KR20020044849A

KR20020044849A - 위암의 혈청학적 진단을 위한 면역-중합효소연쇄반응 키트

Info

Publication number: KR20020044849A
Application number: KR1020000074068A
Authority: KR
Inventors: 렌준; 다이밍판; 수보; 정승필
Original assignee: 정승필; 배용철; 주식회사 사이메디
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2002-06-19

Abstract

본 발명은 단일 결정 면역-중합효소 연쇄반응(single determinant Immuno-PCR)을 이용하여 사람의 혈청 내에 존재하는 위암관련항원 MG7-Ag을 검출하여 위암을 진단하는 Immuno-PCR 키트에 관한 것이다.

Description

위암의 혈청학적 진단을 위한 면역-중합효소연쇄반응 키트 {Development of immuno-PCR kit for serologic diagnosis of gastric carcinoma}

본 발명은 위암의 혈청학적 진단을 위한 면역-중합효소연쇄반응 키트에 관한 것으로, 상세하게는 단일 결정 면역-중합효소 연쇄반응을 이용하여 사람의 혈청 내에 존재하는 위암관련 항원 MG7-Ag을 검출하여 위암을 진단하는 면역-중합효소 연쇄반응 키트에 관한 것이다.

종래의 위암 진단방법으로는 신체검진, 위내시경을 통한 조직 검사, 위장조영술 및 혈청 검사(CEA, CA50, CA19-9) 등이 있어 왔으나, 위암 진단의 민감도와 특이도가 낮으므로 조기 진단 기술로는 한계를 가지고 있었다.

현재 위암 진단에 사용되는 기술로는 위장 조영술과 위내시경이 비교적 정확하며 널리 쓰이고 있는 방법이기는 하지만, 대규모 인구집단을 대상으로 한 선별검사로 사용하기에는 한계가 있으며, 특히 위내시경의 경우 검사의 위험과 불편함이 있어 어린이나 노인 및 예민한 사람들에게 적용하는데 한계를 가지고 있다.

특히 위암의 수술 후 재발여부를 검사하기 위하여 추적 검사가 필요한데, 상기 검사들은 그 불편함으로 인하여 접근성이 낮은 단점이 있다.

위암은 전세계적으로 암이환율 및 암사망율이 가장 높은 암이며, 한국을 비롯하여 일본, 중국, 러시아, 중유럽, 남중미, 홍콩, 스칸디나비아 등에서 암으로 인한 사망 중 가장 많은 원인을 차지하고 있다. 따라서 조기진단이야 말로 위암의 사망률을 낮출 수 있는 유일한 방법이다.

그러나 조기위암의 경우는 증상이 거의 없는 경우가 많으며, 구토, 체중 감소, 복부 불쾌감, 연하곤란, 토혈 등의 증상이 있을 때는 이미 진행된 위암의 경우가 대부분이다.

조기위암이라 함은 위벽의 내층 중 점막(mucosa), 점막하조직(submucosa) 층에 암세포가 국한되어 있는 경우를 말하며, 이 경우 발견하여 수술을 받는 경우 5년 생존율이 약 90% 이상을 차지하므로 조기진단이 꼭 필요한 암이라고 할 수 있다.

혈청으로 암을 진단하기 위해서는 암표식자(tumor marker)의 검출이 필수적이다. 암표식자라 함은 암세포가 만드는 물질, 또는 체내의 정상세포가 암세포와 반응해서 만드는 물질 중, 혈액이나 조직, 배설물 등에서 그 물질을 검사하는 것이 암 진단이나 치료의 지표로서 도움이 되는 것을 말한다. 기존의 많은 암표식자는 특정 암에서의 특이도가 낮고 더욱이 위암에서는 정확도가 현저히 떨어지기 때문에 위암의 조기진단에는 혈청의 암표식자 검출방법이 일반화되지 못하고 있는 실정이다.

그동안 혈청진단을 가능하게 하기 위하여 많은 연구가 있어왔다. 그 중 1975년 Kohler와 Milstein²의 하이브리도마 방법을 통하여 체액속에 존재하는 많은 암관련 항원(tumor assocate antigen)을 검출한 것이 이 분야의 연구를 시작하게 했고, 1992년 Sano¹⁰등이 개발한 면역-중합효소연쇄반응 방법을 통하여 이 분야의 연구가 활발해 졌으며, 1993년부터 본 발명의 발명자들인 Ren^1,12,21,22등에 의하여 암관련 항원을 최초로 위암, 대장암 등의 조기진단에 적용하여 그 연구결과를 세계적으로 인정받고 있다.

본 발명자들은 세계 최초로 개발한 위암관련 단일항원(MG-Ag series)을 생산할 수 있는 림프잡종세포종 14종을 이미 개발하여 실험을 통하여 그 결과를 인정 받았으며, 단일항원과 중합효소연쇄반응을 결합한 방법으로 임상시험에서 진단의 정확도를 확인하였다.¹

현재 세계적으로 위암의 혈청진단을 위하여 사용하고 있는 CEA, CA 50, CA 19-9 등이 있기는 하지만, 조기 위암에서는 암관련 항원을 검출하기 어려우며 진행된 위암의 경우에도 민감도가 40~50% 밖에 되지 않는다. 따라서 진단의 민감도를 높이기 위한 연구가 연구자들의 관심을 끌고 있다.

본 발명은 위암을 조기 진단하기 위하여 위암환자의 혈청내에 존재하는 암관련 항원을 선택적으로 인식하는 MG7-Ab 단일항체와 면역-중합효소 연쇄반응을 이용하여 위암을 조기진단하는 관련 키트를 제공하는데 목적이 있다.

또한 이 방법을 사용할때 단일항체와 DNA에 강한 결합력을 주어 진단의 민감도를 높이기 위하여 특정의 결합단백질을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 단일 결정 면역-중합효소 연쇄반응을 이용하여 사람의 혈청 내에 존재하는 위암관련항원 MG7-Ag을 검출하여 위암을 진단하는 면역-중합효소 연쇄반응 키트에 관한 것이다.

본 발명자들은 위암관련 단일항체(MG-Ab) 중 가장 진단 민감도가 높은 MG7-Ab를 제공한다.

바이오티닐레이티드 단클론항체(Biotinylated MoAb)와 바이오티닐레이티드 DNA(biotinylated DNA) 조각과 결합할 수 있는 다리로서 아비딘을 사용하고 단클론항체-재조합 DNA 분자들을 중합효소 연쇄반응으로 증폭하여 전기영동으로 최종 진단한다.

ELISA법과 비교하여 본 발명의 단일 결정 면역-중합효소 연쇄반응 방법은 혈청내 20개 이하의 위암세포가 존재할 때 이를 검출할 수 있을 뿐만 아니라 진단의 민감도를 기존 방법에 비하여 10,000배 이상 높일 수가 있다.

이러한 방법을 통하여 현재 위암 뿐만 아니라 다른 종류의 암환자 혈청에 존재하는 암관련 항원을 조기진단하는 연구를 진행하고 있다.

키트는 통상적인 키트제조방법에 따라 본발명의 바이오티닐레이티드 MG7-Ab와 아비딘, 바이오티닐레이티드 플라스미드 pXJ 19 등을 포함한 진단용 키트를 제조하였다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 : 바이오티닐레이티드 단클론항체 생성

본 발명자들이 자체 개발한 위암 관련 항원에 대한 단클론항체 MG7-Ab를 생산할 수 있는 하이브리도마 세포주를 만들었다⁹.

DMEM(Dulbecco's Modified Eagle's Medium) 또는 RPMI 1640의 배지로부터 하이브리도마 세포주를 추출하여 인산염 완충 생리식염수로 세척하여 알부민을 제거하였다. 이 세포주들을 쥐의 복강내에 주사하여 10일간 배양하여 복수가 생성되도록 하였다. 복수에서 적혈구를 분리하여 항체를 정제한 후, 포화 (NH₄)₂SO₄를 첨가하였다. 이 혼합물을 1000rpm 이상으로 원심분리하여 인산염 완충 생리식염수로 세척한 후, DEAE-52 셀루로즈 친화성 크로마토그라피(cellulose affinity chromatography)를 시행하여 최종 단클론항체를 분리하였다.

포토비오틴(Photobiotin)을 사용하여 단클론항체의 시험관내 라벨링을 위한 민감도가 높은 방법으로서 본 발명의 단일 결정 면역-중합효소 연쇄반응 방법을 사용하였다^12,13. 바이오티닐레이티드 단클론항체는 세파로즈 G-50 미니칼럼에서 정제하였다.

실시예 2 : 특수 마커로서 바이오티닐레이티드 플라스미드의 준비

마커 DNA로 전장 재조합 플라스미드(full-length recombinant plasmid) pXJ 19를 사용하였으며, 본 발명자가 제조한 프라이머²²(서열번호 1, 2)를 이용하여 중합효소 연쇄반응으로 증폭하였다.

실시예 3 : 단일 결정 면역-중합효소 연쇄반응 방법

본 발명의 단일 결정 면역-중합효소 연쇄반응 방법¹²은 다음과 같다.

희석된 혈청 100㎕를 넣은 microtiter well을 4℃에서 밤샘 혹은 37℃에서 2시간 동안 0.05M 카보네이트 완충용액(pH 9.6)으로 코팅시켰다.

Well들을 인산염 완충 생리식염수에서 3% 탈지분유, 0.1mM 에틸렌다이아민 테트라아세트산, 0.02% 소디움 아자이드로 블록(180㎕/well) 하고 인산염 완충 생리식염수-트윈 20으로 두 번 세척한 후, 바이오티닐레이티드 MG7-Ab(10㎍/㎖) 100㎕를 첨가하여 2시간 동안 37℃에서 배양하였다. 결합하지 않은 MG7-Ag을 제거하기 위하여 씻어낸 뒤 부가된 바이오티닐레이티드 MG7-Ab에 결합하도록 아비딘(7.2㎍/㎖)을 첨가한 채로 30분간 실온에 두었다가 추가 배양을 위하여 바이오티닐레이티드 pXJ 19를 마지막으로 첨가하였다.

이 well들을 5분간 5번 트윈-인산염 완충 생리식염수로 세척한 후 비특이적으로 결합된 바이오티닐레이티드 플라스미드를 제거하기 위하여 증류수로 5분간 4번 씻어내었다. 이 well에 PCR 반응액 약 50㎕를 첨가한 후, 결합된 바이오티닐레이티드 플라스미드 pXJ 19를 분리하기 위하여 96℃에서 3분간 predenaturation 하였다.

각 well에 있는 내용물을 500㎕ Eppendorf 튜브로 옮겨서, 각 튜브를 DNA 온도순환기를 이용하여 PCR을 시행하였다.

이때 사용하는 프라이머는 다음과 같다.

프라이머 서열

sense direction (서열번호 1)	5' - TCCCAGTCACGACGTTG - 3'
antisense direction (서열번호 2)	5' - AACAGCTATGACCATG - 3'

PCR은 다음과 같은 방법으로 진행하였다.

10mM 트리스-HCl(pH 8.3), 50mM KCl, 1.5mM MgCl₂, 0.8mM 데옥시리보누클레오티드(각 0.2mM), 각 프라이머 2M, taq DNA 폴리머라제를 혼합하여 3분간 96℃에서 초기 변성(initial denaturation), 1분간 94℃에서 변성 35사이클, 1분간 40℃에서 어닐링(annealing), 1분간 72℃에서 extension, 5분간 72℃에서 final extension 한다.

이 프라이머들은 PCR 증폭에서 420-bps 조각을 만드는 데 사용한다. PCR 결과물 10㎕에 2㎕ 적재용액 I을 섞어서, 2% 아가로즈젤에 전기영동 시켜 에티듐 브로마이드로 염색한다.

본 발명에 관한 면역-중합효소 연쇄반응 프로토콜의 도식은 다음과 같다.

Antigen immobilized

↓

Biotinylated Monoclonal Antibody(MG7-Ab)

↓

Avidin

↓

Biotinylated plasmid

↓

PCR

↓

Electrophoresis

* 최종복합체 : Antigen-biotinylated antibody-avidin-biotinylated plasmid.

* 결합하지 않는 반응액들은 세척되어 짐.

* 그 후 바이오티닐레이티드 플라스미드는 well에서 분리되어 PCR 후 전기영동 과정을 거침.

최종적으로 전기영동을 거쳐서 400 base-pair DNA 밴드가 나타나면 위암 양성판정이 내려지며, 이 밴드가 없을 경우 음성으로 판정한다.

실시예 4 : 위암 및 타 암종을 가진 환자의 혈청에서 면역-중합효소 연쇄반응을 통한 MG7-Ag 검출율

본 발명의 단일 결정 면역-중합효소 연쇄반응법을 통하여 위암 및 타 암종 환자의 혈청으로 검사한 결과는 다음과 같다.

위암 및 타 암종을 가진 환자의 혈청에서 면역-중합효소 연쇄반응을 통한 MG7-Ag 검출율

양성군	환자수	양성자수	양성율(%)
위암	198	164	82.8
식도암	86	15	17.4
대장암	90	40	44.4
간암	84	0	0.0
난소암	45	1	2.2
자궁암	27	0	0.0
폐암	66	4	6.1
위궤양	78	6	7.7
만성위염	118	7	5.9
만성대장염	60	2	3.3
헌혈자	236	2	0.8

표2에서 보는바와 같이, 혈청에서의 암관련 항원을 진단하기 위하여 본 발명의 단일 결정 면역-중합효소 연쇄반응 방법으로 조기위암 및 진행성위암을 진단한 결과 검사의 양성율은 82.8%로 나타났으며, 식도암과 대장암 등 위장세포와 관련있는 장기의 암환자에서 양성율이 높아 교차반응이 있는 것으로 판단된다.

실시예 5 : 전이 여부에 따른 위암환자에서의 DNA밴드 농도의 분석

위암환자 중 전이된 환자와 전이되지 않은 환자들의 혈청내에서 DNA 밴드량을 측정해본 결과 전이되지 않은 경우에 비하여 전이된 위암의 경우 밴드량이 통계적으로 유의하게 높은 것으로 나타났으며, 이 결과는 용량-반응관계를 보여주는 것이다.

전이 여부에 따른 위암환자에서의 DNA밴드농도의 분석

그룹	환자수	양성자수	농도값
위암(전이됨)	36	30	1.94±0.03*
위암(전이안됨)	54	42	1.28±0.02

* : p<0.01

실시예 6 : 기존 혈청학적 암진단 마커와 본 발명간의 진단율 비교

현재 사용하고 있는 위암관련 암진단 마커와 본 발명의 MG7-Ag IPCR 간에 비교를 하였다. 이를 위하여 위암 환자 86명 및 양성자 83명을 대상으로 하였으며 결과는 다음과 같다.

기존 혈청학적 방법인 CEA,CA 50, CA 19-9,TAG-72, MG7-Ag IRMA과 본 발명인 MG7-Ag-IPCR

항원	위암환자(%)	양성자(Benign)(%)
CEA	29 (33.7%)	10 (2.0%)
CA 50	24 (27.9%)	6 (7.2%)
CA 19-9	33 (38.4%)	6 (7.2%)
TAG-72	39 (45.3%)	7 (8.4%)
MG7-AG IRMA	42 (48.8%)	6 (7.2%)
MG7-Ag IPCR	70 (81.4%)	6 (8.4%)

표4의 결과를 살펴보면, 기존의 진행성 위암에서 혈청학적으로 진단하는데 사용되는 여러방법들과 비교하여 볼때, 본 발명의 MG7-Ag 면역-중합효소 연쇄반응의 민감도는 81.4%, 특이도는 91.6%를 기록하여 기존의 어떤 방법보다도 우수한 것으로 나타났다.

이와 같은 결과를 종합하여 보면, 본 발명은 위암의 유병율 및 사망률이 높은 지역이나 국가 그리고 고위험군들을 대상으로 한 집단 검진에 사용할 수 있으며, 노인이나 어린이 등 침습적 방법으로 접근하기 어려운 사람들에 대한 검사를 용이하게 하고, 위암 수술 후 재발여부를 추적 검사해야 하는 경우에 사용할 수 있다. 이렇게 함으로써 선별검사에 드는 비용과 시간을 줄일 수 있으며, 진단의 접근성을 용이하게 한다.

본 발명의 MG7-Ab 단일항체와 단일 결정 면역-중합효소 연쇄반응 방법을 통한 MG7-Ag의 혈청학적 검사방법은 간암, 대장암, 유방암, 자궁암, 폐암, 방광암 등 각종 암의 혈청학적 조기진단을 가능하게 할 수 있으며 향후 다양한 암진단에 적용할 수 있다.

검사의 민감도와 특이도가 선별검사로서 양호한 수준이기 때문에 임상에 적용하여 고위험군을 선별하고 재발유무를 조기에 진단함으로써 의료비의 절감과 위암으로 인한 사망률의 감소 및 생명연장에 획기적인 기여를 할 것이다.

< 참고문헌 >

1) Ren J, Chen Z, Zhou SJ, Zhang XY, Pan BR, Fan DM..Detection of Circulating Gastric Cancer Associated Antigen MG7-Ag in Human Sera with Established Immuno-PCR Technique. Cancer 2000;88(2):280-5.

2) Kohler G, Milstein C. Continuous cultures of fused cells secreting antibody pre-defined specificity. Nature 1975;256:495-99.

3) Kaminishi M, Shimizu N, Yamaguchi H, Hashimoto M, Sakai S, Oohara T. Different carcinogenesis in the gastric remnant after gstrectomy for gastric cancer. Cancer 1996;77:1646-53.

4) Tsuchya N, Hoshino K. Diagnostic significance of fluorocytophotometric DNA ploidy analysis of gastric cancer with special reference to its comparison with clinical and histopathologic diagnosis. Nippon Geka Hokan 1990;59:116-33.

5) Tahara E. Genetic alterations in human gastrointestinal cancers. The application to molecular diagnosis. Cancer 1995;75:1410-17.

6) Yasui W, Yoshida K, Ito H, Tahara E. Molecular diagnosis of gastric cancer. Gan to Kagaku Ryoho 1991;18:7-13.

7) Chen S. Biologic and molecular genetic properties of a transplantable human primary gastric cancer in nude mice. Chung Hua Chung Liu Tsa Chih 1989;11:172-75.

8) Miwa H, Wada R, Abe H, Ohkura R, Yang SW, Watanabe H, et al. Diagnosis of gastric adenoma versus early gastric cancer by bromodeoxyuridine immunohistochemistry from gastric biopsy specimen. J Gsatroenterol Hepatol 1993;8:133-37.

9) Fan DM, Zhang XY, Chen XT, Mu ZX, Hu JL, Qioa TD, et al. Establishment of four monoclonal antibodies to a poorly differenciated gastric cnacer cell line MKN-46-9 and immunohistochemical study on their corresponding antigens. Chin. J Med PLA. 1988;13:12-15.

10) Sano T, Smith C, Cantor C. Immuno-PCR: Very sensitive antigen detection by means of specific antibody-DNA conjugates. Science 1992;258:120-22.

11) Zhou H, Fisher RJ, Papas TS. Universal immuno-PCR for ultra-sensitive target protein detection. Nucleic Acids Res 1993;21:6038-39.

12) Ren J, Fan DM, Zhou SJ, Zhang XY, Yang AG, Li MF, et al.. Establishment of Immuno-PCR technique for the detection of tumor associated antigen MG7-Ag on the gastric cancer cell line. Chung Hua Chung Liu Tsa Chih 1994;16:147-50.

13) Ren J, Fan DM, Zhang XY, Zhou SJ, Yang AG, Hu JL, et al. :Immuno-PCR, a new technology insero-diagnosis of gastric cancer. Chinese J Dig Dis 1996; 16:14-16.

14) Chang TC, Huang SH. A modified immuno-polymerase chain for the detection of beta-glucuronidases from Escherichia coli. J Immunol Methods 1997; 208:35-42.

15) McElhinny AS, Warner CM. Detection of major histocompatibility complex class I antigens on the surface of a single murine blastocyst by immuno-PCR. Biotechniques 1997; 23:660-62.

16) Baumler AJ, Heffron F, Reissbrodt R. Rapid detection of Salmonella enterica with primers specific for iro B. J Clin Microbiol 1997; 35:1224-30.

17) Numata Y, Matsumoto Y. Rapid detection of alpha-human atrial natriuretic peptide in plasma by a sensitive immuno-PCR sandwich assays. Clin Chim Acta 1997; 259:169-76.

18) Niemeyer cM, Adler M, Blohm D. Fluorometric polymerase chain reaction (PCR) enzyme-linked immunosorbent assay for quantification of immuno-PCR products in microplates. Annl Biochem 1997; 246:140-45.

19) Suzuki, A. , Itoh, F. , Hinoda, Y. and Imai, K. Doudle determinant immuno-polymerase chainreaction: a sensitive method for detection circulating antigens in human sera. Jpn J Cancer Res 1995;86:885-9,

20) Sperl J, Paliwal V, Ramabhadran R, Nowak B, Askenase PW. Soluble T cell receptors: detection and quantitative assay in fluid phase via ELISA or immuno-PCR. J Immuno Methods 1995; 186:181-94.

21) Ren J, Fan DM, Zhou SJ, Fan DM, Chen Z, Zhang XY. Application of Immuno-PCR in the serologicaldiagnosis of colonic cancer. Chinese J Intern Med 1996; 35:824-25.

22) Ren J, Fan DM, Zhou SJ, Zhang XY, Yang AG, Chen SM, et al. Molecular cloning of VH, Vkgenes and sequencing of Vk genes from monclonal antibosy Mgd-1 againstric cancer. J Gastroenterol Hepatol 1993; (suppl) : 226.

23) Lacey E, Grant W. photobiotin as a sensitive probe for protein labeling. Anal Biochem 1987; 163: 151-58.

24) Forster AC, McInnes JL, Skingle DC, Symons RH. Non-radioactive hybridization probes prepared by the chemical labeling of DNA and RNA with a novel reagent, photobiotin. Nucleic Acid Res 1985; 13:745-61.

25) Chen LJ, Zhang SY, Zhang JL, Zhang Z, Li S, Chen M, et al. Effect of targeting treatment of mitomycin C immunoconjugate on stomach neoplasm. Chung Kuo Yao Li Hsueh Pao 1993; 14:572-76.

26) Li S, Zhang XY, Qiao TD, Chen XT, Zhang XY, Chen LY. Enhanced antitumor activity of daunomycin conjugated with antigastric cancermonoclonal antibody MGb2. 0ncol Res 1992; 4:447-53.

27) Li S, Zhang XY, Fan DM, Xhan SY, Chen LJ, et al. Specific targeting of mitomycin C to tumors by anti-gastric cancer monoclonal antibody. Chin Med J Engl 1991; 104:358-62.

28) Xu L, Zhang XY, Zhang SY. In vitro and on vivo targeting therapy of immunoliposomes against human gastric cancer. Chuang Hua I Hsueh Tsa Chil 1994;72:83-86.

29) Xu L. Boron neutron capture therapy of human gastric cancer by boron-containing immunoliposomes under thder thermal neutron irradiation. Chung Hua I Hsueh Tsa Chil-Taipei 1991; 71:568-71.

30) Li G, Zhang XY, Fan DM, Hu JL. Detection of antigen-specific immune complex in sera of gastric and esophageal cancer patiens. Chin Med J Engl 1994; 197:189-91.

Claims

사람의 혈청내에 존재하는 암관련 항원을 검출하여 암을 진단하는 단일결정 면역중합효소 연쇄반응 키트
제1항에 있어서, 단일항체와 DNA를 결합시키는 결합단백질로 아비딘을 사용하는 것을 특징으로 하는 단일결정 면역중합효소 연쇄반응 키트
제1항 내지 제2항에 있어서, 단일항체 및 DNA는 바이오티닐레이티드된 것임을 특징으로 하는 단일결정 면역중합효소 연쇄반응 키트
제1항 내지 제3항에 있어서, 마커 DNA로 pXJ 19를 사용하는 것을 특징으로하는 단일결정 면역중합효소 연쇄반응 키트
제1항 내지 제4항에 있어서, PCR에 사용하는 프라이머가 서열번호 1 및 서열번호 2임을 특징으로 하는 단일결정 면역중합효소 연쇄반응 키트
제1항 내지 제5항에 있어서, 위암관련 단일항원 MG7-Ag을 검출하여 위암을 진단하는 단일결정 면역중합효소 연쇄반응 키트
제1항 내지 제5항에 있어서, 식도암, 대장암, 간암, 난소암, 자궁암 및 폐암등과 같은 암관련 항원을 검출하여 암을 진단하는 단일결정 면역중합효소 연쇄반응 키트