"정밀 암 수술 위해 몸 속 암 찾아가 빛나는 박테리아" KIST Engineering Bacterial Secretion Systems for Enhanced Tumor Imaging and Surgical Guidance

 

암 부위만 밝히는 박테리아 기반 형광 기술로 수술 중 실시간 암 위치 식별 가능

다양한 고형암에 적용가능한 조영 기술, 새로운 정밀 영상 수술의 표준 기대

 

암 수술은 종양을 정확히 제거하는 것이 가장 중요하지만, 현실에서는 여전히 쉽지 않은 일이다. 특히 유방암 수술의 경우, 절제 경계에 암세포가 남는 ‘양성 절제율’이 최대 35%에 달해 환자의 재수술 부담과 재발 위험이 큰 문제로 지적돼 왔다. 수술 전 영상이나 초음파만으로는 암의 위치와 경계를 완전히 파악하기 어려워 외과의사의 경험에 의존할 수밖에 없는 한계도 있었다. 이러한 상황에서 수술 중 암 조직을 실시간으로 식별할 수 있는 기술의 필요성이 더욱 커지고 있다.

 

[그림 1] 형광 가이드 수술 모식도 Streptavidin-Associated Salmonella를 기반으로한 형광 가이드 수술의 모식도.

 

Engineering Bacterial Secretion Systems for Enhanced Tumor Imaging and Surgical Guidance

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202504389

한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 바이오닉스연구센터 서승범 박사, 화학생명융합연구센터 김세훈 박사, 충남대학교병원(병원장 조강희) 이효진 교수 공동연구팀은 암을 표적으로 삼는 유익한 박테리아를 활용해 형광 신호로 암 위치를 실시간으로 보여주는 차세대 수술 조영 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 기술은 수술 중 암 부위를 네온처럼 선명하게 밝혀 암을 더욱 정밀하게 절제하고 재발 위험을 낮추는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

 

연구팀은 암 조직에서만 형광을 내는 특수 박테리아를 설계해 수술 중 암의 위치와 경계를 실시간으로 식별할 수 있는 기술을 구현했다. 형광 신호는 체내에서 최대 72시간 이상 유지되며 복잡한 장기 사이에서도 암 부위만 불빛처럼 드러나 수술 정확도를 높인다. 이는 마치 지도 위 특정 건물에 불을 밝혀주는 것처럼 외과의사가 맨눈으로 암을 식별할 수 있도록 돕는다. 일반적인 수술 환경에서도 직관적으로 암 부위를 확인할 수 있어 수술 부담을 줄이는 데 효과적이다.

 

[그림 2] 형광 가이드 수술에서의 종양 이미지 분석 동물 실험을 진행한 SAS 기반의 형광 가이드 실험의 형광 이미지. 종양을 IVIS Macroscope이라는 촬영 장비를 이용하여 이미징을 진행 후 종양과 종양 주변의 피부 조직을 분리하여 Tumor Background Ratio (종양/피부 조직)를 분석함

 

기존 조영제는 암 종류마다 별도로 개발해야 했지만, 본 기술은 암 조직이 공통으로 갖는 저산소 상태와 면역 회피 특성을 인식해 다양한 고형암에 폭넓게 적용할 수 있다. 형광 밝기는 기존보다 약 5배 높고 근적외선 대역을 활용해 현재 수술 내시경 및 영상 장비와도 높은 호환성을 갖춘다. 수술 로봇이나 영상 보조 장비와 결합하면 수술 중 실시간 영상의 정확도를 높이고 수술 시간을 단축할 수 있다. 특히, 국내외 주요 병원에서 사용 중인 형광 수술 장비와의 연계가 가능해, 실제 임상 현장에서의 적용성과 상용화 가능성이 매우 높다는 점이 큰 강점이다.

 

연구팀은 해당 박테리아를 기반으로 진단·수술·치료를 아우르는 통합 암 치료 플랫폼으로 기술을 확장할 계획이다. 특히, 이 박테리아는 암 조직을 정확히 찾아가는 특성이 있어 항암제나 치료 단백질을 탑재한 치료 기술로도 활용될 수 있다. 이를 위해 의료영상 장비 및 정밀 약물 전달 기술과의 융합, 안전성 평가 등을 병행하며 상용화를 준비하고 있다.

 

[그림 3] 형광 가이드 수술에서의 조직 분석 형광 가이드 수술에서의 형광 부위의 조직 분석. 형광 부위, 형광의 경계면과 형광이 없는 부위를 분석함

 

KIST 서승범 박사는 “이번 연구는 박테리아가 암을 스스로 찾아가 형광 신호를 내도록 설계함으로써 암 수술 중 실시간으로 암의 위치와 경계를 정확히 확인할 수 있게 한 데 의의가 있다”라며, “특정 암종에만 한정되지 않고 다양한 고형암에 적용할 수 있어 향후 정밀 수술 영상 기술의 새로운 표준이 될 수 있다”라고 말했다.

[그림 4] 표지논문(Front Cover) 이미지 종양에 도달해 스트렙트아비딘을 분비하고, 암의 위치를 형광 신호로 표시하는 박테리아 기반 조영 플랫폼

본 연구는 과학기술정보통신부(유상임 장관)의 지원을 받아 KIST 주요사업으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Advanced Materials」 (IF 29.4, JCR 분야 상위 2.0%)에 표지논문(Front Cover)으로 게재됐다.

 

Engineering Bacterial Secretion Systems for Enhanced Tumor Imaging and Surgical Guidance

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202504389

KIST

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