KR102180439B1 - 열분석법을 이용한 암 진단 정보 제공방법 - Google Patents

열분석법을 이용한 암 진단 정보 제공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열분석법을 이용한 암 진단을 위한 정보를 제공하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 열분석법을 이용하는 암 진단을 위한 정보를 제공하는 방법은 생물학적 시료의 열출입을 분석하여 얻은 열화학 반응시작온도, 열량 변화 결과 등을 활용하여 암의 종류, 경과 및 전이 여부 등을 진단할 수 있다. 세포 조직이나 혈액만으로도 진단이 가능하므로 조직 배양 등의 기존의 번거로운 절차를 거치지 않고 단시간 내에 또한 간단하게 암의 종류, 경과 등을 진단할 수 있다는 장점이 있다.

Description

열분석법을 이용한 암 진단 정보 제공방법{Method for providing information for diagnosing cancer using thermal analysis method}
본 발명은 열분석법을 이용한 암 진단 정보 제공방법에 관한 것이다.
암은 전 세계적으로 가장 보편적인 사망원인 중의 하나이다. 약 천만 건의 새로운 케이스가 매년 발생하며, 전체 사망원인의 약 12%를 차지하여 세 번째로 많은 사망의 원인이 되고 있다.
자기공명영상 검사, 내시경 검사, 조직 검사, 화학적 검사 등의 기존의 암을 진단하는 방법은 인체에 손상을 줄 수 있고, 검사에 장시간이 소요되며, 많은 비용이 발생한다는 단점이 있다.
한편, 암세포는 일반세포보다 증식속도가 빠르고 열반응 특징이 있어 주변의 정상세포에 비해 온도가 높다. 다수의 특허 및 논문에서 암세포의 이러한 특성을 이용하여 암을 진단하는 방법에 대해서 개시하고 있다.
그러나 단순한 온도 측정을 이용하여 암 진단을 하는 경우, 아직 체계화된 데이터가 없고, 외부의 온도, 측정자의 나이, 측정자의 체온, 외상의 존재 등의 외부적인 요인으로 정확한 측정이 이루어지지 않아 오차가 존재할 수 있다는 문제점이 있어왔다.
한국등록특허 제10-1642299호 한국등록특허 제10-1418549호
본 발명의 목적은 본 발명의 여러 구현예에 따른 열분석법을 이용한 암 진단을 위한 정보를 제공하는 방법을 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은 생물학적 시료를 얻는 단계; 상기 생물학적 시료의 37 내지 47 ℃ 온도 범위에서 열출입 데이터를 얻는 단계; 및 상기 열출입 데이터를 통해 암 진단정보를 제공하는 단계;를 포함하는 암 진단을 위한 정보를 제공하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, 상기 생물학적 시료는 세포 조직, 혈액 및 체액으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 열출입 데이터는 열화학 반응 시작 온도, 열유량 변화, 열량 변화, 전력량 보상값 및 보상 온도로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 열출입 데이터를 얻는 단계는 시차주사열량분석법(Differential Scanning Calorimetry; DSC), 등온 적정 열량측정법(Isothermal Titration calorimetry; ITC) 또는 시차열분석법(Differential Thermal Analysis; DTA)에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 열출입 데이터를 얻는 단계는 시차주사열량분석법에 의해 이루어지고, 상기 생물학적 시료를 1 내지 10 ℃/분의 속도로 37 내지 47 ℃까지 승온시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 열출입 데이터를 얻는 단계는 열출입 데이터를 얻는 온도에 도달하기 전에 상기 생물학적 시료의 온도를 25 내지 30 ℃로 1 내지 60 분간 유지시키는 안정화 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 열출입 데이터를 얻는 단계는 시차주사열량분석법에 의해 이루어지고, 상기 열출입 데이터를 통해 암 진단정보를 제공하는 단계는 상기 생물학적 시료의 열화학 반응 시작 온도를 통해 암의 유무에 대한 진단 정보를 제공하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 암 진단을 위한 정보는 암의 종류, 경과 또는 암 전이 여부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 암의 종류는 혈액암, 간암, 폐암, 방광암, 위암, 대장암, 담도암, 유방암, 자궁암, 결장암, 난소암, 췌장암, 전립선암, 골암, 피부암, 후두함, 비인두암, 소장암, 갑상선암, 부갑상선암, 요도암, 기관지암, 신장암 및 골수암으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 암의 종류일 수 있다.
본 발명에 따른 열분석법을 이용하는 암 진단을 위한 정보를 제공하는 방법은 생물학적 시료의 열출입을 분석하여 얻은 열화학반응온도, 열량 변화 결과 등을 활용하여 암의 종류, 경과 및 전이 여부 등을 진단할 수 있다. 세포 조직이나 혈액만으로도 진단이 가능하므로 조직 배양 등의 기존의 번거로운 절차를 거치지 않고 단시간 내에 또한 간단하게 암의 종류, 경과 등을 진단할 수 있다는 장점이 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따라 물의 시차주사열량분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용된 배지의 시차주사열량분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 정상세포주의 시차주사열량분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따라 암세포주와 배지 혼합물의 시차주사열량분석 결과를 나타낸 그래프이며, 도 4b 및 4c는 본 발명의 일 실시예에 따라 정상세포주와 암세포주의 사차주사열량분석 결과를 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 동일 암세포주에 대한 시차주사열량분석을 3회 반복 실시한 결과를 나타낸다.
이하 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
기존의 자기공명영상 검사, 내시경 검사, 조직 검사, 화학적 검사 등의 암을 진단하는 방법은 인체에 손상을 줄 수 있고, 검사에 장시간이 소요되며, 많은 비용이 발생한다는 문제가 있다.
본 발명의 열분석법을 이용하는 암 진단을 위한 정보를 제공하는 방법은 혈액이나 세포 조직 등의 생물학적 시료를 열분석 방법으로 진단하기 때문에, 세포 조직을 별도로 배양하는 등의 번거로운 절차가 생략되고, 인체에 손상을 주거나 많은 비용을 요구하지 않으며, 측정시간이 수 분 내지 수십 분 정도로 매우 짧아 효율적이다.
본 발명의 일 측면은 생물학적 시료를 얻는 단계; 상기 생물학적 시료의 37내지 47 ℃ 온도 범위에서 열출입 데이터를 얻는 단계; 및 상기 열출입 데이터를 통해 암 진단정보를 제공하는 단계;를 포함하는 암 진단을 위한 정보를 제공하는 방법을 제공한다.
암세포는 일반세포보다 증식속도가 빠르고 열반응 특징이 있어 주변의 정상세포에 비해 약간 높은 온도에서 생장한다. 다수의 특허 및 논문에서 암세포의 이러한 특성을 이용하여 암을 진단하는 방법에 대해서 개시하고 있다.
그러나 단순한 온도 측정을 이용하여 암 진단을 하는 경우, 아직 체계화된 데이터가 없고, 외부의 온도, 측정자의 나이, 측정자의 체온, 외상의 존재 등의 외부적인 요인으로 정확한 측정이 이루어지지 않아 정확한 진단이 이루어질 수 없다는 문제점이 있어왔다.
반면, 본 발명은 생물학적 시료의 흡열 및 발열반응이 발생하는 온도, 열유량 변화 등의 측정을 통해 진단을 위한 정보를 제공하므로 개인적인 요인에 의한 오차 및 외부 요소에 구애받지 않고 정확한 진단이 가능하다.
전술한 대로 암세포의 경우 일반적인 세포에 비해 발열특성이 있으며, 활성온도가 2 내지 3 ℃ 가량 높다. 외부에서 열을 가해줄 경우, 일반적인 세포는 35 내지 37 ℃에서 열화학반응이 일어나지만, 암세포는 왕성히 생장하는 온도인 38 내지 45 ℃에서 열화화학반응이 일어나며 공급된 열을 흡수한다. 흡열반응은 암세포의 활성, 변성 또는 괴사, 사멸될 때를 의미하며, 한 번의 흡열반응이 일어난다. 채취한 세포나 혈액에 열을 가해줌으로써 생겨나는 열적 거동을 분석하는 방식으로 암 진단이 가능하다.
또한, 기존에 보고된 온도 분석을 통한 방법은 60 ℃ 이상의 비교적 고온에서 분석이 이루어졌던 반면, 본 발명의 38 내지 45 ℃의 저온에서 열출입을 감지하여 암 진단 정보를 제공할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 생물학적 시료는 세포 조직, 혈액 및 체액으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명에서 서술하는 생물학적 시료는 전혈, 혈청, 혈장, 요, 분변, 객담, 타액, 조직, 세포, 세포 추출물, 체외 세포 배양물 등과 같은 시료들을 포함한다. 본 발명의 암 진단을 위한 정보를 제공하는 방법은 배지 상태의 세포에서도 열 특이성을 확인 가능함으로 별도의 전처리 없이 간단히 결과를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 상기 열출입 데이터는 열화학 반응 시작 온도, 열유량 변화, 열량 변화, 전력량 보상값 및 보상온도로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 열출입 데이터를 얻는 단계는 시차주사열량분석법(Differential Scanning Calorimetry; DSC), 등온 적정 열량측정법(Isothermal Titration calorimetry; ITC) 또는 시차열분석법(Differential Thermal Analysis; DTA)에 의해 이루어질 수 있다. 다만 상기 기재는 예시에 불과하며 생물학적 시료의 열출입, 열(전력량)보상 등을 감지할 수 있는 방법이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.
상기 시차주사열량분석(Differential Scanning Calorimetry; DSC)은 시차열분석(Differential Thermal Analysis; DTA)을 개량한 열분석법의 하나이다. 시료와 기준물질을 동일 조건하에서 일정속도로 가열 또는 냉각하며, 두 물질간의 온도가 같이 되도록 전기적으로 가하는 열량의 차를 세로축에, 온도(또는 시간)를 횡축에 기록한다. DTA는 시료내의 열전도와 관련이 있지만 열량의 정량적 측정이 곤란하다. 그러나 DSC에서는 시료와 기준물질의 가열장치가 서로 달라 가열로의 온도를 일정 속도로 올리거나 내릴 때 온도차이가 발생하고 이를 보정하기 위한 에너지가 공급된다. 이 측정에 의해 시료의 비열이나 1차 상전이의 온도 등을 결정할 수 있다. 식품에서는 전분의 호화, 노화, 다당류 gel의 sol-gel 전이, 난백의 가열응고, 그 밖의 단백질의 변성, 지방질에서는 고체지방지수, 카카오버터의 결정형의 판별, 단백질, 당 등으로 물과의 상호작용, 식품중의 물의 존재상태, 또는 알코올음료, 초콜렛의 품질평가 등 광범위하게 쓰이고 있다. 이 측정법은 비교적 소량의 시료로 측정이 가능하고, 조작이 그리 복잡하지 않고 자동화되어 있는 것이 특징이다.
상기 등온 적정 열량측정법(Isothermal Titration calorimetry; ITC)은 생체 분자 상호 작용의 정량적 연구에 사용되며, 생체 분자 결합 작용 동안 방출되거나 흡수된 열을 직접 측정할 수 있다. 상기 시차주사열량분석법 및 상기 등온 적정 열량 측정법은 생물학적 시료의 열출입을 감지하기 때문에, 본 발명의 암 진단을 위한 정보를 제공하는 방법에 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 시차주사열량분석법을 이용하여 상기 생물학적 시료의 38 내지 45 ℃ 범위의 온도 범위에서 열화학반응이 시작되는 온도를 측정하여 암의 종류를 구분할 수 있으며, 해당 온도에서 생성되는 DSC 흡열 피크의 면적 데이터로부터 암의 진행경과를 파악할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 열출입 데이터를 얻는 단계는 상기 생물학적 시료를 1 내지 10 ℃/분의 속도로 37 내지 47 ℃까지 승온시키는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 1 내지 10 ℃/분의 속도를 벗어날 경우, 열출입 데이터의 감도와 정확도의 오차 발생 요인이 될 수 있어서 정확한 암 진단정보를 제공하기 어려울 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 열출입 데이터를 얻는 단계는 상기 생물학적 시료의 온도를 25 내지 30 ℃로 1 내지 60 분간 유지시키는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 생물학적 시료의 온도를 25 내지 30 ℃에서 1 내지 60 분간 유지시키는 단계를 추가적으로 포함할 경우 열출입 데이터의 안정성, 정확성을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.
다만 상기 생물학적 시료의 온도를 25 내지 30 ℃로 1 내지 60 분간 유지시키는 단계; 및 상기 생물학적 시료를 1 내지 10 ℃/분의 속도로 37 내지 47 ℃까지 승온시키는 단계;에서 상기 온도, 유지시키는 시간, 승온 속도 및 최종적으로 승온시키는 온도의 범위는 상기 기재에 한정되는 것은 아니며, 사용되는 생물학적 시료의 종류에 따라 분석의 정확성과 재현성이 유지되는 한도에서 적절히 조절할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 열출입 데이터를 얻는 단계는 시차주사열량분석법에 의해 이루어지고, 상기 열출입 데이터를 통해 암 진단정보를 제공하는 단계는 상기 생물학적 시료의 열화학 반응 시작 온도를 통해 암의 유무에 대한 진단 정보를 제공하는 것일 수 있다. 상술한 바와 같이, 암세포는 정상세포와 달리 시차주사열량분석시 38 내지 45 ℃ 온도 범위에서 흡열반응이 일어난다. 이러한 암세포의 특성을 이용하여 열화학 반응 유무에 따른 암의 유무에 대한 진단 정보를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 암 진단을 위한 정보는 암의 종류, 경과 및 암 전이 여부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 암의 종류는 혈액암, 간암, 폐암, 방광암, 위암, 대장암, 담도암, 유방암, 자궁암, 결장암, 난소암, 췌장암, 전립선암, 골암, 피부암, 후두함, 비인두암, 소장암, 갑상선암, 부갑상선암, 요도암, 기관지암, 신장암 및 골수암으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 암의 종류일 수 있다.
상기 암 진단정보를 제공하는 단계는 통계 알고리즘으로 개발될 수 있다. 상기 통계 알고리즘은 생물학적 시료의 종류의 열분석 데이터, 암의 종류별 열화학반응이 시작되는 온도 데이터, 경과별 생성되는 흡열피크의 열량 데이터 등을 포함하여 구축된 데이터베이스를 바탕으로 개발된 것일 수 있다. 따라서 미지의 세포조직 및 혈액만을 열분석하여 통계 알고리즘에 적용하여 암의 종류 및 진행 경과를 확인하는 것이 가능하다. 상기 통계 알고리즘은 독자적으로 개인용 컴퓨터의 프로그램 및 휴대폰 어플리케이션 등에 적용되어 사용될 수 있다.
이하 실험예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
실험예 1. 혈액암 세포 시차주사열량분석
사용 세포주
쥐 콩팥 상피 세포주와 인간 전골수세포 백혈병 세포주 HL-60을 한국 세포주 은행에서 구매하여 사용하였다.
시차주사열량분석
시차주사열량분석은 TA Instruments사의 DSC250 모델로 수행되었다. 외부에서 질소를 50 ㎖/min의 속도로 주입하는 조건에서 샘플을 25 ℃의 온도로 10 분간 유지시킨 후 2 ℃/min 의 속도로 50 ℃까지 승온시켰다.
결과 분석
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따라 물의 시차주사열량분석 결과를 나타낸 그래프이다. 상기 도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 측정 온도 범위 내에서 특이 변화를 보이지 않았으므로, 시차주사열량분석이 정상적으로 진행되었음을 확인할 수 있었다.
다음으로 사용된 배지의 시차주사열량분석을 2회 실시하였다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용된 배지의 시차주사열량분석 결과를 나타낸 그래프이다. 상기 도 2로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 실험에 사용된 배지의 시차주사열량분석에서 특이 변화가 관찰되지 않는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 정상세포주에 대한 시차주사열량분석을 총 6 회 실시하였다. 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 정상세포주와 배지의 시차주사열량분석 결과를 나타낸 그래프이다. 상기 도 3a 및 도 3b에서 확인할 수 있는 바와 같이, 정상세포주의 경우 특이 변화를 보이지 않았다.
암세포주에 대한 시차주사열량 분석을 5 회 실시하였다. 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따라 암세포주와 배지 혼합물의 시차주사열량분석 결과를 나타낸 그래프이며, 도 4b 및 4c는 본 발명의 일 실시예에 따라 정상세포주와 암세포주의 시차주사열량분석 결과를 비교한 그래프이다.
상기 도 4a에서 확인할 수 있는 바와 같이, 암세포주와 배지의 시차주사열량분석에서 38.94 ~ 40.80 ℃ 범위에서 흡열반응(유리전이/상전이 포함)이 시작되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 도 4b 및 4c에서 확인할 수 있는 정상세포주와 암세포주의 비교에서 암세포주의 열화학 반응을 더욱 확실하게 비교 및 구분을 확인할 수 있었다.
또한, 동일 암세포주에 대한 시차주사열량분석을 3회 반복 실시하였다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 동일 암세포주에 대한 시차주사열량분석을 3회 반복 실시한 결과를 나타낸다. 상기 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 첫 번째 시차주사열량분석에서 39.47 ℃에서 흡열반응이 시작되었으나, 동일 시료 반복시험의 2회차 및 3회차 분석에서는 암세포주가 변성 또는 사멸함에 따라 특이 변화(흡열 또는 전이)를 관찰할 수 없었다.
따라서, 혈액암 세포 시차주사열량분석 결과를 통해, 암세포의 경우 정상세포와 달리 37 내지 47 ℃의 온도범위에서 열 반응이 일어나는 것을 확인할 수 있었으며, 이를 활용하여 암의 유무를 확인하는 등 암 진단을 위한 정보를 제공할 수 있음을 확인하였다.
전술한 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 생물학적 시료를 얻는 단계;
    상기 생물학적 시료의 38 내지 45 ℃ 온도 범위에서 열출입 데이터를 얻는 단계; 및
    상기 온도 범위에서의 열출입 데이터를 통해 판단되는 흡열반응의 유무로 암 진단정보를 제공하는 단계;를 포함하고,
    상기 생물학적 시료는 인체로부터 분리된 살아있는 세포 또는 상기 세포를 포함하는 조직이고,
    상기 열출입 데이터는 전력량 보상값 및 보상 온도이며,
    상기 암 진단을 위한 정보는 암의 유무, 암의 종류, 경과 또는 암 전이 여부를 포함하는 것을 특징으로 하는 암 진단을 위한 정보를 제공하는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열출입 데이터를 얻는 단계는 시차주사열량분석법(Differential Scanning Calorimetry; DSC), 등온 적정 열량측정법(Isothermal Titration calorimetry; ITC) 또는 시차열분석법(Differential Thermal Analysis; DTA)에 의해 이루어지는 암 진단을 위한 정보를 제공하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열출입 데이터를 얻는 단계는 시차주사열량분석법에 의해 이루어지고, 상기 생물학적 시료를 1 내지 10 ℃/분의 속도로 37 내지 47 ℃까지 승온시키는 단계;를 포함하는 암 진단을 위한 정보를 제공하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열출입 데이터를 얻는 단계는 열출입 데이터를 얻는 온도에 도달하기 전에 상기 생물학적 시료의 온도를 25 내지 30 ℃로 1 내지 60 분간 유지시키는 안정화 단계를 추가로 포함하는 암 진단을 위한 정보를 제공하는 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 암의 종류는 혈액암, 간암, 폐암, 방광암, 위암, 대장암, 담도암, 유방암, 자궁암, 결장암, 난소암, 췌장암, 전립선암, 골암, 피부암, 후두함, 비인두암, 소장암, 갑상선암, 부갑상선암, 요도암, 기관지암, 신장암 및 골수암으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 암의 종류인 암 진단을 위한 정보를 제공하는 방법.
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