1. 이슈화된 COVID-19 Ag GICA Rapid 키트
COVID-19 치료용 백신에 관련된 글을 지난 글 [1]에 이어 준비하면서 관련 뉴스들을 보던 중, 2월 27일자인 오늘 이와 관련하여 피씨엘 (PCL)이라는 회사가 COVID-19 감염관련 신속 진단키트를 개발[2]하여 상한가를 기록하는 이슈가 있어 흥미로운 사건이라 판단되어 이를 정리하고자 한다 (그림 1). (*추가적으로, 양성대조물질로써 사용할 코로나바이러스 RNA를 '올릭스'라는 회사가 제공하기로 한 것 같다 [3].)
2. 현재상황 및 작용 기전
우선적으로 언급할 것은 이전에 소개한 씨젠의 AllplexTM 2019-nCoV Assay (Allplex)과 같은 진단 키트들은 모두 판매허가가 난 제품인 반면 [4], 현재 피씨엘의 COVID-19 Ag GICA Rapid 키트는 판매허가가 난 것이 아니라 판매 승인을 기다리고 있는 제품이다. 현재 이러한 키트들은 많기 때문에 수많은 후보군들 중 하나인 one of them으로 보일수도 있으나 그럼에도 블로그에 글로 정리를 하는 이유는 이 제품의 진단 기전과 사회가 받아들이는 현상이 흥미롭기 때문이다.
2.1. COVID-19 Ag GICA Rapid의 진단 기전
기사 등에 밝혀진 걸로는, COVID-19 Ag GICA Rapid는 항원 기반의 진단 키트로써, RT-PCR을 통해 주요하게 확인하는 'N' 유전자로부터 전사, 번역된 protein의 검출 유무를 판단하는 방식이다 [5]. 진단의 과정은 피검자의 가래 혹은 콧물 등의 시료를 진단 키트에 떨어 뜨린 후, 약 10분의 시간이 지난 후 'N' 유전자 유래 단백질의 검출 유무로 감염 여부를 판단하는 방식이다.
이전에 언급했듯이, 현재 국내 '법정감염병 진단검사 통합지침'에서 바이러스는 대부분 RT-PCR을 이용한 검사가 임상적 진단과 함께 많이 쓰이고 있는데, 이번 사례는 '항원'을 이용한 '항원-항체' 반응을 이용한 상품이라는 점이 주목된다. 얼핏 항원을 이용한다는 것에만 주목하였을 때는 ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay)* 등을 이용한 거겠거니 했으나, 언론에서 매우 강조하는 신속성 (진단시간 10분 소요)과 간편성 (집에서 별도의 장비없이 진단가능)이 ELISA로는 실현이 어려운 부분이라 혹시나 싶어 좀 더 찾아봤다. 상품명으로 추측컨데, COVID-19 Ag GICA Rapid는 GICA (Gold Immunochromatography Assay)* 방식을 이용해 진단을 하는 것으로 판단된다.
그렇다면 GICA 방식은 어떠한 원리일까?
GICA란 금 면역크로마토그래피법이란 뜻인데, 이를 이해하기 위해서는 먼저 면역크로마토그래피가 어떤 원리인지와 왜 금을 이용했는지를 이해할 필요가 있다.
면역크로파토그래피는 면역측정법의 종류 중 하나로써 샌드위치법*을 기반으로 한 항원 검출 방법이다. 검체가 진단 키트 내 관(혹은 다공질체 membrane)에서 모세관 현상 (혹은 삼투압)에 의해 전개하면서 표지된 항체와 결합하여 계속 전개하다가, test line의 항체에 의해 고정화되어 좁은 정색 밴드를 나타내는지를 확인하는 방법이다.
이 때 검출 테스터의 구성 요소를 살펴보면, sample pad, conjugate pad, membrane, test line, control line, absorbent pad 등으로 구성되는 경우가 많고, 각 역할은 다음과 같다.
Sample pad: 검체 (COVID-19 피검자의 콧물 혹은 가래)를 떨어뜨리는 부분
Conjugate pad: 검체(항원)가 항체와 결합하는 부분 / 검체 탐지용 항체 및 control line용 항체 존재 (GICA의 경우 여기에 금 콜로이드가 표지된 항체가 존재)
Membrane: 검체 내 항원, 항체, 항원-항체 결합체 등이 삼투압에 의해서 이동 (전개)하여 test line, control line 등을 형성하는 부분
Test line: 고정화된 항체가 있어 항원 검출 유무를 판단하는 부분 (COVID-19 Ag GICA Rapid의 경우, 'N' gene 유래 단백질-금 탐지 항체의 결합체가 이곳에서 항체와 결합하여 고정)
Control line: 키트의 작동 여부 (검체가 전개되었는지 여부)를 판단하는 부분 / Conjugate pad에 labaled-streptovidin을 놔두고 control line에 biotin을 둠으로써, Streptabidin-Biotin binding을 유도하는 식으로 확인 가능
Absorbent pad: Membrane을 전개해온 샘플을 흡수하기 위한 부분
즉, 피험자의 검체 (콧물 혹은 가래)를 키트의 sample pad에 떨어뜨리면, 이것이 전개되면서 'N' 유전자 유래 단백질 (항원)을 탐지(detection)할 수 있는 항체에 colloidal gold를 붙힌 것 (항체'gold)과 먼저 conjugate pad에서 결합체를 형성 (항원-항체'gold)하게 된다. 이후 test line에서는 항원-항체'gold가 바닥에 고정된 항체 (바닥 항체)와 결합하여, 바닥 항체-항원-항체'gold를 형성하게 되어 항체들 사이에 항원이 샌드위치 형태로 낀 결합체를 만들게 된다.
이 때, 항체에 붙혀둔 colloidal gold는 나노수준의 크기로 보통 붉은 색을 띠는 특징이 있다. 그러므로, 만약 'N'유전자 유래 단백질이 검체 내에 있다면, 다시 말해 COVID-19에 걸린 감염자라면 바로 이 test line에 바닥항체-항원-항체'gold의 결합체가 가진 colloidal gold에 의해 붉은색 띠가 확인되는 것이다 (그림 2).
Control line (그림2에서 컨트롤 라인용 항체; 초록색 항체모양)은 앞서 설명했듯이 진단 키트가 제대로 작동했는지 확인하는 용으로써, 정상 작동시 무조건 얇은 검색 반응 (색이 나타나는 반응)이 일어나게 된다.
(일상적으로 많이 사용하는 다른 예로, 임신진단테스트기를 사용했을 때, 한 줄이면 미임신 두 줄이면 임신인 반면, 아무런 줄도 나오지 않으면 테스트기의 오류 등으로 인해 검사 자체가 제대로 되지 않은 것으로 쉽게 이해할 수 있다.)
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해당 방법은 PCR 혹은 RT-PCR용 thermo cycler 등의 전문 장비가 불필요하고, 비전문가도 진단 키트를 사용할 수 있어 검사가 용이하다는 장점이 있다. 때문에, RT-PCR 검사 이전에 1차적인 감염자 선별을 통한 보조 역할이 가능할 것으로 보인다. (다만, 비감염자가 감염으로 확인되는 경우의 비율이 어떤지는 확인해볼 필요가 있을 것이다. 이를 위해선 회사 측이 말한 정확성 85%에서 나머지 15%가 어떤 case들인지를 알아볼 필요가 있다.)
이외, PCL에서는 항체 진단 키트, RT-PCR 진단 키트 (PCLMD TM nCoV one step RT-PCR kit)도 개발하였는데, 전자는 혈액을 이용해서 SARS-CoV-2에 대한 항체가 검출되는지를 확인하는 것으로 무증상 감염기 환자를 진단 (심지어는 RT-PCR로는 검출 불가능한 환자의 경우도 가능하다고 주장을 하나 일반적으로 RT-PCR이 항원검사법에 비해 분석 민감도가 우수하다고 알고 있다. 이에 관해 알고계시는 분은 댓글달아주시면 감사하겠습니다.) 할 수 있는 가능성이 있는 이점이 있고 후자는 타 RT-PCR 진단키트와 유사한 것으로 예상 (기존 키트가 2단계인 반면, 1단계로 가능하다는 점이 차이점 정도일 것으로 예상)된다.
* ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay): 효소결합면역흡착검사, 항원이나 항체에 효소를 표지하여 효소의 활성을 측정하여 항원-항체의 강도 및 그 양을 정량화하는 방법 / 보통 효소의 활성을 색깔 변화의 정도로 나타내어 해당 파장대의 흡광도 등을 측정하여 정량화함.
* GICA (Gold Immunochromatography Assay): 콜로이드 상에서 붉은 색을 띠는 금 나노입자를 항체에 붙혀서 만든 접합체를 항원에 대한 검체 시료로 사용하는 면역크로마토그래피의 일종
즉, 피험자의 검체 (콧물 혹은 가래)를 키트의 sample pad에 떨어뜨리면, 이것이 전개되면서 'N' 유전자 유래 단백질 (항원)을 탐지(detection)할 수 있는 항체에 colloidal gold를 붙힌 것 (항체'gold)과 먼저 conjugate pad에서 결합체를 형성 (항원-항체'gold)하게 된다. 이후 test line에서는 항원-항체'gold가 바닥에 고정된 항체 (바닥 항체)와 결합하여, 바닥 항체-항원-항체'gold를 형성하게 되어 항체들 사이에 항원이 샌드위치 형태로 낀 결합체를 만들게 된다
만약 'N'유전자 유래 단백질이 검체 내에 있다면, 다시 말해 COVID-19에 걸린 감염자라면 바로 이 test line에 바닥항체-항원-항체'gold의 결합체가 가진 colloidal gold에 의해 붉은색 띠가 확인되는 것이다
전문 장비가 불필요하고, 비전문가도 진단 키트를 사용할 수 있어 검사가 용이하다는 장점이 있다. 때문에, RT-PCR 검사 이전에 1차적인 감염자 선별을 통한 보조 역할이 가능할 것으로 보인다.
3. 관련 생각
비록 COVID-19 Ag GICA Rapid가 정식으로 판매 허가 승인이 난 것은 아니지만, PCL의 주가 상승 등을 통해 사회가 보여준 모습은 의미가 크다고 본다. 때로는 검사의 정확성만큼이나 혹은, 그보다도 신속성과 간편성이 더 중요할 수도 있다는 점이 그 대표적인 예이다. 지역사회 감염의 정도가 심화되고 있는 지금 이 시점에서, 유증상자는 선별 진료소 등으로 가는 것이 (설사 본인이 이미 감염된 상태일지라도) 감염의 위험성을 더 높히는 행동으로 생각되어 공포스러울 수 있다. 때문에, 자가적으로 비교적 낮은 정확성 (85%)이지만 감염 여부를 확인할 수 있는 방법이 있다면, 본인의 행동 선택에 큰 도움이 될 수 있고 국가적으로도 방역 관리에 수월할 수 있다. 다만, 낮은 정확성을 보이기 때문에 1차적인 자가 진단키트의 결과로 개인이 독단적으로 미감염으로 판단해버리면 오히려 매우 위험한 방역 위협요인으로 작용할 가능성도 배제할 수 없다. 때문에, 해당 키트가 판매 허가가 난다하더라도, 키트 사용 및 사용 이후의 행동 가이드라인 등은 국가에서 잘 관리를 해야할 것이다.
그러나 이런 맹점에도 불구하고, 적어도 해당 키트는 선별 진료소 등에서 그 진단 속도를 좀 더 빠르게 할 수 있다는 점 (ex) 이전에는 모두 6시간 가량의 진단검사를 거쳐야했다면, 이젠 1차적으로 COVID-19 Ag GICA Rapid를 이용하여 감염의 정도가 심한 사람 우선적으로 선별 및 관리 가능)에서 분명 의미가 있다고 생각한다.
이외에 개인적으로는, 해당 키트가 '콜럼버스의 달걀'과 같다는 생각을 하게되었다. 비교적 간단한 아이디어이고, 많은 사람들이 생각해봤음직하나 한계점들이 예상되어 지레 포기한 방법이었을 것 같다. 해당 제품은 키트 내 핵심 물질이라 할 수 있는 항체 ('N' 유전자 유래 단백질 검증용 항체)가 진단자의 검체 투여 시 GICA 방법을 통해 특정 항원이 검출되는지를 확인하는 제품이다. 대부분의 사람들은 항체를 개발함에 있어서, 소요 비용, 시간 그리고 그 정확성 등이 risk가 크다고 판단했을 것 같다. 그러나, PCL은 항체 물질의 정확성보다는 SARS-CoV-2가 가지는 특성 (자가복제 시 RdRP보다 N gene의 발현이 더 높다는 것)을 파악하여 충분히 신속성이 정확성보다도 더 시장적 가치가 클 수 있다는 사실을 간파하여 순식간에 아이템을 개발하고 사회의 관심을 받은 점이 인상깊었다.
비록 COVID-19 Ag GICA Rapid가 정식으로 판매 허가 승인이 난 것은 아니지만, PCL의 주가 상승 등을 통해 사회가 보여준 모습은 의미가 크다고 본다. 때로는 검사의 정확성만큼이나 혹은, 그보다도 신속성과 간편성이 더 중요할 수도 있다는 점이 그 대표적인 예이다. ...
해당 키트가 판매 허가가 난다하더라도, 키트 사용 및 사용 이후의 행동 가이드라인 등은 국가에서 잘 관리를 해야할 것이다. ...
그러나 이런 맹점에도 불구하고, 적어도 해당 키트는 선별 진료소 등에서 그 진단 속도를 좀 더 빠르게 할 수 있다는 점...에서 분명 의미가 있다고 생각한다. ...
이외에 개인적으로는, 해당 키트가 '콜럼버스의 달걀'과 같다는 생각을 하게되었다. ...신속성이 정확성보다도 더 시장적 가치가 클 수 있다는 사실을 간파하여 순식간에 아이템을 개발하고 사회의 관심을 받은 점이 인상깊었다. ...
References
[1] https://komok.tistory.com/10
[2] https://news.v.daum.net/v/20200226175004335?f=m&from=mtop
[3] https://www.sedaily.com/NewsVIew/1YZ33JW1TU
[4] https://komok.tistory/com/7
[5] http://www.pclchip.com/sub_n4/4_5.php?mode=view&number=779&b_name=ir&page=1
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