현재 시행되는 다섯 가지 ‘개인 맞춤의학’

다양한 선진 의술 가운데 비교적 광범위하게 쓰이고 바로 응용할 수 있는 ‘가치 있는’ 방법들을 살펴보면 다음과 같다.

• 악물 관련 부작용 차단

사람의 유전체 정보에 바탕을  두고 약물을 처방하는 약물유전체학은 환자들이 해로운 반응을 일으키지 않도록 의사들을 도울 수 있다. 메이요클리닉에서는 이용 가능한 환자 유전정보를 전자 건강기록에 집어넣은 후 지난 2년 동안 3,500건의 이상 반응을 예방했다.

• 질병에 대한 감수성과 결과를 예측할 수 있는 미생물군 표지자 활용

장을 비롯해 몸 안 곳곳에 있는 미생물들은 당신이 어떤 질병 위험에 처해있는지와 그 위험으로부터 얼마나 잘 회복될 수 있는지를 의사가 쉽게 파악할 수 있도록 도와준다. 이 미생물군은 질병을 치료하는 데도 활용된다.

• 환자의 전유전체 염기서열 분석으로 미진단 질병 파악

유전체 핵심 요소들의 염기서열을 분석함으로써 의사들은 여러 해 동안 비효율적인 치료를 받아 치료에 의문을 가졌던 일부 환자들에게 더욱 정확한 진단을 내릴 수 있다.

• ‘체액 생검(Liquid biopsies)’만으로 암 진단과 예후 파악

현대의학은 암을 진단하고 추적하기 위해 암세포 자체로부터 조직을 떼어내 검사할 필요없이 몸 안의 체액을 통해 세포 없이도 DNA를 분석할 수 있는 수준으로 빠르게 접근하고 있다.

• 태아에 대한 비침습적 검사

세포 DNA검사는 이제 자궁 안의 태아를 건드리지 않고도 임신 기간 동안 다양한 유전적 변이를 찾아내는 데도 활용될 수 있다.<저작권자 2015.09.22 ⓒ ScienceTimes><인용: http://www.sciencetimes.co.kr/?news=%EA%B0%9C%EC%9D%B8-%EB%A7%9E%EC%B6%A4%EC%9D%98%ED%95%99-%EC%96%B4%EB%94%94%EA%B9%8C%EC%A7%80-%EC%99%94%EB%82%98>

이외에도 바이오마커 시장에서 질병 발병을 미리 예측할 수 있는 맞춤 의학과 병행하여, 예방의학 진단키트들이 개발되고 있다.

조직학(組織學, Histology)은 동물 및 식물의 세포와 조직에 대해 연구하는 현미해부학의 한 분야이다. 일반적으로 세포와 조직을 절편으로 만들어 염색한 것을 관찰한다. 관찰 도구로는 광학현미경이나 전자현미경이 사용된다. 조직학 연구는 세포배양을 통해 수행되기도 한다. 세포배양이란 살아있는 세포가 독립적으로 유지, 번식할 수 있는 환경을 만들어 체외에서 배양하는 것을 의미한다. 조직학적 염색 방법을 사용하면 조직의 현미경적 구조를 시각적으로 더 확실하게 볼 수 있다. 조직학은 생물학과 의학의 주요 도구이다. "조직병리학"이란 병에 걸린 조직을 현미경적으로 연구하는 방법이다. 조직병리학은 암을 비롯한 여러 질병들을 정확하게 진단하는 방법이 되기 때문에, 해부병리학의 주요 도구로 이용된다. 병리학자를 비롯한 전문 의학계열 종사자들은 조직병리학적 검사를 통해 병을 검진한다.

국내외 최신 연구 동향

Induction of T-cell recruitment and inflammatory demyelination by a single fibrinogen injection in the CNS. / Nature Communications 6, Article number: 8164

뇌에 대한 면역 공격을 유도하는 혈액 응고 단백질

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=258377&cont_cd=GT

혈액-뇌 장벽(BBB)의 교란이 결과적으로 다발성 경과증의 특징인 뇌 손상과 자가면역을 일으키는 연쇄 반응을 유도한다. 
글래드스톤연구소에서 나온 한 새로운 연구가 뇌에서 혈액의 한 방울이 다발성 경화증과 비슷한 자가면역 반응을 활성화시키는데 충분하다는 것을 보여주었다. 이것은 건강한 뇌에 혈액을 도입하는 것이 말초 면역 세포들이 뇌에 들어가게 하고, 그 다음에 계속해서 뇌 손상을 일으키는데 충분하다는 것을 처음으로 증명해 보인 것이다. 혈액-뇌 관문에서의 틈은 혈액 단백질들이 뇌 안으로 새어나갈 수 있게 해서 뇌와 척추에 장애를 일으키는 자가면역 질환인 다발성 경화증의 주요 특징이다. 그러나, BBB 교란이 자가면역 반응을 일으키는지 또는 그것으로 인해서 발생하는지는 명확하지 않았다. 
Nature Communications에 실린 이번 연구에서, 과학자들은 BBB 유출이 자가면역성을 일으킬 수 있는지를 알아보기 위해서 새로운 질병 동물 모형을 만들었다. 그들은 뇌 안으로 단지 한 방울의 피를 주입하는 것이 뇌의 면역 반응을 개시해서, 그 결과 염증과 수초 손상을 일으키는 연쇄 반응에 시동을 건다는 것을 발견했다. 수초는 뇌에 있는 신경 섬유들을 절연하는 보호성 싸개이고 다발성 경화증에서 주요 손상 부위이다. 더욱이, 이 과학자들은 혈액에 있는 특정한 단백질, 혈액-응고 인자 섬유소원(Fibrinogen)을 그 질병이 일어나는 과정의 촉발인자로서 정확히 집어낼 수 있었다. “이 발견은 면역계가 어떻게 뇌를 공격하는지에 대한 완전히 새로운 사고 방식을 제공한다—그것은 질병의 개시와 진행의 운전석에 피를 넣는다”고 캘리포니아대 샌플란시스코캠퍼스(University of California, San Francisco)의 신경학 교수이며 글래드스톤연구소(Gladstone Institutes)의 선임연구자인 Katerina Akassoglou 박사는 말했다. “이것은 자가면역 과정의 상부, 혈액 응고 인자들을 표적으로 하는 새로운 종류의 치료제에 대한 가능성을 열어준다”고 Akassoglou 박사는 덧붙였다. 
섬유소원은 소교세포(microglia)라고 불리는 뇌의 면역 세포들을 활성화시켜서, 그것들이 몸의 다른 부분으로부터 뇌로 말초 면역 세포들을 호출하는 신호들을 내보내게 했다. 이들 말초 면역 세포들—대식세포와 T 세포들—이 뇌에 들어갔을 때, 그것들은 수초를 공격했다. “우리의 결과들은 혈액이 뇌에 대항해서 T 세포 반응을 촉진한다는 첫 번째 증거를 제공한다”고 첫 번째 저자이며 글래드스톤연구소의 연구 과학자인 류재규 박사는 말했다. “우리는 뇌에서 혈액의 존재가 말초 면역 세포들을 그 부위로 끌고 오고 그것이 수초 파괴를 일으키기에 충분하다는 것을 확인했을 뿐만 아니라, 또한 섬유소원을 이 과정을 동인하는 결정적인 단백질로 확인했다”고 류 박사는 설명했다. 
그들의 발견을 확인하기 위해서, 과학자들은 소교세포에서 섬유소원 수용체(complement receptor 3 또는 CD11b/CD18)를 없앴고, 그렇게 함으로써 섬유소원이 그 세포들을 활성화시키는 것을 막았다. 이 상호작용을 억제하는 것이 자가면역 과정을 막았고, 소교세포가 말초 신경세포들에세 신호를 보내는 것을 막아서 수소 손상과 염증을 피하게 했다. 연구자들은 이제 뇌에 대항하도록 지시된 자가면역성을 억제해서 소교세포와 T 세포들이 일으키는 염증을 약화시키기 위해서 잠재적인 새로운 치료법으로서 생물학적인 소분자 접근법을 이용해서 섬유소원을 억제하는 것을 시도하고 있다. 
“이들 발견은 수초-특이적인 T 세포들이 뇌 대식세포와 소교세포 활성화를 통해서 뇌에서 염증을 개시한다는 오래된 인식에 의문을 제기한다”고 동대학의 신경학 교수이며 그 논문의 공저자인 Scott Zamyil은 말했다. “이 연구는 원래의 패러다임이 역으로도 일어날지도 모른다는 것을 증명해보였다. 즉 다시 말해서, 소교세포와 뇌 대식세포의 초기 활성화가 T 세포들을 활성화시킬지도 모른다”고 그는 덧붙였다. 
이 과학자들은 혈액-유도 뇌 염증의 모형을 가지는 것은 새로운 약물들을 스크리닝하는데 사용할 수 있기 때문에 귀중한 도구라고 말했다. 이들 기전들은 자가면역 질환들뿐만 아니라, 외상성 뇌 손상, 뇌졸중, 알츠하이머병과 다른 다른 치매들을 포함해서 혈액-뇌 관문에서의 틈이나 염증과 연관된 다른 뇌 질환들에서도 일어날지도 모른다. 

또한, 병리학은 약리학, 생리학과 연구 접근법을 병행하여, 병리학만에 조직학적 병의 원리 규명만이 아닌, 병 그 자체에 영향을 끼치는 단백질 분석법을 병행되어, 단백질 생물학과 발맞추어 연구가 진척되고 있으며, 이러한 근시한적인 최신 연구 결과만이 아니라 계속 진척되고 진화되어 발전하고 있다. 

생화학

생화학(生化學, 영어: biochemistry, biological chemistry)은 생물체 내에서 이루어지는 화학반응, 생물체의 물질 조성 등을 화학적인 방법으로 연구하는 화학의 한 분야를 말한다. 생물화학이라고도 하지만 보통 줄여서 생화학이라고 한다.

생물체를 재료로 하는 화학이라는 점에서 생물학의 한 분야라고도 할 수 있어, 생물학과 화학의 두 영역에 걸쳐 있는 학문이라고도 할 수 있으며, 화학에서 탄수화물이나 단백질과 같은 탄소화합물을 연구대상으로 하는 분야인 유기화학에서 분화되었다고 볼 수 있다. 생화학은 단백질, 탄수화물, 지질, 핵산과 같은 세포 구성물질의 구조와 기능에 중점을 두고 있다. 고전적이고 좁은 의미에서의 생화학은 특히 효소가 매개하는 반응과 그 산물에 대한 화학적 연구를 의미한다. 현대적 의미로는 생명현상을 매개하는 분자들에 대한 화학적 연구를 지칭한다. 고전적인 생화학 연구를 통해 사람들은 세포내 물질대사과정에 대해서 상세한 정보를 얻고 해당작용이나 TCA회로와 같은 물질대사에 대한 폭넓은 이해를 얻게되었다. 최근의 연구 경향은 DNA, RNA, 단백질의 합성, 세포막과 물질수송 신호전달체계등 세포내에서 분자들의 모든 활동을 포함한다.

국내외 최신 연구 동향

환원 그래핀 산화물 필름의 기능화 및 특성분석. (a) 환원 그래핀 산화물 필름의 사진으로, 실제 혈액 샘플에서 순환종양세포를 직접 포획하는데 사용되었다. (b) 환원 그래핀 산화물의 ESEM 영상으로, 주름질 표면의 존재를 명확히 보여주고 있다. (c) 환원 그래핀 산화물의 ESEM 영상을 확대한 사진. (d) 환원 그래핀 산화물 필름의 기능화 과정. PCA를 π-π stacking을 통해 환원 그래핀 산화물 필름에 고정하였다. 다음 EDC/Sulfo-NHS 활성화 후에 SA를 도입하였다. 마지막으로, biotinylated-anti-EpCAM을 첨가하고, 세포 포획에 사용된 anti-EpCAM-rGO 필름을 최종 제조하였다. (e-h) 환원 그래핀 산화물(rGO1∼rGO4) 필름의 ESEM 영상. 필름 제작에 사용된 그래핀 산화물 용액의 농도가 증가할수록, 환원 그래핀 산화물 표면에 코팅된 시트의 밀도도 증가함으로써 표면 거칠기가 증가하게 된다. / Functionalization and characterization of rGO films. nanowerk, Oct 14, 2015

순환종양세포 감지를 위한 환원 그래핀 산화물 플랫폼

생물학적 세포가 가지는 미세환경의 복잡성은, 표면 형태 및 화학적 특성, 기질(matrix)의 견고성, 기계적 응력, 분자 액체 조성 및 다른 생화학적 인자와 같은 많은 요소들에 의해 영향을 받는다. 그러나 대부분의 인공적인 생체계면(biointerface)은 세포의 거동을 유도하기 위해 단일한 화학적 혹은 물리적 요소에 기반하여 개발되었다. 이런 인공적인 생체계면에 의해 제공되는 기능은, 실체 자연에 존재하는 세포의 미세환경의 경우보다 훨씬 단순하다. 
세포의 원래 환경을 더욱 유사하게 모방하기 위한 노력의 일환으로, 중국 연구팀은 항체를 이용한 환원 그래핀 산화물 플랫폼(antibody modified reduced graphene oxide platform)을 제작하고 순환하고 있는 종양 세포를 포획하기 위한 효율을 크게 개선하는데 사용하였다. 
종양의학(cancer medicine)에서 중요한 이슈는 암이 원래 형성된 곳이 떨어진 곳으로 전파되어 가는 전이(matastasis)라는 것으로, 종양 세포가 원발부위(primary tumor site)를 벗어나 혈류를 타고 인체의 다른 부위에서 다시 세포집단을 형성하면서 진행된다. 이렇게 탈출하여 말초혈액(peripheral blood)에 존재하는 종양세포는 순환종양세포(circulating tumor cells)로 알려져 있다. 이 순환종양세포를 검출하고 분석하는 것은, 암의 전이를 관리하고 치료의 효과성을 모니터링하는데 중요한 정보를 제공해 줄 수 있다. 
본 연구결과는 Advanced Materials ("Antibody-Modified Reduced Graphene Oxide Films with Extreme Sensitivity to Circulating Tumor Cells")지에 게재되었으며, 복잡한 미세유체 조작 없이도 매우 높은 민감도로 순환종양세포를 개발된 플랫폼이 검출할 수 있음을 보여주고 있다. 
중국과학원(Chinese Academy of Sciences) 물리화학 기술연구소의 Shutao Wang 교수가 이끄는 연구팀의 Yingying Li 박사에 따르면, 개발된 항체를 이용한 환원 그래핀 산화물 필름은 다른 단단한 기질과 비교하여 유연하기 때문에, 살아있는 유기체의 세포 미세환경을 더 유사하게 모방할 수 있어서 몇 가지 형태학적 상호작용에 시너지 효과를 제공한다. 즉 세포-환경 상호작용을 용이하게 해 준다. 
예를 들어, 환원 그래핀 산화물의 거친 질감(texture)은 순환종양세포와 생체계면과의 형태학적 상호작용을 향상시킨다. 환원 그래핀 산화물의 상대적으로 유연한 특성은 세포-기질 상호작용을 가능하게 함으로써, 높은 효율로 순환종양세포 포획에 기여하고 있다. 게다가 항체를 이용한 환원 그래핀 산화물의 (-)로 하전된 상태와 초친수성(superhydrophilicity) 특성은 비특이적 세포 부착(nonspecific cell adhesion)에 표면이 반응하지 않게 함으로써, 이전의 연구에서 문제로 남아있던 백혈구로 인한 문제점을 감소시키는데 도움을 준다. 
환원 그래핀 산화물의 효과성을 증명하기 위해, 연구팀은 복잡한 미세유체 기기 혹은 작동 없이, 단순한 정적인 방법으로 순환종양세포를 특이적으로 인지할 수 있는 실험용 키트를 제작하였다. 연구팀은 항체를 이용한 환원 그래핀 산화물 필름이 신선 전혈(fresh whole blood)로부터 순환종양세포를 효율적으로 포획할 수 있음을 보여주었다(실험 시 종양세포의 농도: 10 CTCs/mL 이하). 
임상적으로 이용 가능한 이 실험용 키트는 환자의 혈액 1mL만 있어도 되며, 이것은 기존의 실험 방법에 비해 훨씬 적은 양의 혈액만을 필요로 하는 것이다. 
비록 연구팀은 세포 성질에 영향을 미치는 미세환경적 요소를 4가지 제안하고 있지만, 실제 세포의 상호작용은 훨씬 복잡해서 거의 끊임없이 물리화학적으로 세포에 영향을 미치고 있다. 더 복잡하고 실제 환경에 유사한 플랫폼을 설계하고 개선하는 연구를 지속하겠지만, 실제 세포 환경과 유사하게 모방하기 위해서는 아직 극복해야 할 것들이 많다고 연구팀은 밝혔다.

또한, 생화학의 동향은 생화학적인 연구법과 물리학자들과 수학자들, 공학자들과 공동 연구팀을 구성하여서, 

병소와 병원성 단백질의 특성에 맞는 치료 기전을 곁들여서, 생화학적 접근 법을 아울러서, 새로운 생체 분자 이용 치료안을 제시하고 있다.

역시, 근시안적인 연구만이 아니라, 다양한 연구 기법을 병행하며, 연구되어지고 규모가 상당히 많은 곳에 활용되는 것이 생화학 분야이다.

의공학

의공학(의용생체공학/생체의공학)은 보건진료 용도를 위해 의료와 생물학의 설계 개념 및 공학원리가 융합된 응용분야이다. 이분야는 공학과 의료 사이의 간극을 줄이도록 노력하고 있다. 진단, 관찰 및 치료를 포함하는 보건 치료를 개선하기 위해 의학과 생물학과 함께 공학의 기법으로 설계하고 문제를 푼다.

국내외 최신 연구 동향

Experimental evaluation of co-manipulated ultrasound‐guided flexible needle steering. / The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery, online: 15 JUL 2015

생체 조직 내에서 이동하는 로봇으로 조종되는 유연한 바늘