 나타나기 마련이다.

'Water, water, everywhere,

Nor any drop to drink.....'

S. Coleridge, Rime of the

Ancient Mariner, 1798

바이오마커는 많은데 쓸만한 게

없구나...

9

이렇게 변화를 보이는 물질을 통칭하여 바이오마커라고 한다. 이것을

통한 진단은 비교적 손쉽고 비침습적이라, 현재 연구가 활발히 진행 중에

있으며 수많은 새로운 바이오마커들이 소개되고 있다. 그러나, 이들 중

실제 임상에서 진단을 목적으로 사용되는 바이오마커는, 각각 난소암,

전립선 암, 그리고 간암의 진단에 제한적으로 이용되는 CA-125, PSA,

AFP 정도 뿐이다. 이렇게 수많은 바이오마커들이 임상에 적용되지

못하는 이유는 바로 정밀성과 특이성에 있다.

정밀성과 특이성이 떨어지는 검진일 경우, 위양성(false-positive)7 또는

위음성(false-negative)8의 빈도가 커지게 된다. 위양성(false-positive)의

경우는 불필요한 검사로 인한 물질적, 정신적 손해를 입게 되고,

위음성(false-negative)의 경우 치료 시기를 놓치게 될 뿐만 아니라 그

결과로 인해, 이후의 여러 건강 검진에 적극적으로 참여하지 않을

가능성이 존재하게 된다. 따라서, 정밀성과 특이성이 떨어지는 검진

방법은 오히려 좋지 않은 결과를 초래할 수 있다.

ㄷㄷㄷㄷ. . . . 간편성간편성간편성간편성 및및및및 안전성안전성안전성안전성

현재 암 검진 방법의 가장 큰 문제점은 고가의 정기건강검진이나

증상이 있어서 병원을 찾은 경우나 매우 번거롭고 복잡한 검사를 한다는

데에 있다. 우리가 방문했던 종합병원의 경우, 종합 암 진단을 위해서는

150 여만원의 비용이 든다고 한다. 그리고 현재 영상학적인 진단은

방사선 등 인체에 해로운 물질을 접해야 하며, 그 절차 또한 매우

번거롭다. 또한 내시경의 경우는 환자에게 매우 불쾌한 경험이며, 그

위험성 또한 무시할 수 없는 수준이다. 대장 내시경의 경우, 700 명 당

1 명 꼴로 천공(perforation)이 발생한다고 한다9.

앞서 언급하였듯 암은 오랜시간에 걸쳐서 단계적으로 진행되기 때문에

진행 초기에 진단이 이루어져야 한다. 따라서, 환자들로 하여금 암의

증상이 나타나지 않더라도 저렴하고 손쉽게 검사할 수 있어야한다는

것은 매우 중요한 일이다. 7 실제로는 문제가 없음에도 불구하고, 검진 결과가 질병(암)이 있다고 나타나는 일

8 실제로는 질병(암)이 있음에도 불구하고, 검진 결과 문제가 없다고 나타나는 일

9 Iqbal C.W., Chun Y.S., Farley D.R., Colonoscopic perforations: a retrospective review. J

Gastrointest Surg. 2005 Dec;9(9):1229-35: discussion 1236.

10

II.5. 새로운 바이오마커

지금까지의 문제점을 보완하기 위해 현재 각광을 받고 있는 것이 새로운

개념의 바이오마커이다. 이제까지의 바이오마커는 앞에서 언급한 바와

같이 정밀성과 특이성 면에서 완전하지 못하다는 한계점이 있다. 그러나,

현재 post-genomic 시대를 맞아서 ‘-omics' 개념 즉, DNA, RNA,

단백질 ’전체‘를 대상으로 접근한다면, 기존처럼 하나의 물질로 진단하는

것보다 훨씬 더 많은 정보가 신뢰성을 확보할 수 있을 것이다. 그리고

혈액, 소변 또는 타액과 같이 쉽게 얻을 수 있는 체액으로 검진할 수

있다면, 침습적이거나 위험하지 않을뿐더러 생활 속에서 쉽게 실행이

가능하여, 증상이 없는 사람도 손쉽게 할 수 있을 것이다.

Human GenomeProject

암의 조기진단

mRNA expression profile

Bioinformatics

새로운 Biomarker Chip 개발

이러한 ‘omics'를 이용한 새로운 기술은 휴먼 게놈 프로젝트의 완성과,

microarray 등의 기술을 통한 암의 여러 단계의 mRNA profile 데이터의

축적, 그리고 그 방대한 양을 처리하기 위한

'생물정보학(bioinformatics)'의 발달이 전제되어 있었기 때문에 가능한

일이다. 따라서 ‘omics'를 이용한 새로운 바이오마커를 개발하는 데에는

연구자들 간의 정보교류와 기술 협력이 매우 중요할 수 밖에 없다. 이

분야를 선도하고 있는 미국의 National Cancer Institute (NCI) 에서는

Early Detection Research Network (EDRN)를 구성하여, 개별 연구실의

정보들을 통합하고 바이오마커의 임상 적용에 힘을 쓰고 있었다.

그리고 미국 암 학회에서도 유사한 네트워크를 구성하여 바이오마커

11

진단 기준을 마련하고 있다고 한다10. 이러한 노력들 가운데 현재 미국을

비롯한 선진국에서는 암 조기 진단을 위해 다음과 같은 기술들이

연구되고 있었다.

ㄱㄱㄱㄱ. Tissue Microarray . Tissue Microarray . Tissue Microarray . Tissue Microarray

출처 : 각주11

이 기술은 우선 마이크로어레이라고 하는 기술을 통해 후보

바이오마커를 찾는 것이 선행되어야 한다. 특정 암에 대한 후보

바이오마커가 확인되면, 그것에 대한 항체로 칩을 만들게 된다. 이 칩에

환자의 혈액이나 소변을 가해주게 되면, 환자 내에 있는 바이오마커

유무에 따라 색깔 변화가 나타나게 될 것이고, 이를 통해 환자의 암 진행

상태를 확인할 수가 있다. 이를 보다 많은 환자를 대상으로 훨씬 덜

침습적이고 수월하게 암을 진단할 수 있게 된다.

10

R.A., Cokkinides, V., and Eyre, H.J. (2005). American Cancer Society Guidelines for the Early

Detection of Cancer, 2005. CA Cancer J Clin 55, 31-44; quiz 55-36.

11 Joseph A.Ludwig, John N.Weinstein, Biomarkers in Cancer Staging, Prognosis and Treatment

Selection, doi:10.1038/nrc1739, Published online 20 Oct 2005

12

ㄴㄴㄴㄴ. Serum peptidome. Serum peptidome. Serum peptidome. Serum peptidome12121212

이 방법은 종양세포에서 특정한 단백질 또는 펩타이드 13 가 혈류로

분비된다는 가정에서 출발한다. 즉, 아래 그림처럼 종양세포에서

특이하게 만들어지는 단백질이 여러 가지 효소에 의해 분해가 되고

이것이 혈류로 나가게 되고 우리는 혈액을 통해서 분비되는 단백질 또는

펩타이드의 패턴을 알아낼 수 있다.

출처 :

각주14

단백질의 패턴은 다음과 같이 분석이 가능하다. 먼저 환자의 혈액을

다양한 항체가 비드(bead)에 의해 고정되어 있는 flow-through

microwell 에 통과시킨다. 항체와 결합하여 microwell 을 통과하지 못한

단백질을 MALDI-TOF 로 분석하게 되면 대상 단백질의 상대적인 양을 알

수 있고, 이를 통해 정상과 다른, 암에서의 특이 패턴을 확인할 수 있다.

12

peptide 의 전체라는 의미. '-ome'라는 접미사는 ‘전체’라는 의미로 통한다. 예: genome

13 단백질의 기본단위인 아미노산의 배열을 말하며 단백질의 한단계 아래 단위의 구조라고 할 수 있다.

14 Villanueva J, et al. Differential exoprotease activities confer tumor-specific serum peptidome

patterns. J. Clin. Invest. 2006;116:271-284. doi:10.1172/JCI26022

13

출처:각주15

ㄷㄷㄷㄷ. Secretome . Secretome . Secretome . Secretome

Secretome 이라는 단어는 genome,

transcriptome, proteome 등에 이어 새롭게

등장한 단어이다. 오른쪽 그림처럼 특정

상태의 조직에서 분비되는 모든 물질들을

통틀어 말하기도 하고16, 세포 외로 분비될

신호 서열을 보유한 유전자 전부를

일컫기도 한다.

Secretome 을 이용한 검진 방법은 암

단계에 따른 mRNA 발현 패턴 데이터가

전제되어 있어야 가능하다. 이 정보는 앞서

언급하였다시피 현재까지 세계적으로

microarray 등을 이용하여 많은 데이터가

15

Lance A. Liotta, Emanuel F. Petricoin, Serum peptidome for cancer detection :spinning biologic

trash into diagnostic gold, 2006. J. Clin. Invest. 116:26-30. doi:10.1172/JCI27467

16 Dov Greenbaum, Nicholas M. Luscombe, Ronald Jansen, Jiang Qian, Mark Gerstein, Interrelating

Different Types of Genomic Data, from Proteome to Secretome :'Oming in on Function, 2001.

Genome Res. 11:1463-1468 doi:10.1101/gr.207401

14

축적되었다. 이 때 발현 패턴의 변화를 보이는 유전자를 게놈 레벨로

역추적하여 서열을 알고, 이들 중 세포 외로 분비될 신호 서열을 보유한

유전자 전부 - 이들의 기능은 굳이 알 필요는 없다 -에 해당하는

단백질을 파악한다. 그리고 이 단백질들이 세포 외로 분비가 되며 혈액

속에 나타날 것이라고 가정하고, 그들에 대한 항체로 제작된 칩을

제작하게 된다. 이렇게 된다면 환자 또는 증상이 없는 일반인들의 간편한

혈액 검사 한번으로도 각종 암을 조기에 발견할 수 있게 된다.

III. 국내 탐방 활동 보고

1) 1) 1) 1) 가톨릭대학교가톨릭대학교가톨릭대학교가톨릭대학교 의과대학의과대학의과대학의과대학 미세절제유전체학연구소미세절제유전체학연구소미세절제유전체학연구소미세절제유전체학연구소 ( ( ( (담당담당담당담당 남석우남석우남석우남석우 교수님교수님교수님교수님) ) ) )

••••기간기간기간기간 : 2005. 12. 26 ~ 2006. 2. 28 - 약 2 개월

••••탐방기관탐방기관탐방기관탐방기관:::: 가톨릭대학교 의과대학

미세절제유전체학연구소에는 국내 3 개 밖에 없다고 하는

microarray 칩 제작 장비가 설치되어 있으며, 조직 중에 정상조직을 배제한

종양조직만을 따로 분리하여 순수성을 높이는 미세절제 기술을 세계에서 처음으로

개발한 곳이다. 또한 암 조기진단을 위한 바이오마커 개발에 힘쓰고 있다.

••••탐방탐방탐방탐방 결과결과결과결과 : : : : 우리는 국내 최고 수준의 연구소에서 2 개월 간 체험함으로써 암의

조기진단과 바이오마커에 대해 많은 지식을 얻을 수 있었다. 그리고 현재 개발된

기술들과 국내의 현황에 대해서도 많은 것을 배울 수 있었다. 특히 연구소가 개최한

‘제 1 회 DNA 마이크로어레이 워크샵 (2006.1.6~2006.1.11)에 직접 참여하여,

15

바이오마커 개발에 기초가 되는 기술이라고 할 수 있는 cDNA 마이크로어레이 실험의

모든 단계를 직접 실험해 봄으로써, 이론적인 내용 뿐만 아니라 실제적인 부분에서도

많은 것을 얻을 수 있었다.

2) 2) 2) 2) 암암암암 연구와연구와연구와연구와 관련된관련된관련된관련된 학회학회학회학회 참석참석참석참석

①International Symposium on New Concepts in Cancer Research

••••주최주최주최주최 : : : : 가톨릭대학교 의과대학,

가톨릭대학교 대학원

••••일시일시일시일시 : : : : 2006 년 1 월 20 일

••••학회학회학회학회 설명설명설명설명:::: International Symposium on New

Concepts in Cancer Research 에서는 총 7 분의

세계적인 암 연구자들의 최신 암 연구 성과발표가

있었다.

••••연자연자연자연자 소개소개소개소개 : : : :

Sadhan Majumder (University of Texas, MD Anderson Cancer Center, USA)

Thea D. Tlsty (University of California, San Francisco, USA)

Sean Lee (National Institute Of Health,USA)

••••탐방탐방탐방탐방 결과결과결과결과:::: 강연을 들으면서 최근 연구는 암이 어떤 유전자에 의해 발병하는가에

초점을 맞추고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 이는 우리가 목표로 하는 새로운

바이오마커 개발이 유전자 수준에서 이루어져야 한다는 사실을 확인할 수 있었다.

②제 16 회 대한분자암연구학회 2006 Winter Conference

••••일시일시일시일시 : : : : 2006. 2. 24 ~ 2006. 2. 25

••••학학학학회회회회 설명설명설명설명 : : : : 대한 분자암연구학회는 국내의 암 연구자들이 매년 모여서 암 연구 성과에

대하여 발표하고 토론하는, 국내 최고 권위의 암 연구 학회이다. 이 연구 학회에서는

주로 암의 분자적인 수준에서의 변화와 그것이 암 조기진단을 위한 바이오마커에

어떻게 이용될 수 있을지에 대해 주로 발표하고 그것의 가능성에 대해서 논의한다.

••••연자연자연자연자 소개소개소개소개 : : : : 김주항 박사 (연세대학교 의과대학)

16

유영준 박사 (광주과학기술원 생명과학부)

이영익 박사 (한국생명공학 연구원)

이정용 박사 (가톨릭대학교 의과대학)

••••탐방탐방탐방탐방 결과결과결과결과 : : : : 올해 분자암연구학회에서는 원광대학교에서 개최되었으며, 10 여명의

연사분들이 이틀에 걸쳐서 다양한 내용의 암 관련 연구 성과들을 소개하는 시간을

가졌다. 그 중, 유영준 박사님께서 발표하신 ‘Peroxiredoxin-I as a Biomarker of Lung

Cancer’라는 제목의 발표에서는 Peroxiredoxin-I 라는 물질이 폐암의 바이오마커로

이용될 수 있을 것이라는 가능성을 제시하였다.

4) 4) 4) 4) 여의도성모병원여의도성모병원여의도성모병원여의도성모병원 병원병리과병원병리과병원병리과병원병리과 이연수이연수이연수이연수 교수님교수님교수님교수님

••••일시일시일시일시 : : : : 2006. 4. 11

••••탐방탐방탐방탐방 목적목적목적목적 : : : : 구체적으로 암진단을 위해 바이오마커가 얼마나

사용되고 있는지를 알기 위해, 실제 임상 현장에 계시는 교수님 한

분을 찾아뵈어 인터뷰를 하였다.

••••탐방탐방탐방탐방 결과결과결과결과 : : : : 현재 암의 진단은 CT, MRI 등의 영상학적 진단과

내시경 검사, 그리고 제한적으로 혈청학적 검사를 통해 이루어지고 있었다. 그리고

그러한 방법으로 암이 의심된다면 생검(biopsy)을 하게 되고 이를 병리학자가 조직

검사를 하여 암의 확진이 이루어지게 된다. 그러나, 이러한 현재의 방법들은 진단시기,

정확성, 절차 및 안전성 등 세 가지 측면에서 결정적인 문제점을 안고 있으며, 새로운

진단 방법은 이러한 문제점을 해결할 수 있는 것이어야 한다고 말씀하셨다. 그리고

그것을 위해 전세계적으로 수많은 연구자들이 연구에 매진하고 있으며, 현 의학계의

가장 큰 이슈 중 하나라는 말씀도 해 주셨다.

17

IV. 탐방 일정 및 탐방 기관 소개

IV.1. IV.1. IV.1. IV.1. 탐방탐방탐방탐방 일정일정일정일정

7777월월월월 22 22 22 22일일일일 인천 -> 시애틀

7777월월월월 24 24 24 24일일일일 Fred Hutchinson Cancer Research Center 탐방

7777월월월월 24 24 24 24일일일일 시애틀 -> 샌프란시스코

7777월월월월 25 25 25 25일일일일 UCSF 탐방

7777월월월월 27 27 27 27일일일일 샌프란시스코 -> 휴스턴

7777월월월월 28 28 28 28일일일일 MD Anderson Cancer Center 탐방

7777월월월월 29 29 29 29일일일일 휴스턴 -> 워싱턴 DC

8888월월월월 4 4 4 4일일일일 National Cancer Institute 탐방

IV.2. IV.2. IV.2. IV.2. 탐방탐방탐방탐방 기관기관기관기관 소개소개소개소개

1) 1) 1) 1) Fred Hutchinson Cancer Research CenterFred Hutchinson Cancer Research CenterFred Hutchinson Cancer Research CenterFred Hutchinson Cancer Research Center(FHCRC)(FHCRC)(FHCRC)(FHCRC)

••••위치위치위치위치 : : : : Seattle, WA

••••탐방일정탐방일정탐방일정탐방일정 : : : : 7월 24일(월)

••••홈페이지홈페이지홈페이지홈페이지 : : : : http://www.fhcrc.org/research/edi/

••••인터뷰인터뷰인터뷰인터뷰 : : : : Amanda Paulovich, MD PhD. / Phil Gafken PhD.

••••선정배경선정배경선정배경선정배경 : : : : Fred Hutchinson Cancer Research Center는 미국에서 암의

조기 진단에 있어서 가장 임상적으로 연구가 활발한 연구기관 중 하나

이다. 또한 그러한 연구를 임상에 적용시켜 암을 조기 진단하는 것에

있어서도 큰 성과를 거두고 있다. Fred Hutchinson Cancer Research

Center는 암의 조기 진단이 암을 극복하는 데에 있어서 가장 중요한 단

계라고 인식하고 이 분야를 중점적으로 연구하고 있는 것이다. 따라서

이 연구소의 연구활동과 그 방향이 우리의 탐방 목적과 잘 부합된다고

할 수 있다.

18

2) University of California, San Francisco2) University of California, San Francisco2) University of California, San Francisco2) University of California, San Francisco

••••위치위치위치위치 : : : : San Francisco, CA

••••탐방일정탐방일정탐방일정탐방일정 : : : : 7월 25일(화)

••••홈페이지홈페이지홈페이지홈페이지 : : : : http://www.ucsf.edu/

••••인터뷰인터뷰인터뷰인터뷰 : : : : Adam Carroll, PhD.

••••선정배경선정배경선정배경선정배경 : : : : UCSF는 캘리포니아대학교의 10개 캠퍼스 중 하나로, 10개 캠

퍼스 중 규모나 학생수는 가장 작지만, 2004년 영국의 타임스가 선정한

세계대학 순위에서 20위를 차지한, 작지만 알찬 대학교이다. 의학, 생물

학, 유전학 관련 대학으로만 구성되어 있으며, 특히 의과대학 산하 UCSF

medical center는 미국 내 열손가락에 드는 유명한 종합병원이다. 우리가

방문한 Adam Carroll 교수님은, 바이오마커 개발에서 가장 큰 기여를 하

고 있는 microarray 관련 기술의 전문가이시며, 그가 일하고 있는 연구소

역시, 그 분야에서 세계적인 곳이라고 한다. 또한 Adam Carroll 교수님은

우리 팀의 지도교수님과도 친분이 깊어 보다 더 많은 것을 얻을 수 있을

것으로 기대하였으며, 실제로 기대 이상으로 많은 것을 얻은 기관이다.

3) 3) 3) 3) The University of Texas M. D. AndersThe University of Texas M. D. AndersThe University of Texas M. D. AndersThe University of Texas M. D. Anderson Cancer Centeron Cancer Centeron Cancer Centeron Cancer Center

••••위치위치위치위치 : : : : Houston, TX

••••탐방일정탐방일정탐방일정탐방일정 : : : : 7월 28일(금)

••••홈페이지홈페이지홈페이지홈페이지 : : : : http://www.mdanderson.org

••••인터뷰인터뷰인터뷰인터뷰 : : : : Sahdan Majumder, PhD.

••••선정배경선정배경선정배경선정배경 : : : : M. D. Anderson Cancer Center 는 암 환자의 치료, 암 연구,

암의 예방과 교육에 있어서 세계적인 명성을 가지고 있는 60년 역사의

병원이다. 올해 7월에 미국 시사주간지 US News & World report가 발표

한 미국 최고 병원 순위에서는 암 분야 종합 2위에 오르기도 하였다.

또한 매우 체계적인 진단시스템을 갖추고 있으며 이러한 진단과정이 임

상 치료과정과 연계가 되어 빠르고 효율적인 치료가 가능한 곳이다. 따

라서 우리 팀은 M. D. Anderson Cancer Center 에서 최신의 암의 진단

과 나아가서 암 진단 시스템이 어떻게 구축되어 있는지 알 수 있었다.

19

4) 4) 4) 4) NNNNational Cancer Instituteational Cancer Instituteational Cancer Instituteational Cancer Institute

••••위치위치위치위치 : : : : Washington DC, MD

••••탐방일정탐방일정탐방일정탐방일정 : : : : 8월 4일 (금)

••••홈페이지홈페이지홈페이지홈페이지 : : : : http://www.cancer.gov/

••••인터뷰인터뷰인터뷰인터뷰 : : : : Sean Lee, PhD.

••••선정배경선정배경선정배경선정배경 : : : : National cancer institute 는 미국 최고의 암 연구소로 암의

예방, 암의 조기진단, 암의 혁신적인 치료방법에 대해 연구하고 있다.

NCI 는 분야별로 연구소가 나뉘어져 있으며 여러 협력 연구소와 함께

연구하고 있다. 우리가 탐방을 계획하고 있는 연구소는 Laboratory of

Experimental Carcinogenesis 로 암의 발생에 대해 실험적으로 연구하

는 곳이다. 암의 조기진단에 있어서 암의 발생과정과 그 과정상의 변화

의 변화에 대한 연구가 선행되어야 하는 것이 기본이기 때문에 이 분야

에 대해 탐방해 보고자 NCI 를 선정하였다.

20

V. 탐방 활동 내용

<<<<1> 1> 1> 1> 바이오마커바이오마커바이오마커바이오마커 개발의개발의개발의개발의 산실산실산실산실

Fred Hutchinson Cancer Research CenterFred Hutchinson Cancer Research CenterFred Hutchinson Cancer Research CenterFred Hutchinson Cancer Research Center

탐방일정 : 2006. 7. 24(월) 9:00am-15:00am

1) 1) 1) 1) 탐방기관탐방기관탐방기관탐방기관 소개소개소개소개

Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle, WashingtonFred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle, WashingtonFred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle, WashingtonFred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle, Washington

프레드 허친슨 암연구소(Fred Hutchinson Cancer Research Center) 는

21

미국의 39개의 국가 암 연구소 중의 하나로, 독립적인 생명의학리서치

연구소이다. 이 연구소에서는 세계적으로 유명한 과학자와 연구자들이 하

나의 연구팀을 이루어 암의 예방, 진단, 치료를 위한 연구를 한다. 프레

드 허친슨 연구소에서 3명의 노벨상 수상자가 나왔으며 연구소의 연구자

들은 건강에 대한 열정과 지식을 가지고 있으며 세계적인 연구를 지향한

다. 바이오 산업과 높은 수준의 기술력을 바탕으로 한 시애틀의 명성과

주변의 아름다운 경관은 프레드 허친슨 암 연구소를 세계적으로 더욱 돋

보이게 한다. 연구자들은 다양한 경관으로부터 영감을 얻는다. 바다와 호

수, 해안과 숲으로부터. 프레드 허친슨 암 연구소에서는 모두 과학의 삶

을 숨쉬고 있다. (http://www.fhcrc.org/about/ 중에서 발췌)

- 프레드프레드프레드프레드 허친슨허친슨허친슨허친슨 암암암암 연구소의연구소의연구소의연구소의 ““““암암암암 조기조기조기조기 발견과발견과발견과발견과 치료치료치료치료”””” 연구연구연구연구

The single most important step to curing cancer is to catch it earlyThe single most important step to curing cancer is to catch it earlyThe single most important step to curing cancer is to catch it earlyThe single most important step to curing cancer is to catch it early

암을암을암을암을 정복하는정복하는정복하는정복하는 가장가장가장가장 중요한중요한중요한중요한 단계는단계는단계는단계는 암을암을암을암을 빨리빨리빨리빨리 발견하는발견하는발견하는발견하는 것이다것이다것이다것이다....

대부분의 암의 경우는 조기 발견되는 경우 90% 의 환자가 살아날 수

있다. 불행하게도 매년 10만명의 사람들이 진행된 암으로 진단되어 고통

스러운 치료를 받으며 생존 가능성도 매우 낮다. 프레드 허친슨 암 연구

소의 목적은 암을 조기 진단하여 이것을 바꾸는 것이다.

프레드 허친슨의 ‘암 조기진단과 치료’ 연구는 현재의 방법보다 훨씬 더

강력하게 혁신적인 새로운 기술을 이용하여 가장 빠른 시기에 암을 발견

하고 치료하는 가장 효과적인 방법을 개발하는 것이 그 목적이다. 간단한

혈액 검사를 통해 암을 발견하고 신약을 복용함으로 암이 커지기 전에

암을 막을 수 있는 미래를 기대한다.

Discovering new clues to detecting and treating cancer: It's in our bloodDiscovering new clues to detecting and treating cancer: It's in our bloodDiscovering new clues to detecting and treating cancer: It's in our bloodDiscovering new clues to detecting and treating cancer: It's in our blood

암을암을암을암을 발견하고발견하고발견하고발견하고 치료할치료할치료할치료할 수수수수 있는있는있는있는 새로운새로운새로운새로운 단서의단서의단서의단서의 발견발견발견발견 : : : : 혈액을혈액을혈액을혈액을 통해서통해서통해서통해서 가능하다가능하다가능하다가능하다!!!!!!!!

프레드 허친슨의 암 조기진단 연구는 암이 없는 미래의 가능성은 우리

의 혈액에 있다고 한다. 바이오 마커라고 불리는 혈액에 있는 단백질과

분자들이 암에 대한 중요한 정보를 가지고 있다고 본다. 이 바이오마커가

가지고 있는 비밀을 품으로써 놀라운 결과를 만들어 내려고 한다. 프레드

허친슨 암 연구소에서는 이미 백혈병을 감지할 수 있는 혈액 검사를 만

22

들었으며 현재는 난소암에 대한 새로운 혈액 검사를 위한 바이오마커를

연구하고 있는 중이다.

프레드 허친슨의 암 조기진단 연구는 크게 이렇게 나누어 진다.

---- 바이오마커바이오마커바이오마커바이오마커 발견발견발견발견 : 프레드 허친슨 암 연구소는 새로운 바이오마커를 개

발하는 미국의 국가 암 연구소(National Cancer Institute)에서 시행하는

프로젝트에 참여하고 있다.

---- 위험도위험도위험도위험도 평가평가평가평가 : 새롭게 발견된 암 바이오마커를 이용하여 여성이 난소암

에 걸릴 확률을 알아 내고 병의 초기증상을 발견한다. 또한 암의 위험

도를 모니터링하고 전암단계인 바렛 식도염이 있는 환자가 식도암으로

발전할 수 있는 가능성을 알아보는 기술도 개발 중에 있다.

암 치료의 향상 : 바이오마커는 의사가 암에 걸린 환자의 가장 좋은 치

료방법을 알 수 있게 해준다.

23

2) ATLAS T2) ATLAS T2) ATLAS T2) ATLAS TEAM EAM EAM EAM 의의의의 탐방기탐방기탐방기탐방기

프레드 허친슨 암 연구소는 암 조기 진단과 바이오마커 개발을 위해 세

계적으로 가장 활발하게 연구하고 있는 연구소이다. 국가 암 조기진단과

바이오마커 개발 프로젝트에 참여하고 있는 만큼 미국 국가에서 많은 재

정적 지원을 받고 있어서 많은 연구자들이 자유롭고 열정적으로 연구와

실험을 할 수 있는 환경이 갖추어져 있었다. 프레드 허친슨 암 연구소에

서는 여러 분야로 나누어 암 연구를 진행하고 있는데 그 중 우리 팀은

암 조기진단 연구 중 바이오마커 개발 연구를 보기 위하여 Amanda

Paulovich 박사님의 연구실을 견학하였으며 바이오마커의 개발의 기본이

되는 proteomics 의 연구에 대해 알아보고 proteomics 연구실을 견학하

기 위하여 Phil Gafken 박사님의 연구실을 탐방하였다.

▷▷▷▷ Dr. Paulovich Dr. Paulovich Dr. Paulovich Dr. Paulovich 연구소에서의연구소에서의연구소에서의연구소에서의 ATLAS TEAM ATLAS TEAM ATLAS TEAM ATLAS TEAM 의의의의 탐방기탐방기탐방기탐방기 ◁◁◁◁

AM 10:00 AM 10:00 AM 10:00 AM 10:00 –––– 11:00 Dr. Paulovich 11:00 Dr. Paulovich 11:00 Dr. Paulovich 11:00 Dr. Paulovich 연구실의연구실의연구실의연구실의 lab meeting lab meeting lab meeting lab meeting 참가참가참가참가

PM 14:30 PM 14:30 PM 14:30 PM 14:30 –––– 16:00 Dr. Paulovich 16:00 Dr. Paulovich 16:00 Dr. Paulovich 16:00 Dr. Paulovich 와와와와 연구실의연구실의연구실의연구실의 연구자들과의연구자들과의연구자들과의연구자들과의 interview interview interview interview

24

< Dr. Amanda Paulovich < Dr. Amanda Paulovich < Dr. Amanda Paulovich < Dr. Amanda Paulovich 의의의의 연구실연구실연구실연구실 소개소개소개소개 > > > >

Dr. Amanda Paulovich Dr. Amanda Paulovich Dr. Amanda Paulovich Dr. Amanda Paulovich 소개소개소개소개 : : : :

Dr. Paulovich 의 연구실에서는 조기에 암을 발견하는 기술을 개발하

는 데 초점을 맞추고 있다. 이 연구실에서는 암 조기발견을 위해 두가지

면에 중점을 두고 있다.

1. 진단 바이오마커 발견 기술 개발

지금까지 mass spectrometry와 nanotechnology와 같은 많은 부분에서

의 발전이 혈액 단백질 즉 바이오마커 발견을 위해 있어왔다. 그러나 아

직 이러한 기술이 효율적으로 사용될 수 있는지 알지 못한다. 이 연구실

의 단기 목표는 바이오마커 발견의 문제를 해결할 새로운 기술 개발을

적용할 수 있는 방법을 개발하는 것이다. 앞으로 2년동안 이 실험과 연구

가 실험용 쥐를 통해 이루어 질 것이라고 한다.

2. 위험도 평가를 위한 기능적 방법 개발

암 발생 위험률은 각 개인마다 차이가 있다. 이러한 차이를 인지하여

암 발생 위험도가 높은 사람을 찾아낼 수 있다면 매우 유용할 것이다. 진

단 바이오마커를 이용하여 암 발생 위험도를 평가하기 위한 효율적인 방

법을 개발하기 위한 연구를 진행하고 있다.

바이오마커의바이오마커의바이오마커의바이오마커의 발견을발견을발견을발견을 위한위한위한위한 새로운새로운새로운새로운 기술기술기술기술????

파울로비치 박사님과의 인터뷰중..

바이오마커의 발견은 혈액 내의 많은 단백질 중 특정 암에서 혹은 전암

단계에서 분비되는 단백질이 정상일 때 분비되는 단백질과 차이를 보일

때 의미를 가질 수 있습니다. 따라서 바이오마커를 발견하기 위해서는 혈

액 내의 수많은 단백질 중 의미를 갖는 단백질을 발견하는 기술을 개발

하는 것이 제일 중요합니다. 이전까지의 기술은 단백질 하나하나의 특성

과 양을 규명할 수 있는 방법이었지만 새로운 기술은 많은 단백질을 빠

른 시간 안에 효율적으로 정량, 정성적으로 분류하는 기술이어야 합니다.

Paulovich 박사님의 연구실에서는 이러한 바이오마커로 의미를 가질 수

있는 혈액 내의 단백질을 발견하기 위한 빠르고 효과적인 기술을 개발하

는데 가장 큰 목표를 두고 있었으며 최근에 가장 활발하게 발전되고 있

25

는 Proteomics 기술과 bioinformatics 기술을 이용하여 새로운 방법들을

연구하고 있었다. 여기서 ATALAS 팀이 파울로비치 박사님의 연구실에서

개발, 연구되고 있는 단백질의 분석에 최신의 기술을 소개하고자 한다.

< SISCAPA : Stable Isotope Standards and Capture by Anti< SISCAPA : Stable Isotope Standards and Capture by Anti< SISCAPA : Stable Isotope Standards and Capture by Anti< SISCAPA : Stable Isotope Standards and Capture by Anti----Peptide Antibodies >Peptide Antibodies >Peptide Antibodies >Peptide Antibodies >

SISCAPA 는 단백질 복합체의 정량분석을 위한 방법이다. 이 방법에서

는 anti-peptide 항체가 100nl 관에 고정되어 있어서 펩티드를 검출하는

데 사용한다. 항펩티드 항체의 elution 후에 eletrospray mass

spectrometry 가 펩티드를 정량하기 위해 사용된다.

이 방법은 알고 있는 단백질의 빠른 분석에 적합하고 많은 샘플에서 진

단용 단백질의 유효성 면에서의 발전이 더 필요하다.

▷▷▷▷ Dr. Phil Gafken Dr. Phil Gafken Dr. Phil Gafken Dr. Phil Gafken 연구소에서의연구소에서의연구소에서의연구소에서의 ATLAS ATLAS ATLAS ATLAS TEAM TEAM TEAM TEAM 의의의의 탐방기탐방기탐방기탐방기 ◁◁◁◁

PM 13:30 PM 13:30 PM 13:30 PM 13:30 –––– 14:30 Dr. Phil Gafken 14:30 Dr. Phil Gafken 14:30 Dr. Phil Gafken 14:30 Dr. Phil Gafken 의의의의 연구실연구실연구실연구실 견학과견학과견학과견학과 인터뷰인터뷰인터뷰인터뷰

26

< Dr. Phil Gafken < Dr. Phil Gafken < Dr. Phil Gafken < Dr. Phil Gafken 의의의의 연구실연구실연구실연구실 소개소개소개소개 > > > >

Phil Gafken 박사님은 프레드 허친슨 암 연구소의 Proteomics 연구부서

의 총책임자이시다. 바이오마커의 발견을 위해서는 발달된 proteomics

기술이 필요한데 프레드 허친슨 암 연구소에는 proteomics 연구를 위한

중앙 연구실이 있으며 이 중앙 연구실을 기점으로 각 연구실들이 연계하

여 함께 연구를 진행해 나가고 있다. Phil Gafken 박사님과의 인터뷰 후

박사님께서는 우리팀에게 연구실에서 행해지고 있는 연구와 각 기기들에

대한 설명을 함께 해 주셨다.

1. Mass Spectrometer1. Mass Spectrometer1. Mass Spectrometer1. Mass Spectrometer

Proteomics 연구에서 가장 중요한 것은 특정 검체에 있는 수백

수천개의 단백질을 정확하게 분별해 내는 것이다. Mass spectrometer 는

20세기 초에 개발된 기술로 작은 유기물질의 분석에서 시작하여 현재는

단백질복합체와 큰 분자의 분석에도 사용되고 있다.

---- mass spectrometry mass spectrometry mass spectrometry mass spectrometry 를를를를 통한통한통한통한 단백질단백질단백질단백질 분석분석분석분석

Mass spectrometry 다음 두 가지의 특징으로 단백질을 구분해 낸다.:

• 이온의 mass-to-charge 비 (m/z) (particles with an electric charge)

• 각 m/z 값에 따른 이온의 개수

mass spectrum 에서 각각의 피크값은 샘플에서 나온 이온화된

펩티드를 의미하며, 피크의 높이는 펩티드의 양과 비례한다. 단백질은

mass spectrum 상의 피크의 패턴인 "peptide mass fingerprint” 로

확인될 수 있다.

A mass spectrometer 는 이온화 원(source), 질량분석기, 검출기 이 세

가지로 구성되어 있다. 이온화 원은 펩티드에 양성자 형태로 전하를

추가하여 양전하를 띠는 물질로 만들어 준다. 질량분석기는 전자기장을

이용하여 이온화된 펩티드를 분리하며, 검출기는 각각의 질량 대 전하

값에서 이온의 수를 계산한다.

27

2. MALDI 2. MALDI 2. MALDI 2. MALDI –––– TOF (matrix TOF (matrix TOF (matrix TOF (matrix----assisted laser desorption ionization assisted laser desorption ionization assisted laser desorption ionization assisted laser desorption ionization –––– time of flight) time of flight) time of flight) time of flight)

MALD-TOF 는 시료에 UV 를 흡수하는 매트릭스를 첨가하여 결정화

시킨 후 레이저를 조사하여 이온화 시켜 생성된 이온들의 m/z 에 따른

비행시간의 차이로 질량을 분석하는 분석법으로 고분자의 절대 질량을

측정할 수 있어 단백질 등의 생체 고분자 및 합성 고분자, 첨가제 등의

분석에 아주 유용하게 사용될 수 있는 분석법이다.

원리는

- 매트릭스와 고분자를 각 1000~10000 :1 의 농도 비율로 적합한

용매에 혼합한다.

- 이 혼합물을 시료용 probe 에 올려 놓고 진공조건을 만들어 주면

유기용매는 기화되고 시료는 매트릭스 분자와 함께 균질하게 결정화된다.

- 이 때 펄스레이저를 시료-매트릭스 결정에 쏘아주면 에너지가

매트릭스를 통해 시료로 전달 되어 시료의 약한 이온화가 일어나게 된다.

이러한 과정으로 이온 소스에서 생성된 이온들을 일정한 전위차로 가속

시켰을 때 그 속도는 다음과 같이 얻어진다.

전압 V를 걸었을 때 질량이 m 이고 전하가 ze인 이온의 속도(v)는 다음

과 같으며 여기서 e는 전자의 전하이다.

28

즉 v는 (m/z)1/2에 반비례 하고 이온 소스로부터 검출기 까지의 비행시

간은 (m/z)1/2에 비례하게 된다. 따라서 이온의 비행시간을 측정함으로

서 이온의 질량을 분석할 수 있게 되는데 이러한 원리를 이용한 것이 바

로 TOF 이다.

3. LC/MS (liquid chromatography3. LC/MS (liquid chromatography3. LC/MS (liquid chromatography3. LC/MS (liquid chromatography----mass spectrometry)mass spectrometry)mass spectrometry)mass spectrometry)

LC/MS 는 질량분석기의 검출 특징을 가진 액체 크로마토그래피의 분리

기법으로 강력한 분석도구이며 LC로 시료성분을 분리하며 MS로 시료성

분을 분석한다. MS는 전하값을 띤 이온을 생성하고 검출한다. 분석된 시

료성분의 분자량, 구조적인 정보 등을 통해 정성적인 정보와 정량적인 정

보를 얻을 수 있다. LC/MS 는 유기화합물 분석의 효율적인 분석도구로

활용될 수 있다. 작은 분자량을 가진 유기화합물에서 거대 분자량의 단백

질에 이르기까지 다양한 유기화합물 분석이 가능하다. 특히 큰 분자량,

극성. 이온, 열적 불안정 그리고 비휘발성 성분의 분석에 적합하다.

29

<2> <2> <2> <2> 의학과의학과의학과의학과 공학의공학의공학의공학의 황홀한황홀한황홀한황홀한 만남만남만남만남

University of California, San FranciscoUniversity of California, San FranciscoUniversity of California, San FranciscoUniversity of California, San Francisco

탐방일정 : 2006. 7. 24(월) 9:00am-15:00am

1) 1) 1) 1) 탐방기관탐방기관탐방기관탐방기관 소개소개소개소개

Mission Bay Campus, UCSF, CaliforniaMission Bay Campus, UCSF, CaliforniaMission Bay Campus, UCSF, CaliforniaMission Bay Campus, UCSF, California

---- QB3 MISSION.. QB3 MISSION.. QB3 MISSION.. QB3 MISSION..

지난 반세기동안, 분자유전학의 발달은 생체의학 연구와 바이오테크놀

로지 산업에 혁신적인 발전을 가져왔다. 그리고 수학, 물리학, 화학, 그

리고 공학 등 광범위한 과학이 생체의학 연구에 접목되면서, 인류의 건강

증진을 가져왔고, 활동적인 새로운 기술 개발이 가능해졌다.

30

이러한 변화를 계속해서 이어나가기 위해, 캘리포니아주립대 산하의 세

캠퍼스와 여러 산업체들로 구성된 California Institute for Quantitative

Biomedical Research (QB3)는 인류의 생물체에 대한 지식들을 원자수준

에서부터 고분자, 세포, 조직, 기관 그리고 전체 개체 수준에 걸쳐서 통

합하기 위해 이러한 광범위한 과학들을 이용하고자 한다. 이러한 통합과

정은 과학자들로 하여금, 이전에는 접근할 수 있는 문제들을 해결할 수

있게 되었고, 인류의 건강 증진을 위해 새로운 발견, 새로운 산물, 그리

고 새로운 기술들을 위한 기본적인 토대를 이룰 수 있게 되었다.

QB3는 공학과 물리학 분야를 담당하는 UC Berkeley 캠퍼스, 수사학 분

야를 담당하는 UC Santa Cruz 캠퍼스, 그리고 의학 분야를 담당하는

UCSF 등 세 캠퍼스로 기능이 분담되어 있다.

또한, 새로운 지식와 잠재적인 새로운 기술 창조를 위해 QB3의 주요

목표는 광범위한 과학을 생체의학 연구에 완벽하게 접목할 수 있는 새로

운 세대의 학생들을 키우는 것이다.

이곳은 California Institute for Quantitative Biomedical Research (QB3)

라고 하는 기관 중 한 곳으로, 그 기관 내에서 Genomics와 Proteomics

분야를 담당하는 곳이다. 이 건물 중 우리가 탐방한 곳은, 암진단이나 바

이러스 진단 바이오마커 개발의 기초적인 기술이라고 할 수 있는 마이크

로어레이 칩 제작이 이루어지는 곳이었다. 우리가 탐방하는 기관 중 가장

공학적인 색채가 강한 곳이라고 할 수 있겠다.

---- 마이크로어레이마이크로어레이마이크로어레이마이크로어레이 칩칩칩칩 제작제작제작제작

가로 10cm, 세로 2cm 정도의 작은 슬라이드 모양의 마이크로어레이칩.

보기에는 아무것도 아닌 것 같지만, 실제로는 그 가격이 수십만원에 달한

다. 현재 전세계적으로 많이 연구되고 있는 암진단 바이오마커 연구에 많

31

이 이용될 뿐만 아니라, 심혈관계 질환, 당뇨, 바이러스 감염 등 여러 난

치병 진단에도 이용될 수 있다. 국내에는 이러한 칩을 개발할 수 있는 곳

은, 우리가 지난 겨울방학 체험을 하였던, 가톨릭대학교 미세절제 유전체

학 연구소를 비롯해 세곳 뿐이다. 우리가 탐방한 “The UCSF Core

Facility for Genomics and Proteomics in the Center for Advanced

Technology at UCSF” 역시 칩을 전문적으로 제작하는 곳이었다.

실제로 가톨릭대학교 미세절제 유전체학 연구소에서 마이크로어레이

칩 제작 설비를 제작할 때 우리가 찾아가서 인터뷰한 Adam Carroll 교수

님께서 직접 오셔서 도와주셨다고 한다.

2) ATLAS T2) ATLAS T2) ATLAS T2) ATLAS TEAM EAM EAM EAM 의의의의 탐방기탐방기탐방기탐방기

AM 10:00 AM 10:00 AM 10:00 AM 10:00 호텔에서호텔에서호텔에서호텔에서 출발출발출발출발

약속이 예정되어 있었던 Dr. Adam Carroll 씨가 직접 호텔로 픽업하러

오셨다. 지도교수님 말씀대로 인상이 좋으시고, 친절하신 분이셨다.

AM 10:30 UCSF Mission Bay campus AM 10:30 UCSF Mission Bay campus AM 10:30 UCSF Mission Bay campus AM 10:30 UCSF Mission Bay campus 도착도착도착도착

UCSF는 캘리포니아주립대 계열의 캠퍼스로, 그 계열 중 학생 수 면에

서 가장 규모가 작다고 한다. 게다가 생물학 관련 전공 밖에 없으며, 더

욱 특이한 점은 학부과정이 존재하지 않고 모두 graduate school로만 구

성되어 있다는 점이다. 그 때문에 보다 전문적인 연구에 치중할 수 있고

그것에 대한 자부심도 강하다고 한다. 우리가 갔던 Mission bay 캠퍼스는

UCSF 본 캠퍼스 외에 새롭게 지어지고 있는 캠퍼스로, 앞으로 UCSF의

중심 캠퍼스가 될 것이라고 한다.

새롭게 만들어지고 있는 캠퍼스답게 외관은 무척이나 깔끔했다. 3-4개

의 깔끔한 건물이 보기좋게 자리잡고 있었고, 운동장이나 휴식공간 같은

것들이 무척이나 넉넉하고 보기에 좋았다.

AM 11:00 UCSF Mission Bay campus AM 11:00 UCSF Mission Bay campus AM 11:00 UCSF Mission Bay campus AM 11:00 UCSF Mission Bay campus 학생복지시설학생복지시설학생복지시설학생복지시설((((가칭가칭가칭가칭) ) ) ) 방문방문방문방문

Dr. Adam Carroll이 우리를 가장 먼저 데려간 곳은 연구소가 아니라 다

름아닌, 그곳 사람들이 이용하는 복지시설 건물이었다. 역시 대학 건물

내에 있었으며, 새로이 지어진 거라 무척 깔끔했다.

32

1층에는 헬스 시설이 마련되어 있었고, 위층에는 실내 수영장이, 그리

고 옥상에는 야외 수영장이 마련되어 있었다. 이곳이 정말 대학교인가 착

각을 하지 않을 수 없었다. 자유롭게 운동도 하고 수영도 즐기면서 연구

를 하는 그들을 보니 부러운 마음을 감출 수가 없었다. 옥상에서는 샌프

란시스코 전경도 볼 수 있었는데, 낮임에도 불구하고 정말 아름다운 광경

이었다.

AM 11:30 AM 11:30 AM 11:30 AM 11:30 The UCSF Core Facility for Genomics and ProteomicsThe UCSF Core Facility for Genomics and ProteomicsThe UCSF Core Facility for Genomics and ProteomicsThe UCSF Core Facility for Genomics and Proteomics 견학견학견학견학

다음으로 방문한 곳이 바로 우리가 가고자 한, 마이크로어레이칩이 직

접 제작되는 곳이다. 우리 팀은 지난 겨울방학 동안 칩 제작 설비가 마련

되어 있는 국내의 가톨릭대학교 미세절제 유전체학 연구소에서 2개월 간

실험에 참여하는 동안, 실제로 칩 제작에 참여한 바 있다. 그렇기 때문에

우리가 경험한 국내 시설과 직접 비교체험도 할 수 있으리라는 기대를

가지고 견학을 시작하였다.

처음 문을 들어서자, 대학 연구소라기보다는 하나의 공장과도 같은 거

대한 공간과 기계들에 놀라움을 금할 수 없었다. 하나에 수억원 씩 하는

고가의 기계들이 하나의 첨단 공장처럼 디자인되어 있었고, 많은 연구원

들이 그곳에서 일을 하고 있었다.

가장 먼저 눈에 띈 것은 칩을 실제로 프린팅하는 Arrayer train 이었다.

33

우리가 겨울방학동안 체험했던 연구소가 이곳의 연구진들의 도움으로 이

루어진 것이기에, 매우 낯익은 기계였다. 자그마한 슬라이드에 나노 단위

의 수만개의 점들을 찍는다는 것이 놀라울 따름이었다. 우리가 방문하였

을 때에 마침 바이러스 진단에 이용될 칩을 찍고 있었다. 암 진단 뿐만

아니라 여러 난치병에 이용될 수 있기 때문에 정말 여러 방면에서 쓸 수

있는 유용한 기계였다.

그 다음으로 본 것은 RT PCR을 할 수 있는 거대한 기계였다. 물론 이

작업을 수행하는 기계들은 국내에서도 많이 보아왔지만, 그곳에 있는 기

계는 역시 첨단이라서 언뜻 보기에도 크고 고급스러워 보였다.

그 옆에 보이는 기계는 MF 600 Plus Large capacity Centrifuge 라고 하

는 기계였다. 국내 연구소에서 흔히들 볼 수 있는 centrifuge하고는 많이

다른 모습이었다. 특히 slide rack 자체를 spin dry 시킬 수 있고, 대용량

으로 한꺼번에 돌릴 수 있기 때문에 정말 유용하게 쓸 수 있는 기계였다.

다음 기계는 칩을 찍기 전에 슬

라이드를 씻어주는(washing) 기계

였다. 실제 지난 겨울 방학 동안

직접 참여하면서 아래 그림과 같은

rack에 슬라이드를 꼽고 수차례 수

작업으로 증류수로 씻어주고, 블로

워(일명 카메라뽁뽁이)로 수차례

씻어주었다. 그러나 그곳에서는 모

든 것이 그 기계 하나로 이루어지

고 있었다. Slide rack을 사람의 손이 아닌 로보트가 잡아서 자동으로 증

류수에 담구고는 진동으로 씻어내고 있었고, 먼지를 털어내는 블로잉 또

한 모두 자동으로 이루어지고 있었다. 국내에서는 3-4명의 대학원 선생

님들께서 꼬박 이틀을 투자하여 작업하는 것이 그곳에서는 전자동으로

단시간 내에 모든 것이 이루어지고 있는 것이었다. 과연 그곳이 왜 세계

최고의 연구소인지, 왜 양질의 논문들이 많이 발표될 수 있는지 알 수 있

었다.

그 다음으로 보게 된 기계 역시 놀랄 만한 것이었다. 조직을 분석하기

위해 mRNA을 얻은 뒤, 그것을 염색하는 과정에서 정상 조직과 이상 조

직을 각각 Cy3와 Cy5로 염색하고 그것을 마이크로어레이 칩에

hybridization 시켜서 두 조직의 mRNA 발현 패턴을 비교하게 된다. 그런

데 그 중 염색 과정에서 Cy5가 공기 중의 오존과 반응하여, Cy3보다 염

색 정도가 덜 나오게 되어 정확하지 못한 실험 결과를 얻을 우려가 있다

34

고 한다. 따라서, 그곳의 기계는 날마다 시간 별로 공기 중 오존 농도를

측정하고, ozone-free 환경을 만들어서 보다 더 정확한 실험이 가능하게

장치가 되어 있었다. 우리나라 실험실에서는 전혀 보지 못한 광경이었다.

물론 큰 차이는 없겠지만, 그 작은 차이 때문에 그렇게 고가의 장비로 실

험을 한다는 것이 참 놀랍기 그지 없었다.

이 외에 수많은 신기하고 놀라운 장비들이 많이 있었지만, 사실 학생으

로서 그 원리를 모두 이해하기는 힘이 들었고, 모두 열거하기조차 힘이

들었다. 특히 아쉬웠던 것은 그 날 사정 상 위의 장비들을 카메라에 담아

오지 못한 것이 무척이나 아쉬웠다.

35

<3> <3> <3> <3> 암암암암 연구성과를연구성과를연구성과를연구성과를 임상으로임상으로임상으로임상으로

M. D. Anderson Cancer CenterM. D. Anderson Cancer CenterM. D. Anderson Cancer CenterM. D. Anderson Cancer Center

탐방일정 : 2006. 7. 28(금) 9:00am-12:00am

1) 1) 1) 1) 탐방기관탐방기관탐방기관탐방기관 소개소개소개소개

MD Anderson Cancer Center in Houston, TexasMD Anderson Cancer Center in Houston, TexasMD Anderson Cancer Center in Houston, TexasMD Anderson Cancer Center in Houston, Texas

Texas medical center 는 미국의 휴스턴에 위치하고 있는 세계 최대의

medical center 이다. Texas medical center 는 42 개의 부속 기관으로

36

이루어져 있다. 그 center 안에는 미국에서 유명한 13 개의 병원, 2 개의

의과대학, 4 개의 간호대학, 치과 대학, public health 가 있다. 그 중에서

가장 잘 알려 진 기관 중 하나가 MD Anderson Cancer Center 이다.

Texas medical center의 가장 큰 목적은 환자의 치료 뿐 아니라 모든

사람의 건강 상태를 최고의 수준으로 증진 시키는 것에 있다. 그것을 위

해 center내의 모든 연구기관, 병원, 대학들이 협력하고 있다.

MD Anderson Cancer Center 는 암 환자의 치료, 암 연구, 암의 예방과

교육에 있어서 세계적인 명성을 가지고 있는 60년 역사의 병원이다. 또

한 매우 체계적인 진단시스템을 갖추고 있으며 이러한 진단과정이 임상

치료과정과 연계가 되어 빠르고 효율적인 치료가 가능한 곳이다.

2) ATLAS TEAM 2) ATLAS TEAM 2) ATLAS TEAM 2) ATLAS TEAM 의의의의 탐방기탐방기탐방기탐방기

우리는 MD Anderson Cancer Center 에서 사둠 마줌더 박사님을 만나기

전에 먼저 Texas Medical Center 를 탐방하기로 하였다. 처음 Texas

medical center 에 도착하여 가장 놀란 점은 바로 규모였다. 그 곳은

하나의 center 가 아니라 수많은 연구 기관, 병원, 대학이 모여있는

하나의 작은 도시 같았다. 그리고 그곳의 연구 기관들이 하나의 목적을

위해서 협력하고 있다는 점이 매우 놀라웠다. 세계 최고의 대학과 병원이

모여서 서로의 연구 성과나 정보를 공유 하며 큰 상승 효과를 내고

있었다.

1) The University Of Texas Medical School at Houston

Texas Medical Center 내에는

2 개의 의과대학이 있다. 그 중

하나가 The University Of Texas

Medical School at

Houston 이다. 우리는 미국

의과 대학은 우리 나라와 어떤

다른 모습을 하고 있을 지

궁금해서 한번 찾아가 보기로

하였다. 가장 먼저 가본 곳은

37

대학 내의 의학도서관이었다. 그곳에는 360,220 권의 의학

서적과 50 대의 개인용 컴퓨터를 갖추고 있다고 하였다. 하지만 전체적인

도서관의 모습은 우리 나라의 의학 도서관과 비슷한 모습을 하고 있었다.

이 대학에서 가장 인상을 받은 것은 Learning Resource Center(LRC)

였다. LRC 는 의과대학의 가장 중요한 기능인 Teaching 과 Learnig 를

지원하기 위한 center 이다. 그곳에는 200 개 이상의 좌석, 5 개의 group

study room, 6 개의 conference room, 75 개의 개인용 컴퓨터, 3500 개

이상의 시청각 자료가 있었다. 우리 의과대학이 갖추고 있는 도서관

시설이나 study room 과 비교 했을 때 그 규모가 매우 컸다.

2) The Methodist Hospital

The Methodist Hospital 은 2006 년

U.S. News & World Report 의 조사에

따르면 5 개의 전문분야에서 top

20 안에 들 정도로 미국에서 아주

유명한 병원이다. 이 병원은 1919 년에

개원한 이래로 현재까지 약 90 년

가까이를 이어 오면서 전세계적으로

널리 알려진 병원이 되었다.

특히 이 병원은 brain aneurysms 에 대한 최소 침습술, 도달하기

어려운 tumor 에 대한 방사선 치료, 전립선 암에 대한 유전자 치료,

Parkinson’s disease 에 대한 수술 치료 등이 유명하다고 하였다. 이

병원의 로비는 마치 호텔 로비처럼 화려하고 고급스럽게 꾸며져 있었다.

그리고 환자들을 위한 편의 시설이 무척 잘 되어 있었다.

이곳에서 인상 깊었던 것 중에

하나는 바로 휠체어였다.

우리나라에서 사용하는 보통

휠체어와 다르게 이곳에서 본

휠체어는 마치 쇼핑 카트

같았다. 입원환자의 편의를 위해

뒤에는 꽃이나 개인 물건을

담을 수 있는 공간이 있었다. 이

38

휠체어를 보면서 작은 것에서도 환자를 위한 배려와 아이디어를 느낄 수

있었다.

우리는 사둠 마줌더

박사님 과 약속한

시간에 MD Anderson

Cancer Center 에 있는

Sahdan Majumder

박사님의 연구실로 찾아

갔다. 지난 겨울 방학 때

이미 박사님을 뵌 적이

있었기 때문에 박사님은

우리를 아주 반갑게 맞아

주셨다.

우리는 먼저 박사님이 하고 계시는 연구에 관한 간단한 설명을 들은 후

박사님의 연구실을 탐방 하였다. 그리고 박사님께서 MD Anderson

Cancer Center 에 있는 Pathology department 의 다른 교수님을 소개

시켜 주셨고 이 연구소에 있는 한국인 연구원들도 소개시켜 주셨다.

Sahdan Majumder 씨는 Tissue microarray 라는 기술의 전문가로서,

Tissue microarray 는 암 진단에 필요한 바이오마커를 개발하는 데 크게

기여하는 기술 중 하나이다. 이 기술은 먼저 cDNA microarray 를 통해

후보 바이오마커를 확인한 뒤, 그 대상 단백질에 대한 항체를 부착한

칩을 만든다. 그 후 생검(biopsy)를 통해 얻은 조직 샘플을 첨가하여

면역화학법을 사용하게 되면 그 환자의 암 존재 여부를 알 수 있게 된다.

이 방법은 기존의 현미경을 통한 진단 방법에 비해, 극히 작은 양의

조직으로도 가능할 뿐만 아니라, 칩에 여러 개의 점(spot)을 찍을 수

있기 때문에 많은 환자를 대상으로 단시간 내에 진단이 가능하다는

장점이 있다. 그러나 이 방법 역시 증상이 없는 환자를 대상으로 모든

장기에 사용하기에는 한계가 있으며, 환자들 입장에서 불쾌하고 위험할

수 있는 생검(biopsy) 과정이 필요하다는 단점이 있다.

39

<<<<4> 4> 4> 4> 미국미국미국미국 암암암암 연구의연구의연구의연구의 허브허브허브허브

National CNational CNational CNational Cancer Instituteancer Instituteancer Instituteancer Institute

탐방일정 : 2006. 8. 3 (목 ) 9:00am-1:00pm

1) 1) 1) 1) 탐방기관탐방기관탐방기관탐방기관 소개소개소개소개

NNNNational Institute of Healthational Institute of Healthational Institute of Healthational Institute of Health –––– NCI NCI NCI NCI

NIH Main Building in Washington DC, MarylandNIH Main Building in Washington DC, MarylandNIH Main Building in Washington DC, MarylandNIH Main Building in Washington DC, Maryland

40

NIH NIH NIH NIH 소개소개소개소개

DirectorDirectorDirectorDirector

Elias A. Zerhouni, M.D.

본부본부본부본부 위치위치위치위치

Bethesda, Maryland, USA

고용고용고용고용 인원수인원수인원수인원수

18,627 명의 임직원

총총총총 예산예산예산예산

국회로부터 $27,887,512,000 지원 받음

NIH는 예산의 80%를 미국 내 전 지역 및 다른 여러나라의 연구기관의 연구비

지원에 할애하고 있다.

NIH는 U.S. Department of Health & Human Services의 산하기관이다.

NCI는 NIH의 산하기관이다.

NIH는 the Laboratory of Hygiene이라는 이름으로 1887년에 뉴욕

Marine Hospital의 부속기관으로 출범한 이래, 미국의 국가중추연구기

관으로서 의학발전에 지대한 공헌을 해왔다. 최근에는 특히 암,

파킨슨 병, 알츠하이머 병 등을 조기에 진단하고 치료하기 위해

인간게놈프로젝트를 추진해서 사람의 유전자 지도를 완성한 바 있

다.

현재 총 27개의 Institute과 Center로 구성되어 있으며 주요 연구분

야는 6개로 다음과 같다. Child and teen health, men’s health,

minority health, senior’s health, women’s health, wellness and lifestyle.

NIH는 미국 위생청의 산하단체이며 20조원이나 되는 미국의 보건분

야 예산 대부분이 이 기관을 운영하는데 사용되고 있다. NIH는 미국의

모든 의학연구기관에 예산을 분배하는 일을 담당할 뿐만 아니라, 기관

예산의 10%를 전세계 의학연구자에게 제공하고 있다. 어찌보면 이 곳

은 단지 미국의 한 국가기관이라기보다, 전 세계의 의학연구의 구심점

역할을 하고 있는 셈이다.

41

우리 팀은 NIH산하 27개 연구센터 중에서 National Cancer Institute를

탐방하였다. 만나 뵌 연구자 분은 Laboratory of Experimental

Carcinogenesis에서 일하시는 Sean Lee로, 암의 발생과정에 관한 연구

를 통해 조기진단과 조기치료를 연계시키는 연구를 하시는 분이셨다. 우

리의 목적은 최근 미국에서 이루어지고 있는 암 조기진단법 개발연구의

동향을 살피고, 미국의 의학연구분야에 대한 예산집행이 어떻게 이루어

지고 있는지 파악하여 이를 우리나라 현실과 비교해보는 것이었다. 탐

방은 순조롭게 진행되었고 소기의 목적도 달성할 수 있었다. 게다가 마

침 우리가 방문하는 날에 고등학생 논문발표대회가 열렸기 때문에 우리

의 탐방주제에 대한 미국 학생의 의견도 들어볼 수 있었다. 뜻하지 않은

성과였다.

@@ @@ @@ @@ 탐방일정탐방일정탐방일정탐방일정

9:00 AM 정문에서 신원확인 후, Building 1에서 Sean Lee씨를 만남

10:00 AM Cancer Biomarker 연구동인 Building 42로 들어감

10:30 AM Sean Lee씨에게 NIH-NCI에 관한 Briefing을 들은 뒤 연구

실을 구경함, 한국인 연구원을 만남!

11:00 AM 고등학생 논문발표대회 참관, 발표가 끝나고 Thorgeirsson씨

의 소개로 한 고등학생을 인터뷰함

12:00 PM Building 42 구내식당에서 점심식사

12:50 PM Microarray Building에서 Automated Microarray 구경

1:00 PM 탐방 종료

42

@@ @@ @@ @@ NIH Overview with Mr. NIH Overview with Mr. NIH Overview with Mr. NIH Overview with Mr. Sean LeeSean LeeSean LeeSean Lee

NIH가 미국의 다른 생명공학 연구기관과 차별화되는 점은 무엇입니까?

여러분들이 이메일을 보냈을 때 NIH오기 전에 다른 연구기관을 견학하

고 온다는 말을 했죠? 먼저 여러분들이 어느 연구기관을 보고 왔는지 알

고 싶군요.

시애틀에 있는 Fred Hutchinson 연구소, 샌프란시스코의 UCSF 연구소,

그리고 휴스턴의 MD Anderson을 다녀왔습니다.

여러분이 다녀온 곳들은 사설 연구기관이거나, 주립대학에 부속되어 있

는 연구실이었군요. NIH는 그와 달리 미국 중앙정부에서 직접 운영하는

연구소 입니다. 정문에서도 겪었을테지만 이 곳에 들어오려면 철저한

보안검색을 지나야 합니다. 연구자들도 미국 공무원 신분이기 때문에 연

구하는데 있어서 제약이 많은 편입니다. 예를 들면, 윤리상의 문제가 있

는 배아줄기세포 연구나 생체무기로 개발 될 수 있는 세균, 바이러스에

43

관한 연구는 하지 못합니다. 그리고 연구 결과를 상업적인 목적으로 이

용하는 일이 금지되어 있습니다. 신약개발에 관한 결정적인 연구 업적을

성취 했더라도 그 것을 가지고 제약회사에 취직할 수도 없을 뿐만 아니

라, 그 내용을 회사에 파는 것도 금지됩니다.

물론 이렇게 나쁜 점만 있는 것은 아닙니다. 무엇보다 NIH에서 일하는

사람들이 제안한 연구 프로젝트는 앞에서 말한 금지 사항에 해당되지 않

는다면, 거의 모든 경우에 연구비 지급이 거절되지 않습니다. 다른 연구

기관에서 일하고 있는 연구자들이 연구비를 따기 위해 많은 시간과 노력

을 들이고 있을 때, 우리들은 국가로부터 연구비를 지원받아서 하고 싶

은 연구를 마음껏 할 수 있는 셈이죠. 그리고 이 곳에서는 논문 발표수,

연구 업적 등이 조금 미흡하더라도 다른 연구기관에 비하면 연구원을 심

하게 닥달하지 않는 편이에요.(웃음)

여기(Building 42)로 오다보니 건물들이 참 많고, 부지 자체도 다른 연구

소에 비해 굉장히 큰 것 같습니다. 규모는 어느 정도 되나요?

오면서도 보았겠지만 NIH는 마치 하나의 캠퍼스와 같이 생겼어요. 그

안에 약 60개 정도의 빌딩들이 모여 있죠. 그 빌딩들은 각 Institute별로

모여있어요. 우리가 있는 42번 빌딩은 NCI(National Cancer Institute)에

속한 빌딩이죠. 저의 연구실도 이 빌딩 안에 있어요. 연구실은 조금 있다

같이 가보도록 하죠. 아무튼 NIH 캠퍼스 안에는 27개의 Institute가 있는

데 그 중 NCI가 가장 규모가 크고 연구도 활발한 곳입니다.

현재 NIH에서는 주로 어떤 연구가 중점적으로 이루어지고 있습니까?

NIH는 너무 큰 연구소라 어느 한 분야를 꼽기가 어렵군요. 제가 일하

고 있는 NCI를 예로 들어보더라도 cancer bioinformatics, cancer

acquisition, office of technology and industrial relations, cancer

complementary and alternative medicine 등등 수많은 분과로 나뉘어져

있어요. 그렇지만 우리들의 궁극적인 목표는 물론 암 정복입니다. 과연

어느 접근법이 효과적일지는 아직 아무도 모르기 때문에 다각도에서 접

근해 보려고 하는 것이지요. 제가 속해있는 분과는 Office of Cancer

Genomics인데, 여기서는 암의 발병과정 상에서의 유전체적 변화를 중점

44

적으로 다루고 있습니다.

선생님의 프로필을 살펴보면 특히 Experimental Carcinogenesis 분야에

관한 연구를 하고 계신데 어떤 분야입니까? 요즘 이 분야의 연구 추세는 어

떤지요?

Experimental Carcinogenesis라는 분야는 한 마디로, 암의 발생 과정에

관계된 여러 인자들을 실험을 통해 밝혀내는 연구 분야입니다. 암이 발

병하는 것은 단순한 하나의 원인으로 인한 것이 아닙니다. 여러 유전자

적 변이가 축적된 것이 암이라는 병의 형태로 나타나는 것이지요. 예전

에는 이런 유전자들은 하나하나 알아내서, 폐암이면 폐암에 관계된 모든

유전자들을 모으고, 간암이면 간암에 관계된 모든 유전자들을 모으려고

시도했습니다. 그런 데이터베이스가 구축되기만 한다면 암을 치료하고

예방하는데 문제가 없으리라 생각했지요. 암 정복은 시간문제라고 생각

되었습니다.

하지만 Human Genome Project가 완성되면서 문제점이 발견되었습니

다. 사람의 유전자량이 생각보다 너무 방대하고 각 사람마다 가지고 있

는 유전자 패턴이 제각각이기 때문입니다. 예전의 연구방법처럼 하나하

나 유전자를 찾아가다가는 수백년의 시간도 모자랄 지경이었죠. 그래서

우리는 새로운 방법을 생각해내게 되었습니다. 사람의 유전자 지도 전체

를 하나의 개별적인 ID로 생각하는 것이죠. 암에 걸린 사람들의 전체 유

전자를 검사해서 Microarray라는 기술을 적용하면 마치 하나의 영수증처

럼 그 패턴을 저장할 수 있게 됩니다. 지금 많은 연구소에서 이런 데이

터들을 모으고 있고, Bioinformatics를 이용해서 기존의 연구와 새로운

데이터들을 통합하고 비교해서 수 많은 유전자들 중에서 가장 유력한 후

보군들을 밝혀내는 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 그렇지만 아직

미흡한 점도 많고 더 알아내야 할 것도 많은게 사실입니다.

@@ @@ @@ @@ 한국인한국인한국인한국인 연구원연구원연구원연구원 김재만씨와의김재만씨와의김재만씨와의김재만씨와의 인터뷰인터뷰인터뷰인터뷰

여기서 어떤 연구를 하고 계신가요?

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Sean Lee 선생님을 도와 여러 암 환자들의 Microarray 패턴을 측정하고 데

이터베이스화 하는 일을 하고 있어요. 그리고 유력한 암 관련 유전자 후보를

Knock-out시킨 실험 쥐를 가지고 암 발생 유전자에 관한 실험을 하고 있죠.

이 주제를 가지고 박사논문을 쓰고 있습니다.

한국의 연구소와 미국의 연구소에 가장 큰 차이점은 무엇인가요?

예상했던 대답일지도 모르겠지만 정말, 정말로 연구 환경이 훨씬 좋아요.

물론 미국이라는 국가가 우리나라보다 강대국이라서 연구예산이 풍부하기 때

문이기도 해요. 예를 들면 우리나라 실험실에서는 한천 배지같은 시약이나

간단한 실험도구는 직접 만들어서 써야하잖아요? 그런데 여기는 그런 모든

것들을 그냥 외부회사에서 조달해서 써요. 시약만들 시간에 연구하나라도 더

하고 논문 한 편 더 볼 수 있으니 훨씬 시간을 절약할 수 있죠.

그렇지만 이런 예산 측면보다도 더 중요한 것은 미국에선 모든 연구 프로

토콜과 시스템이 우리나라보다 매우 합리적으로 되어있다는 점이이에요.

PCR기계나 Blotting Machine, Array Machine 같은 기계들을 쓰는 방법이 반

드시 문서화 되어서 전해지도록 되어있고, 관리한 사람이나 이용한 사람이

반드시 체크하도록 되어 있고 그 기록이 몇십년 동안 보관된다는 말을 들었

어요. 우리나라에서는 굳이 이렇게 하지 않아도 기계가 잘 유지되고 연구도

잘 하는데 뭐하러 그렇게 해야 하나 생각할 수도 있을 거예요. 그렇지만 이

렇게 사소한 연구 환경 하나하나가 그로부터 나온 논문의 신뢰도를 높여준다

는 생각은 못하는 것 같아요.

저희가 관심있는 분야는 조기진단을 통한 암의 치료율 향상입니다. 특

히 바이오마커를 이용하는 방식에 흥미가 있는데, 이 분야에 대한 연구도 많

이 이루어지고 있습니까?

물론이죠. 우리나라에서 이 분야는 아마 관심받게 된게 얼마 안 되었을 것

으로 아는데요, 이 곳에서도 바이오마커에 관한 연구는 비교적 최근에 활성

화 된 분야입니다. 들어본 일이 있을지는 모르겠지만 이 쪽에서 시크리톰이

라는 용어가 최근 신조어로 많이 쓰이는데요, 기존의 여러 바이오마커와 달

리 몸의 분비물로 그 연구대상을 한정하면서 후 보유전자나 물질을 좁혀나가

고 있습니다.

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현재 임상(병원)에서도 PSA나 AFP와 같은 일부 바이오마커들이 쓰이고

있는데요, 아직 specificity나 sensitivity면에서 확진을 위한 수단으로는 부족

한 점이 많다고 들었습니다. 이 곳에서 밝혀낸 새로운 바이오마커들은 병원

에서 이용되고 있습니까?

저는 MD가 아니라서 임상적인 활용측면은 자세히는 알지 못합니다. 하지

만 여기(NIH)안에 있는 병원에서 새로운 암 진단, 치료법이 실제로 활용되고

있는 것으로 압니다. NIH Clinical Center라는 병원이 캠퍼스 한 가운데에 있

는데 그 곳에는 주로 기존의 치료법으로 치료되기 힘든 암에 걸린 환자분들

이 많이 옵니다. 그래서 우리 NCI쪽의 실험적인 연구결과가 그 쪽의 환자분

의 동의를 받아서 많이 적용됩니다. 그래서 병원에 있는 MD들과 공동으로

논문도 많이 쓰고 있구요. 물론 아직 확진을 위한 바이오마커는 개발되지 못

한 것으로 압니다만, 머지 않아서 밝혀지지 않을까요? (웃음)

< 1968년 노벨상 수상자 Dr. Marshall Nurenberg 의 연구실 >

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VI. 탐방 결과 정리 및 향후 활용 방안

우리의 몸은 지금도 쉴 새 없이 변하고 있다. 그러한 변화들은 혈액,

소변 같은 체액에서 아직은 잘알지 못하는 수많은 바이오마커들이

말해주고 있다. 이 바이오마커들이 알려주고 있는 우리 몸의 변화, 즉

암의 생성 등을 알려주는 신호를 포착하고 그것을 통해 증상이 없는

조기에 암을 진단하는 것이 우리의 궁극적인 목표가 될 것이다. 마치

바코드처럼 말이다.

암을 정복하는 것은 현재 세계 의학계의 가장 큰 이슈 중의

하나이다. 전세계적으로 수많은 연구자들이 이것의 정복을 위해

매진하고 있으며, 그들의 구체적인 목표 또한 새로운 바이오마커를

이용한 조기 진단에 초점을 맞추고 있다. 실제로 올해 4 월 미국

워싱턴에서 열린 세계 암 연구 학회 (National cancer research

symposium) 에는 전세계에서 만 7 천여명의 과학자가 모여서 성황을

이루었다고 한다. 이처럼 세계적으로 경쟁적으로 개발하고자 힘쓰고

있는, 암진단을 위한 바이오마커 개발에 우리나라도 많은 노력을

기울이고 있다.

그러나 이번 탐방을 통해 본 선진국의 상황은 인력과 장비 측면에서

우리나라보다 너무나도 앞서나가 있었다. Fred Hutchinson cancer

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research center 의 연구 환경은 어떤 과학자라도 꿈꿀만 한 것이었고,

UCSF 의 바이오마커 관련 장비들은 정말 놀라운 것이었다. MD

Anderson cancer center 에서는 암에 대한 기초적인 지식들이 임상

분야에까지 잘 연결되고 있었으며, NCI 에서 본 미국의 암 연구 현황은

참으로 부러운 것이었다. 우리나라도 임상 분야 뿐만 아니라 기초

의학에 대한 중요성을 하루 빨리 인식하고 거기에 대한 지원이 많이

이루어져야겠다는 생각이 들었다.

암이라고 하는 의학계의 가장 큰 화두를 가지고 이러한 주제를

선정하여, 무사히 탐방을 다녀온 것에 큰 자부심을 느낀다. 어찌보면

전세계적으로 가장 치열하게 연구되고 있는 분야에 학부생으로서 조금

벅찬 주제였는지도 모르나, 그 분야의 최전선을 직접 탐방하면서 보고

느낀 것은 암을 연구하고자 하는 우리 팀원 각각에게 잊지 못할 소중한

재산이 될 것이다.

분명 암은 정복되고 있었다.