- 14만명 임상서 조기암 진단 성과 기대 못 미쳐...기술 한계 확인
- GC지놈·아이엠디엑스, 데이터·AI 기반 정밀진단 플랫폼 경쟁
최근 글로벌 제약·바이오업계에선 혈액을 정밀 검진해 다양한 질병을 조기에 진단하는 액체생검(Liquid biopsy) 기술이 주목받고 있다. 이미 건강검진 서비스 시장에서 상용화가 이뤄졌지만, 진단의 정확도를 높이기 위한 연구·개발은 한창 진행 중이다.
특히 암은 조기 진단이 필수적인 질병이다. 초기에 암을 발견하면 생존확률은 그만큼 높아진다. 다중암 조기 진단 액체생검 부분 글로벌 선두주자로 그레일(GRAIL)과 가던트헬스(Guardant Health)가 꼽힌다. 국내에서는 GC지놈과 아이엠디비엑스가 대표적이다.
이제 상용화를 넘어 정확성의 문제가 암 조기 진단 분야의 가장 큰 화두로 떠오르고 있다.
23일 업계에 따르면, 최근 그레일은 영국 국민건강서비스(NHS)와 공동으로 실시한 자사 암 진단 프로그램인 갤러리(Galleri)에 대한 대규모 무작위 대조 임상 결과를 발표했다. 임상은 2022년 14만 명을 대상으로 갤러리 검사가 말기 암을 얼마나 감소시킬 수 있는지 확인하기 위해 시작됐다. 이를 통해 얼마나 정확하게 조기에 암을 진단할 수 있느냐를 평가하고자 했다. 하지만 결과는 기대에 미치지 못했다.
그레일은 지난 2020년 액체생검을 통해 50가지 이상의 암종을 탐지해 낼 수 있는 것으로 알려지며 주목받았다. 하지만 이변 임상 결과로 정확성의 한계가 드러난 셈이다. 업계에서는 이번 임상 결과가 액체생검 조기 암 진단 기술 자체의 위기를 의미하는 것은 아니라고 입을 모은다. 다만, 이를 계기로 정확도를 높이는 문제가 최대 과제로 떠오른 것은 분명해 보인다.
◇ 암 조기 진단부터 치료 이후 관리까지
일반적으로 암 진단은 X선이나 초음파 촬영, 컴퓨터단층촬영(CR), 자기공명영상(MRI) 등을 통해 검사한다. 확진을 위해서는 종양 조각을 채취해 현미경으로 검사하는 이른바 생검(조직검사)를 진행해야 한다.
액체생검은 혈액, 타액, 소변 등에 존재하는 뉴클레오티드 조각을 분석해 암과 같은 질병의 진행을 실시간으로 추적하는 기술이다. 이중 혈액에는 적혈구, 백혈구, 혈소판, 엑소좀, RNA, DNA, 단백질 등 다양한 물질이 혼합돼 있는데 특히 암 진단에는 순환종앙 DNA(ctDNA)가 지표로 활용된다. 직접 종양을 떼어내는 조직검사보다 빠르고 간편하게 검사할 수 있다.
상용화된 액체생검 프로그램들은 진단 이후 환자 개개인의 DNA 변이 특성애 맞춘 정밀 의학 기술을 사용해 최적을 치료제를 선택할 수 있도록 돕는다. 암 환자가 치료 이후에도 액체생검을 정기적으로 시행함으로써 재발 징후 관리도 가능하다.
문제는 액체생검 암 검진의 위양성(False Positive) 이슈다. 검진 결과 암이 존재한다고 나왔지만 실제로는 암이 아닌 경우가 많다는 평가다. 또한 ctDNA로 암의 존재는 알 수 있어도 그 암이 신체 어느 부위에서 발생했는지 특정하기 어렵다는 문제도 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 업계에서는 인공지능(AI)를 활용하거나 추가 연구를 진행하고 있다.
◇ AI 고도화 전략 대결...아이캔서치 vs 캔서파인더
이런 문제를 해결하기 위해 업계에서는 인공지능(AI)를 활용을 고도화하거나 새로운 진단법 개발 등 추가 연구를 진행하고 있다.
GC지놈은 자체 개발한 AI 알고리즘 분석법을 적용한 ‘아이캔서치(ai-CANCERCH)’를 2023년 9월 국내 암 검진 시장에 출시해 운영 중이다. 2013년 액체생검 및 임상유전체 분석 전문 기업으로 출범한 이 회사는 국내 산전검사 시장 점유율 1위 기업으로 성장했으며 그동안 쌓아온 액체생검 기술력을 바탕으로 암 진단 시장에까지 영역을 확대한 것이다.
아이캔서치는 AI 알고리즘을 활용해 혈관 속을 떠다니는 세포유리 DNA(cfDNA) 중 순환 종양 DNA(ctDNA)를 추출해 차세대 염기서열 분석법(NGS)을 적용해 암을 진단한다. 현재 주요 10종 이상의 암 존재 가능성을 예측할 수 있다는 게 회사 설명이다.
특히, GC지놈이 특허를 보유한 AI 알고리즘 기반 분석법은 암환자를 포함한 8000명 이상의 임상 검체 데이터를 기반으로 한다. 추가적인 임상 연구를 통해 적용 가능한 암종을 지속적으로 확대해 나갈 예정이며, 향후 예측 가능한 암종을 20종까지 늘릴 계획이다.
또한 이 제품의 주요 기술에 대한 임상 성능 결과는 Nature 자매 학술지에 게재(Nat Commun 2023, IF 17.7.) 됐으며, 주요 국제 암 학술대회 발표와 2024년 제19차 대한진단유전학회 최우수 논문상 수상 등을 통해 기술력을 인정받았다.
GC지놈 관계자는 “아이캔선치는 아주 미세한 양의 암 신호를 포착하는 민감도가 뛰어나고 암종 확장이 용이하다는 점이 강점”이라며 “특이도를 95% 수준으로 유지하면서도 민감도를 80% 이상으로 끌어올렸다”고 설명했다. GC지놈과 경쟁업체인 아이엠디비엑슨 캔서파인더를 운영 중이다. 비슷하게 ctDNA를 지표로 활용한다. 이 기술은 혈액 내 ctDNA의 다양한 특성을 이미지 데이터로 변환해 학습하는 딥러닝 프레임워크를 적용한 것이 특징이다.
◇ 국내외 연구진, AI·단백질 결합 등 정밀도 개선 총력
국내외 진단의학계에서도 액체생검 암 진단의 정확도를 높이기 위한 연구가 진행 중이다.
미국 하버드대 의대 출신 의과학자들이 모여 창업한 생명공학회사 ‘노벨나(Novelna)’는 지난 1월 9일(현지시간) 진단 정확도를 높인 진단기술에 대한 연구 논문을 국제학술지 ‘영국의학저널(BMJ) 종양학’에 발표했다.
노벨나는 혈액내 ctDNA뿐만 아니라 암과 관련된 혈장 내 단백질 10종까지 분석해 정확도를 높였다. 이들은 실험에서 18가지 유형의 암 진단을 받은 440명과 건강한 44명을 모집해 혈액 샘플을 수집해 개발한 진단법을 적용했다. 이 과정에서 특이도는 99%로 고정 설정했다. 그 결과 남성 환자의 경우, 93%의 민감도를 여성의 경우 84%의 민감도를 나타냈다. 이 결과는 그레일의 갤러리보다 훨씬 높은 정확도를 보인 것이라는 평가다.
다만 해당 정확도는 민감도와 특이도를 종합한 지표로, 실제 임상 적용을 위해서는 암을 놓치지 않는 민감도와 위양성을 줄이는 특이도를 별도로 검증할 필요가 있다는 지적도 나온다.
국내에서는 지난 4월 20일 안스데반 가톨릭대학교 성빈센트병원 신경외과 교수팀이 난치성 뇌종양인 교모세포종에 대한 액체생검 진단 연구에 착수했다. 이번 연구는 혈액 내 엑소좀을 기반으로 한다. 엑소좀은 종양의 분자적 특성을 고스란히 담고 있는 정보 전달체로 기존 혈중 DNA 분석 방식보다 종양의 생물하가적 상태를 더울 정밀하게 반영하는 특징이 있다.
연구팀은 소량 혈액만으로 종양의 유전적 특성과 질병 진행 상태를 파악할 수 있는 플랫폼을 구축, 환자 신체적 부담을 줄이는 동시에 정밀한 모니터링과 치료 반응 예측을 가능케 한다는 방침이다.
전문가들은 향후 액채생검 암 진단 기술의 경쟁력은 어떤 생물학적 신호를 얼마나 정교하게 통합하느냐가 핵심이라고 본다. 액체생검이 ‘가능한 기술’에서 ‘신뢰 가능한 진단’으로 넘어가기 위해서는 민감도와 특이도를 동시에 확보하는 것이 필수 과제로 지목된다.
