| 초록 |
1. 서론 질량분석기(mass spectrometry, MS)는 샘플 내 기지 물질을 정량하고, 미지 물질을 정성하며, 분자의 구조와 화학적 특성을 규명하는 데 사용되는 강력한 분석 기기이며, 생명과학과 임상화학을 포함한 다양한 분야에서 광범위하게 응용되고 있다. 특히, 임상에서 MS는 질병 선별검사 및 진단, 약물치료 모니터링, 약물 독성 평가, 스테로이드호르몬 분석, 새로운 바이오마커 발굴과 임상 검증 및 병원성 미생물 동정 등의 분야에 사용되고 있으며, liquid chromatography(LC-MS), gas chromatography (GC-MS) 및 matrix-assisted laser desorption/ionization-time-of-flight(MALDI-TOF MS) 등과 같은 민감도와 특이도가 높은 MS 타입들이 현대 임상 검사실에서 사용되고 있다. 특히, 이러한 MS 기술들은 기존의 면역검사의 단점을 대체 또는 보완하는 데도 적용되고 있다. 최근에는, 외과 수술실에서 3D 프린터로 인쇄된 일종의 probe를 MS에 연결시킨 시스템을 이용하여 암 조직을 수술로 제거하기 전에 암 조직과 정상 조직을 MS 스펙트럼상에서 정확하게 확인하여 암 조직만을 효과적으로 제거하는 새롭고 획기적인 기술까지 개발된 상태이다[1]. 한편, 미국 질병통제 및 예방센터(CDC)에서는 MS 기반 검사법의 정확도, 정밀도 및 질병 진단율을 향상시키기 위한 방안으로 품질보증(quality assurance) 프로그램이나 표준화 인증(standardization certification) 프로그램을 전 세계 임상 검사실을 대상으로 운영하고 있으며, 미국 식품의약국(FDA)에서는 일정한 심사 절차를 통해 MS 기반 검사법을 체외진단( in vitro diagnostics, IVDs) 제품으로 승인해주고 있다. 또한, 현재 국내외적으로 임상에서 MS의 응용 분야가 점점 확대되고 있는 것과 관련하여, 미국 Clinical Laboratory Standards Institute(CLSI)에서는 시료의 제조 과정부터 검사 결과 산출까지의 모든 과정에 대해 표준화된 가이드라인들을 제정하여 MS 사용자 간 또는 기관들 간의 MS 기반 검사법 및 검사 결과 차이를 최소화할 수 있게 이 가이드라인들을 따르도록 권장하고 있다. 이 보고서에서는 현재 MS를 이용한 임상 응용 분야들에 대해서 소개하고, MS 기반 검사법의 정확도 및 진단율 향상을 위해 개발된 품질보증 프로그램이나 표준화 프로그램에 대해서도 소개하며, 국내외 MS 기반 IVD 제품들에 대해서도 소개하고자 한다. 2. 본론 2.1. 현재까지 연도별로 이슈화된 MS의 임상 응용 사례 1980년대부터 현재까지 MS가 성공적으로 임상 응용된 사례로, 면역검사에서 양성을 보이는 오남용 약물(drugs of abuse) 검사의 확인, 유전성대사이상질환 선별검사(newborn screening test, NST)에 tandem MS(MS/MS)의 적용 및 GC-MS 사용으로 testosterone의 특이도 향상, 5가지 리소좀 축적 질환(lysosomal storage disorder, LSD) 선별검사에 electrospray ionization(ESI)-MS/MS 적용, MALDI-TOF MS 시스템에 의한 미생물 동정, 암 수술 동안 MS 분석을 통한 암 조직 판독 시스템인 iKnife 개발 그리고 가장 최근에 ESI-MS/MS법에 기반한 6가지 LSD 효소 활성 검사키트의 제품화가 대표적이라 할 수 있다(표 1). 표 1. 연도별 이슈화된 MS의 임상 응용. 연도 이슈 1988 면역검사에서 양성을 보이는 오남용 약물(drugs of abuse)의 확인 1991 유전성대사이상질환 선별검사에 tandem MS(MS/MS) 적용 1996 GC-MS 분석으로 testosterone의 특이도 향상 1997 임상 응용이 GC-MS에서 LC-MS/MS로 바뀌기 시작 2004 LSD 선별검사에 ESI-MS/MS 적용 2010 대사체학, 단백질체학 및 기타 오믹스학에 MS의 응용 2012 미생물 동정에 MALDI-TOF MS의 적용 2014 암 수술 동안 MS 분석을 통한 실시간 판독 시스템(iKnife) 등장 2018 6가지 LSD 관련 효소 활성 검사키트 제품화 2.2. MS 기반 IVDs 장치 FDA에서는 IVDs를 위험도에 기반하여 3가지 등급(Class I, II 및 III)으로 분류한다. Class I은 위험도가 가장 낮은 장치(예, 관리물질)가 해당되고, Class II는 어떤 질병을 진단하는 데 도움을 주거나 질병을 모니터링하는 중간 수준의 위험도를 갖는 장치가 해당되며, Class III는 암 같은 중증질환을 선별검사하는 위험도가 가장 높은 장치가 해당된다[2]. 분석 플랫폼으로서 MS 또는 high-performance liquid chromatography(HPLC)-MS를 사용하는 몇 가지 IVDs 타입이 FDA에 의해 허가되었는데, 대표적으로 2008년에 선천성 대사이상질환(inborn errors of metabolism)을 선별검사하는 HPLC-MS/MS 장치가 승인되었고, 2006년에는 면역억제제 tacrolimus의 치료 농도를 모니터링하는 HPLC-MS/MS 장치가 승인되었고, 2012년에는 인체 시료로부터 배양된 병원성 미생물을 동정하는 MALDI-TOF MS 장치가 허가되었으며, 2018년에는 유전성 희귀질환인 Fabry병을 포함한 6종의 LSD와 관련된 효소 활성을 선별검사하는 MS/MS 시스템이 IVD로 허가되었다. 이 밖에 FDA나 CE에 의해 허가된 MS 검사 방법에 기인한 IVDs가 표 2에 요약되어 있다[3]. 표 2. MS 검사법에 기반한 대표적인 IVDs 제조사 질병 분야 MS 기술 Bruker Daltonics 미생물 검출 IVD bacterial test standard 및 IVD 진단장치로서 MALDI-TOF MS 시스템 개발 임상 미생물 IVD-CE MALDI Biotyper(Canada에서 Class I 의료장치로서 승인) Waters 치료 약물 모니터링 MassTrak immunosupressants kit(EU와 스위스에서는 IVD용 CE 인증- tacrolimus와 everolimus 정량분석) Biomerieux 미생물 검출 VITEK MS database(루틴 분석용으로 CE 인증) PerkinElmer 선천성 대사이상 선별검사 Class II Device로 분류(NeoGram amino acids 및 acylcarnitines tandem MS kit - Model MS 8970) NeoBase non-derivatized MS/MS kit steroid 호르몬 프로파일링 유럽에서 모든 products가 CE 인증 IVDs(cortisol 포함한 10개 steroid 호르몬 검출 kit) MSMS Vitamin D kit CE 인증 IVDs MS/MS kit 리소좀 축적질환 선별검사 ESI-MS/MS법을 이용한 Fabry병 포함한 6가지 희귀질환에 대한 효소 활성 검사용 키트(NeoLSD trade; MSMS kit)가 FDA로부터 IVD로 승인 Biocrates Life Sciences Steroid 호르몬의 정량분석 SteroIDQ kit(MS/MS로 16개 스테로이드호르몬의 다중 CE 인증 IVD kit) 2.3. MS 기반 임상 응용 분야 2.3.1. 암 조직 검사 현재 임상 검사실에서 암 조직 검사에 사용하는 면역조직화학법 같은 기존 검사법들에 비해, 1997년에 개발된 MALDI-TOF-imaging MS(MALDI-IMS)법을 이용하게 되면 하나의 조직 단편만으로도 기존 조직병리검사법에 비해 더 빠른 시간 내에 암 진단이 가능하다. 특히 폐암 여부를 진단하기 위해 소량의 폐 조직 시료만을 확보해야 하는 경우에는, MALDI-IMS법이 기존의 면역조직화학법보다 더 효과적인 방법이 될 수 있으며, 검사실 조직병리전문의들에 의한 면역조직화학법 검사 결과의 진단적 판단 오류를 최소화시켜줄 수 있는 차세대 암 조직 진단법이 될 것이다. 최근에는 정상 조직과 암 조직이 혼재되어 있는 인체 조직에서 암 조직만을 선택적으로 검출할 수 있는 기술인 lsquo;MasSpec pen rsquo;이 |
