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PoCT #
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PoCT #

개념 #

PoCT (Point of CareTesting technology, 현장 검사 기술)은 검체에 대한 생화학적 분석을 현장에서 진행할 수 있는 기술로 정의한다. 이는 기존의 검체 -> 실험실 -> 분석 -> 진단의 절차로 이루어지는 전통적인 방식에서 벗어나 시간, 공간적 제약을 받지 않는다는 점에서 가치가 있다. PoCT의 개발에 있어 국제보건기구 WHO에서 다음 7가지의 지침을 내놓은 바 있다.

1. 저렴한 비용(Low cost)
2. 민감성(Sensitivity)
3. 특이성(Specificity)
4. 사용자 친화적(User friendly)
5. 신속함(Speed)
6. 고가의 진단장비에 의존하지 않음
7. 필요한 곳에 신속하게 이동 가능함

장소와 공간의 뿐 아니라 검사 환경에 구애받지 않고 분석이 이루어졌을 때, 더욱 정확한 대처가 가능하다. 특히, 감염성 질환과 같은 인간 존속에 영향을 미치는 항목에 대해서는 더욱 철저한 모니터링과 제어가 필요하게 되는데 이러한 PoCT 기술을 적용할 수 있다. 혹자는 PoCT가 대단히 복잡한 기술이라고 생각할 수 있다. 간단한 예로 학창시절 소변 막대(Urine TES strip)가 있다. 이 간단한 도구를 통해 요당, 요단백 등의 이상을 확인할 수 있다. 또, 미량의 혈액을 묻혀 혈중 포도당 농도를 측정할 수 있는 혈당계(blood glucose meter)도 대표적인 PoCT에 속한다. 이렇듯 이미 우리가 당장 병원에 가지 않아도 자신을 진단할 수 있는 기술들이 주변에서 활용되고 있다. 이 글을 통해 PoCT의 개념, 활용분야, 미래 응용의 순서로 설명하고자 한다.

활용 #

PoCT의 활용은 의료, 방역, 육종 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 특히 의료 분야에서의 활용은 매우 중요한데 검사부터 진단까지 걸리는 시간이 짧고 장소의 구애를 받지 않는다는 점에 있다. 환자의 병증은 시시각각 변하며 초기에 적절한 대응이 치료에 효과적이기 때문이다.

의료 분야 #

의료분야에서 PoCT의 활용은 현재 감염성 질환(Infectious disease)에서 활발하게 적용되고 있다. 의료분야에서 다루는 대부분 질병은 빠른 진단과 치료의 효과를 높이는데 매우 중요하다. 또 수술 이후 환자의 상태를 객관적으로 판단할 수 있다는 점에서 사후 관리에서 사용될 수 있다. 이러한 의료분야에서 PoCT의 몇 가지 예를 살펴보도록 하자.

a. Blood gases/electrolytes
- 미량의 혈액을 사용해 진단한다. 혈중 Na, K, Cl과 같은 전해질, glucose, BUN(Blood Urea Nitrogen)을 측정한다. 병원 응급실에서 환자의 이상 여부를 검사하는데 응용된다. 시료가 검사장을 거치지 않고 결과확인 및 대응을 할 수 있다.
2. Cardiac markers
- 미량의 혈액을 사용해 진단한다. Creatine Kinase MB (CK-MB), myoglobin, troponin I, and troponin T 등 검출이 가능하다. 이 단백질들은 심장마비의 징후를 조기에 포착하는 데 사용된다.
3. Cholesterol/lipids
- 미량의 혈액을 사용해 진단한다. 혈중 콜레스테롤, 지방 농도를 측정한다. 혈중 지질농도 검사의 경우 심혈관질환에 대한 모니터링 목적으로 사용된다. 고지혈증에 의한 심혈관 질환의 가능성을 조기에 검사 할 수 있다.
4. Coagulation monitoring
- 미량의 혈액을 사용해 진단한다. 지혈에 작용하는 혈소판의 기능을 검사한다. 이때 procoagulant protein, anticoagulant protein의 작용은 혈소판의 능력을 평가하는 데 사용된다. 환자의 지혈능력 평가는 수술과 같은 출혈을 동반하는 처리에 있어 조기 대응이 가능하게 한다.
5. Drugs of abuse testing(DAT)
- 소변 등의 체액, 호흡을 이용한다. membrane을 사용하여 항원-항체 반응을 통해 체 내 약물을 검출해낸다. 막대형, 카세트형의 간단한 구조로 되어있으며 알코올, 마약류 등 금지 약물에 대한 검출이 가능하다.
6. Fecal occult blood
- 맨눈으로 검사하기 어려운 분변 내 혈액을 진단하는 데 사용된다. 혈변은 암, 치질, 면역질환 등을 원인으로 발생하는 내장출혈의 징후이다. 이러한 질별에 대한 징후를 확인할 수 있다.
7. Hematology
- 혈중 혈구의 이상 수치를 검사한다. 출혈, 용혈에 의한 빈혈, 백혈병, 면역장애를 진단할 수 있다.
8. Infectious disease
- 혈액, 타액을 사용한다. 항원-항체 반응부터 유전자 서열 검사를 통해 인플루엔자, 말라리아, HIV 등 감염성 질환의 보균 여부를 검사하는 데 사용된다.
9. Pregnancy and fertility
- 여성의 임신 여부, 배란기(ovulation) 측정이 대표적인 예이다. DAT와 마찬가지로 소변을 검사지에 묻혀 검사한다. 
10. Tumor/cancer markers
- 주로 HBV와 같은 감염성 암을 진단하는 데 사용되고 있다. 단백질, DNA 정보를 이용한 진단이 활발히 연구되고 있다. 초음파, MRI, PET/CT, 내시경 등 시각적인 방법을 통한 종양 관찰도 이에 포함한다.
11. Urinalysis testing
- 소변을 사용한다. 소변 내 당(glucose), 크레아틴(creatinine), 헤모글로빈(hemoglobin)과 같은 단백질 검출 및 pH 측정 등이 가능하다. 신장 기능을 검사하는 목적으로 주로 사용된다.

농업 분야 #

대상이 인간이 아닌 가축, 어족자원, 곡식 등 농업생산물에 대해서 이루어지는 PoCT가 있다. 농업 분야에서 PoCT의 활용은 크게 환경, 개체 별 모니터링 목적으로 나눌 수 있다. 작물이나 가축, 물고기 등이 최적의 생산성을 낼 수 있는 환경을 유지하는 데 사용된다. 최근 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 기술의 응용을 통해 무선 통신을 통한 스마트 농장(Smart farm)이 이 사례에 속한다. 또 인간과 마찬가지로 해당 생물 종의 병원체 감염 여부, 상태 등을 진단할 수 있다. 이러한 방법을 통해 전염성 질환의 확산을 조기에 방지할 수 있다.

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<그림 1. 스마트 농장 콘셉트. 이미지 출처: https://mysmartfarm.com.au/what-is-a-smart-farm/>

식품 분야 #

식품에 대한 품질 안전성은 공중보건의 중요성이 대두되며 그 중요성이 입증되고 있다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 전 세계적으로 매년 2억 명 가량이 오염된 식품과 물에 의해 사망한다. 식품에 의한 질병의 주된 원인은 미생물 오염이다. 식품 내 병원균의 검출은 해당 미생물을 특정지을 수 있는 단백질, 유전물질(DNA, RNA)이 있다. 식품은 기본적으로 유통기간이 짧다는 특성이 있으므로 빠른 검사를 통한 위해 여부 판단이 매우 중요하다. 위해 미생물을 검사하는 기존의 방법으로는 ELISA, qPCR와 같은 실험실이 있어야 하는 것과 주로 물과 같은 음료 내 병원성 물질을 검출하는 PoCT 방법이 있다. 전자의 경우 검사를 위한 별도의 실험실을 요구한다는 점에서 신속성이 결여된다.

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<그림 2. 식품 위해요소 검사방법. 출처: Sensors 2019, 19, 817; doi:10.3390/s19040817>

현대의 식품산업에서 주로 사용되는 방법은 membrane 막대를 사용하는 것이다. 물, 우유와 같은 액상 물질의 위해요소 검사에 주로 사용된다. 최근에는 특정 병원체 유래 독소 등을 검출하는 방법으로 칩어세이 방법을 사용되고 있다. 이러한 방식은 소량의 시료로부터 다양한 병원성 물질을 한 번에 검출할 수 있다는 점에서 장점이 있다.

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<그림 3. 칩어세이 기반의 PoCT 기술. 출처: 출처: Sensors 2019, 19, 817; doi:10.3390/s19040817>

식품에 첨가된 다양한 위해요소를 빠르게, 그리고 정확하게 검출해 낼 수 있다면 우리의 식탁에 불량식품이 올라오는 것을 막을 수 있을 것이다.

마치며 #

다양한 산업군에서 사용되는 PoCT 기술에 대해 알아보았다. PoCT기술은 전통적인 실험실 기반의 진단 및 검사 방식을 벗어나 현장에서 진단과 대응이 모두 이루어진다는 점에서 큰 장점이 있다. 현재 의료 및 식품산업 등에서 사용되는 PoCT기술 개발의 주요사항은 검사 비용과 정확성에 있다. 이러한 점이 보완되어 전통의 방식보다 더 나은 결과를 얻게 되었을 때 우리는 의료, 농업, 식품 산업의 자동화에 더 가까워질 수 있을 것이다. 또 우리 삶을 다양한 위해로부터 예방함으로써 더욱 건강한 삶을 영위하는데 그 역할을 다 할 것이다.

참고자료 #

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