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Kafe 바로가기주관연구기관 | 서울대학교병원 Seoul National University Hospital |
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연구책임자 | 김영수 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2016-07 |
과제시작연도 | 2015 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO201800039636 |
과제고유번호 | 1415139946 |
사업명 | 바이오의료기기산업핵심기술개발 |
DB 구축일자 | 2018-11-03 |
키워드 | 간암 조기진단.소라페닙 약물반응 진단.TACE 치료예후 진단.유전-단백체 하이브리드 마커.하이브리드 진단시스템.다중 마커 검지 플랫폼. |
□ 핵심기술
• 최소 침습 시료인 혈액을 이용한 간암 조기진단법
• 최소 침습 시료인 혈액을 이용한 소라페닙 약물반응 예측법
□ 최종목표
1. 간암 조기진단, 소라페닙 약물반응, TACE 치료예후의 진단을 위한 유전-단백체 기반 다중 마커 각 10개 이상 총 30개 이상 마커 개발.
2. 유전체, 단백체, 유전체-단백질체 하이브리드 다중 마커 검지 분석법 및 진단 알고리즘 개발과 진단 민감도/특이도/정확도 80%이상 달성
3. DNA 진단 마커 (SNP 및 바이러스 변이)의 일괄 분석이 가능
□ 핵심기술
• 최소 침습 시료인 혈액을 이용한 간암 조기진단법
• 최소 침습 시료인 혈액을 이용한 소라페닙 약물반응 예측법
□ 최종목표
1. 간암 조기진단, 소라페닙 약물반응, TACE 치료예후의 진단을 위한 유전-단백체 기반 다중 마커 각 10개 이상 총 30개 이상 마커 개발.
2. 유전체, 단백체, 유전체-단백질체 하이브리드 다중 마커 검지 분석법 및 진단 알고리즘 개발과 진단 민감도/특이도/정확도 80%이상 달성
3. DNA 진단 마커 (SNP 및 바이러스 변이)의 일괄 분석이 가능한 multiplex qPCR 기반 DNA 표준 분석법 개발
4. 총 3~5종의 단백질 다중 마커의 정량 분석이 가능한 multiplex FLISA 기반 단백질 표준분석법 개발
5. 간암 조기진단, 소라페닙 약물반응, TACE 치료예후의 진단을 위해 임상 적용이 가능한 하이브리드 다중 마커 조합 구성의 진단제의 제조공정 확립 및 검지 플랫폼 개발
6. qPCR법과 FLISA법 기반의 진단키트 및 간암 조기진단/예후예측 알고리즘을 탑재한 결과분석 소프트웨어로 구성된 진단시스템 시작품 개발
7. DNA-단백질 하이브리드 마커를 통합한 알고리즘 개발 및 개발된 진단키트에 기반한 간암 조기진단/예후예측 알고리즘의 level 1 검증
8. 질량분석기 Triple Quadrupole LC-MS/MS를 이용하여 차세대 질량분석 진단 검지 플랫폼인 MRM Assay 기반 다중 마커 분석법 개발
□ 개발내용 및 결과
1. 주관 기관 (서울대학교병원 의공학과)
1) 간암 조기진단을 위해 MRM 통한 단백질 다중 마커 개발 (목표 대비 100% 달성)
- 독립적인 시료군 (Training set : 그룹 당 30명, Test set : 그룹 당 30명) 에서 MRM 분석 결과, 진단력이 높은 (AUC > 0.700) 단일 마커 23개 단백질 최종 확인.
2) 소라페닙 약물반응을 위해 MRM 통한 단백질 다중 마커 개발 (목표 대비 100% 달성)
- 독립적인 시료군 (Training set : 그룹 당 65-Paired, Test set : 그룹당 51-Paired) 에서 MRM 분석 결과, 진단력이 높은 (AUC > 0.700)단일 마커 24개 단백질 최종 확인.
3) TACE 치료예후 예측을 위해 MRM 통한 단백질 다중 마커 개발 (목표 대비 100% 달성)
- 독립적인 시료군 (Training set : 그룹 당 50명, Test set : 그룹 당 40명) 에서 MRM 분석 결과, 진단력이 높은 (AUC > 0.600) 단일 마커 19개 단백질 최종 확인.
4) 간암 조기진단 MRM 분석과 항체 검증 간 연관성 확인 (목표 대비 100% 달성)
- MRM으로 검증된 단일 마커 23개 단백질 중, 진단력이 높은 순으로 15개의 단백질을 western blotting(protein level, linear form)한 결과,MRM 분석(peptide level)과 발현경향성이 일치하는 단일 마커 10개(A2AP, AMBP, AFP, CATB, FETUA, FINC, ITIH1, ITIH3, and PLGA)확인.
- 단일 마커 10개 중, 진단력이 가장 우수한 단백질 1개 (FINC)를 대상으로 ELISA 한 결과, 간경변군과 간암군 비교 시, AUC 값은 0.832,간암군과 회복군 비교 시, AUC 값은 0.658 로 최종 확인.
5) 약물반응 MRM 분석과 항체 검증 간 연관성 확인 (목표 대비 100% 달성)
- MRM 분석으로 검증된 단일 마커 24개 단백질 중, 진단력이 높은 순으로 7개의 단백질을 western blotting(protein level, linear form)한 결과, MRM 분석(peptide level)과 발현경향성이 일치하는 단일 마커 3개(C1QC, CD5L, and CO7) 확인.
- 또한, 진단력이 높은 순으로 7개 단백질을 ELISA (protein level,native form) 분석한 결과, MRM 분석과 발현경향성이 일치하는 단일마커는 5개 (CD5L, IGHG1, IGHG3, IgJ and LG3BP) 이고, 이 중에서 AUC 0.700 이상은 3개 [IGHG1 (0.701), CD5L (0.764), and IgJ(0.799)]로 최종 확인.
6) 시작품 제작을 위한 단백질 마커 제공 (목표 대비 100% 달성)
- 시작품 개발 ((주)진매트릭스 협력)을 위해 MRM-western blot-ELISA 3가지 분석 플랫폼으로 검증된 단일 마커 후보군 (FINC, CD5L, LG3BP, IgJ) 최종 제공.
7) MRM 분석을 통한 300-plex 에세이 플랫폼 개발 (추가 개발 내용)
- FDA 승인 및 LDT 관련 단백질 대상으로 각 국가별, 기관별 밸리데이션 가이드라인 (미국 FDA, 미국 CPTAC, 미국 CLSI, 유럽 EMA, 그리고 한국 kFDA)에 따르는 측정 기준치와 분석 결과 기준치에 만족하는 결과 값 확인.
8) AFP-L3에 대한 MRM 분석의 신의료기술 신청을 위한 자료 수집 (추가개발 내용)
- AFP-L3 측정을 기존 방식(μTAS Wako I-30)에 비해 MRM으로 측정하는 경우, 진단력이 향상 됨을 확인.
- 신의료기술 신청을 위하여 기존기술여부 신청하여 심의 중 (신청 번호
: W1600387)
9) PIVKAⅡ에 대한 MRM 분석의 신의료기술 신청을 위한 자료 수집 (추가 개발 내용)
- PIVKAⅡ 측정을 기존 방식(μTAS Wako I-30)에 비해 MRM으로 측정하는 경우, 진단력이 향상됨을 확인.
- 신의료기술 신청을 위하여 기존기술여부 신청하여 심의 중 (신청 번호
: W1600386)
10) AFP, AFP-L3 및 PIVKAⅡ에 대한 MRM 분석의 triplex 마커 성능 확인(추가 개발 내용)
- MRM 분석으로 간염 환자 100명과 간경화 환자 100명을 대조군으로,간암 환자 200명을 비교군으로 분석 시, 3개 마커(AFP+PIVKAⅡ +AFP-L3) 조합이 AUC 0.857로 단일 마커에 비하여 진단력 향상됨을 확인.
11) MRM 분석 기반 단백체 마커 밸리데이션에 대한 assay portal 구축 (추가 개발 내용)
- 제품 상용화를 위한 최종 단계인 마커 밸리데이션 포탈을 구축하고 이를 전 세계 관련 업계에서 사용가능한 포탈 구축.
- 미국 FDA, 미국 CPTAC, 미국 CLSI, 유럽 EMA, 한국 kFDA에 대한 밸리데이션 항목별 기준치와 측정치에 대한 구축.
2. 참여기관-1 (서울대학교병원 소화기내과)
1) 간암 조기 진단을 위한 임상 시료 및 임상 정보 확보 (목표 대비 100% 달성)
- 3년간 총 2,128명, 목표 대비 142% 확보함.
2) 소라페닙 약물 반응 진단을 위한 임상 시료 및 임상 정보 확보 (목표 대비 100% 달성)
- 3년간 총 350명, 목표 대비 100%확보함.
3) TACE 치료예후 진단을 위한 임상 시료 및 임상 정보 확보 (목표 대비 100% 달성)
- 3년간 총 1,201명, 목표 대비 218% 확보함.
4) 임상 정보 수집 자동화 시스템 (Data acquisition system) 구축 (목표 대비 100% 달성)
- 서울대학교병원 전자의무기록 시스템 내 코호트 등록 메뉴 개발 (국내 최대 규모의 대규모 코호트 데이터 플랫폼 구축)
- 간암 코호트 데이터베이스 시스템 구축 (통계학과 협력, 추가 개발 내용)
5) 마커 검증 및 시작품 개발을 통한 levelⅠ 검증을 위해 임상 시료 전달(목표 대비 100% 달성)
- 조기진단 시작품의 level 1 검증을 위하여 그룹 당 251명 시료 제공
- 약물반응 시작품의 level 1 검증을 위하여 그룹 당 243명 시료 제공
6) 조기진단, 소라페닙 약물 반응 진단시스템의 제 3기관 검증 (목표 대비 100% 달성)
- 제 3기관 검증을 위해 서울대학교 병원 IRB에 심의 진행 중
3. 참여기관-2 (서울대학교 통계학과)
1) 발굴된 단백질 마커들 중 통합 진단 모형에 유의미한 마커들을 선별하여 최적의 진단용 마커 발굴 (목표 대비 100% 달성)
- 간암 조기진단 및 소라페닙 약물반응 진단을 위해 사용할 수 있는 AUC 0.800을 초과하는 다수의 마커 조합 발굴.
2) 발굴된 유전체 마커들 중 통합 진단 모형에 유의미한 마커들을 선별하여 최적의 진단용 마커 발굴 (목표 대비 100% 달성)
- 소라페닙 약물반응 진단을 위해 사용할 수 있는 AUC 0.800을 초과하는 다수의 마커 조합 발굴.
3) 조기진단과 약물반응에 대한 유전체-단백체 하이브리드 진단 모형 개발(목표 대비 100% 달성)
- 조기진단 하이브리드 예측 모형의 경우, 단백체(FINC) + 임상변수(2개)로 AUC > 0.800 달성.
- 약물반응 하이브리드 예측 모형의 경우, 단백체(IGJ, LG3BP) + 유전체(ALP3)+임상변수(5개)로 AUC > 0.800 달성.
4) Level 1 검증을 위해 필요한 샘플 사이즈 예측 (목표 대비 100% 달성)
- ELISA 자료를 이용했을 때 조기진단 및 약물반응에 대해 모두 AUC >0.800 달성. (의공학과 제공)
- 조기진단 시료 수는 244명, 약물반응 시료 수는 144명 필요.
5) 조기진단 및 약물반응 kit를 이용한 Level 1 검증 결과 (목표 대비 100% 달성)
- 조기진단 kit 자료의 예측모형에 대한 AUC는 최대 0.881로써, 기존 마커 AFP와 비교 시, 최대 10% 향상된 예측력 확인.
- 약물반응 kit 자료의 예측모형에 대한 AUC는 최대 0.660으로 확인.
4. 참여기관-3 ((주)진매트릭스)
1) 간암 조기진단 및 소라페닙 약물반응 예측 DNA 후보 마커 도출 (목표 대비 100% 달성)
- Training set 분석을 통해 OR > 2, P-value < 0.05 간암 조기진단 마커 1종, 소라페닙 반응 예측 마커 1종 도출.
2) 단백질 마커 3-5종에 대한 항체 개발 (목표 대비 100% 달성)
- 단백질 후보 마커 ANLN, FINC, IgJ, CD5L에 대한 항원과 다클론 항체, 단클론 항체 개발 완료.
- 개발된 항원, 다클론 항체, 단클론 항체를 평가한 결과 commercial 제품 대비 specificity 90%이상 확보.
3) 간암 조기진단, 소라페닙 약물반응 예측 시작품 개발 (목표 대비 100% 달성)
- 각 기관의 연구결과를 종합하여 간암조기진단 마커로 FINC, 소라페닙 약물반응예측 마커로 IgJ, LG3BP, GM609 선정.
- FINC, IgJ, LG3BP 마커 분석용 ELISA 시작품 개발완료.
- FINC, IgJ, LG3BP 마커 분석용 singleplex FLISA, multiplex FLISA 시작품 개발 완료.
- GM609 마커 분석용 FRET assay 기반 qPCR 시작품 개발완료.
4) 결과 자동분석 소프트웨어 개발 (목표 대비 100% 달성)
- 소프트웨어 2건 (진매트릭스 뷰어 DNA, 진매트릭스 뷰터 Protein) 개발 및 등록완료
- 저작권 위원회 등록번호: C-2016-005993호, C-2016-004979
- 소프트웨어 자산뱅크: ASSET-0003539호, ASSET-0003538호
5) 시작품의 분석적, 임상적 성능평가 실시 (목표 대비 100% 달성)
- 식약처 품목허가 기준에 의거하여 분석적, 임상적 성능평가 실시.
- 개발된 시작품의 분석적 민감도, 분석적 특이도, 정밀도 평가 완료.
- 대규모 임상검체(DNA 200개, 단백질 192개)를 대상으로 임상적 성능평가 결과, 후보 마커 선정시 사용한 commercial 제품과 동등한 성능확인.
6) 대규모 임상검체 분석을 통한 시작품 level1 검증 (목표 대비 100% 달성)
- 간암조기진단 시작품 Hepato Predict F ELISA를 사용하여 만성간염환자, 간암환자 각각 251명을 대상으로 level1 검증 실시
- 소라페닙 약물반응 예측 시작품 Hepato Predict I ELISA, Hepato Predict L ELISA, Hepato Predict D를 사용하여 243명을 대상으로 level1 검증 실시.
- Level1 검증 결과, 간암조기진단 시작품에서 AUC, 민감도, 특이도, 양성예측도, 음성예측도 80% 이상 성능 확인.
□ 기술개발 배경
1. 간암은 우리나라를 포함한 아시아권에서는 암 발생대비 사망률 2위이고 2012년 보건복지통계연보에 의하면 국내에서 간암은 5번째로 흔한 암이며 사망률은 폐암에 이어 2번째(10만명 당 21.8명)를 차지함. 특히 경제 활동이 왕성한 30-50대에 간암 사망률이 높아 손실 소득액은 2조 531억으로 암중에 1위임.
2. 우리나라 전체 간암 환자의 대다수는 병기가 진행된 후 발견이 되어 조기에 진단할 수 있는 새로운 방법이 필요하지만, 국가암정보센터에서 권고한 알파
- 태아단백(AFP)에 의한 조기진단 검사는 민감도와 특이도가 낮아 AFP에 의한 근치적 치료대상 조기 간암 환자는 전체의 20% 미만으로 이를 대처할 새로운 간암 조기진단 방법이 필요함.
3. 근치적 치료가 불가한 간암 환자들을 대상으로 사용되는 소라페닙의 경우 종양 크기 감소 및 생존기간 증대가 낮아 치료 전 반응을 예측하는 검사가 필요하다. 최근 경구용 항암 표적 치료제인 소라페닙이 진행성 간암의 초기치료로 인정됨. 하지만 소라페닙은 종양 크기가 감소하는 비율이 3.3%에 불과하고 생존기간의 증대가 2-3개월에 머물러 국가 재정 낭비와 환자의 불편을 초래하고 있어 신뢰도 높은 반응 예측 검사가 절실함.
4. 우리나라의 경우 중간병기, 진행성 병기를 통틀어 TACE(경동맥 화학색전술)로 치료를 받는 환자가 대부분으로 치료 전 반응을 예측하는 검사가 필요하다. TACE의 경우 불응성 임에도 불구하고 불필요하게 반복하여 시술을하며 반복적인 시술 이후 다발성 또는 침윤성 간암의 형태로 변하면서 예후가 불량해지는 등 다양한 임상 양상을 보임. 따라서 TACE 치료 예후를 예측할 수 있는 신뢰도 높은 검사가 절실함.
□ 핵심개발 기술의 의의
1. 본 연구과제를 통해 간암을 조기에 진단할 수 있는 AUC 0.8 이상의 새로운 진단방법이 개발되어 국내외 시장을 선점할 수 있는 초석 마련.
2. 개발된 간암 조기진단 기술을 이용하여 간암 치료비용 및 의료 간접비용 절감으로 국가 재정 부담을 줄일 수 있는 계기 마련.
□ 적용 분야
- 국내외 만성 간경화 환자를 대상으로 한 간암 조기진단 분야
( 출처: 최종보고서 초록 - 3. 개발결과 요약 4p )
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
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연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
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