김 성 현_ 한국세라믹기술원 융합바이오세라믹소재센터 선임연구원
장 정 호_ 한국세라믹기술원 융합바이오세라믹소재센터 센터장

1. 서 론

전 세계적으로 ‘초고령화’ 문제가 부상하면서 고령화 사회에 대한 관심이 커지고, 바이오 산업이 주목받기 시작했다. 우리나라는 이미 고령화 사회에 진입한 상태이며, 2018년이면 초고령화 사회에 진입할 것으로 보인다(그림 1). 사람의 수명의 증가와 함께 그에 따른 질병도 함께 늘어나면서 질병을 진단하고 치료하는 바이오산업이 크게 성장하고 있다. 일부 언론에서는 현 시대를 “바이오 르네상스” 시대라고 소위 불리우고 있다.
국내 바이오세라믹 산업은 전통적으로 뼈나 치아와 같은 인체 경조직이 손실되었을 경우, 이를 대체하거나 재생 시킬 수 있는 임플란트 소재 산업에 초점이 맞추어져 왔지만, 최근에는 글로벌 의료 산업의 패러다임이 질병치료에서 진단 및 예방으로 변하고 있어 이것에 맞는 최첨단 세라믹 소재에 대한 요구가 커지고 있다. 특히 의료시장의 트렌드 또한 치료보다는 진단과 예방의 중요성이 부각되면서 세계적 산업 및 시장 동향에 따라 바이오컨텐츠를 초고속·고효율·고감도·자동화로 분리/진단하는 영역으로 확대되어 오고 있다.
바이오컨텐츠는 DNA, 단백질, 항체, 세포 등의 생명체를 유지하는 필수 요소를 뜻한다. 이들의 올바른 작용에 의해서 생명체가 건강하게 유지될 수 있는 것이다. 그러므로 이의 균형이나 유지가 붕괴되면 이것이 결국 질병으로 나타나게 되는 것이다. 따라서 바이오컨텐츠를 생체 내에서 분리하고 분석하는 것이 질병진단 및 치료에 매우 중요하게 작용하고 있다. 예를 들어, 인간의 유전정보를 담고 있는 DNA는 유전체 분석으로 선제적 질병검색을 통한 사전예방 또는 조기 진단을 가능하게 해준다. 헐리우드 유명배우인 안젤리나 졸리는 유전자 검사 결과 유방암 유전자인 BRCA1, 이 유전자를 보유하고 있어 유방암에 걸릴 확률이 87%이상으로 나오자, 암에 걸리기 전에 유방을 없애는 수술을 받아 진단에 따른 선제적 치료를 진행했다[1]. 이제는 암을 진단하고 예측하는데 이용되던 유전자는 치료에도 이용된다. 폐암이나 위암, 대장암 환자는 항암치료를 받기 전에 유전자 검사를 하여 그에 맞는 항암제를 선택할 수 있다. 맞춤형 치료인 만큼 치료효과가 탁월하며 부작용은 적다[2]. 또한 최신의 바이오기술의 발전으로 유전자 가위를 통해서 희귀병 환자의 유전자 치료가 가능한 사회가 도래하고 있다. 유전자 가위 기술이란, 일반적으로 특정 DNA 서열을 인지해 자르고, 새로운 DNA 서열을 삽입하는 기술이다. 문제가 되는 유전자를 골라내 정상적인 유전자로 바꿀 수 있다는 점에서 에이즈나 혈우병 등의 난치성 질환을 치료하거나 멸종위기에 처한 동·식물의 복원 등에 활용할 수 있어 향후 유전자 및 줄기세포 치료제 개발, 고부가가치 농축산물 품종 개량까지 널리 활용 될 수 있을 것으로 전망된다[3].
최근 바이오 기술의 급성장에 따른 DNA, RNA, 단백질 바이오컨텐츠 뿐만 아니라 새로운 유형의 바이오마커인 ctDNA(Circulating Tumor DNA), CTC(Circulating Tumor cells, 순환종양세포), 미소낭포 및 엑소좀(Exosome) 등도 발굴되었다. 특히 순환종양세포(CTC)는 종양에서 떨어져 나온 암세포가 혈액을 뜻하는데, 암의 전이를 일으키는 원인인 동시에 암을 조기에 진단할 수 있는 지표이기도 하다[4]. 암전이 초기환자의 혈액 1ml는 적혈구가 10억 개, 백혈구가 1,000만 개정도 있으나 초기 암환자에서 발견되는 CTC는 10개 안팎으로 굉장히 적은 양을 가지고 있다. 이 단계에서는 CT(컴퓨터단층촬영), MRI(자기공명영상)으로 검사해도 발견이 안된다. 이 같은 단점을 극복을 위해 자성세라믹소재를 이용하여 CTC를 분리하고 진단하는 Cell Search 방법이 개발되었다. 이는 FDA에 승인된 방법으로서 최근 전이암 진단 방법에서 각광받고 있다.
현재, 혈중순환종양세포(CTC)와 같은 새로운 바이오컨텐츠 발굴 기술이 발전하면서 바이오컨텐츠를 생체 내에서 초고속/자동화 분리와 함께 정확한 진단에 대한 이야기가 커지고 있다. 이런 초고속/자동화 분리가 가능한 소재로 주목받는 있는 것이 자성세라믹소재인 마그네틱 비드(magnetic bead)이다(그림 2). 특히 자력을 이용한 자기분리(magnetic separation)기술은 고체 입자를 포함한 여러 가지 생물 물질들이 섞인 현탁액 내에서 온화한 조건으로 목적 물질을 분리해낼 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이 외에도 Scale-Up이 가능하고 효율성, 단순성, 자동화의 용이성, 비용의 저렴함 등의 장점을 가지고 있다. 따라서 본고에서는 분리/진단소재에서 가장 주목받는 자성입자를 이용한 바이오세라믹 기술 및 산업 동향과 전망을 고찰해 보고자 한다.

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