타트라진 투명성 – 일반적으로 사용되는 식품 색소가 의료를 어떻게 발전시킬 수 있는가

과학적 통찰을 위한 더 나은 시야

의학 연구는 동물 모델에 대한 연구에 크게 의존하며, 우리의 의학적 진보는 게놈학, 전사체학, 단백질체학, 대사체학 등 멀티오믹스의 모든 구성 요소를 포함한 더 나은 분석 방법에 깊이 영향을 받아 왔습니다.

하지만 때때로, 훨씬 덜 진보된 관찰이 가장 유용할 때가 있습니다. 예를 들어 장기의 움직임, 정맥의 크기 등은 고급 스캐너나 MRI와 같은 비용이 많이 드는 영상 기술을 수천 마리의 쥐에게 매달 사용하기에는 현실적이지도, 가능하지도 않습니다.

이상적으로 연구자들은 시험 표본의 몸과 장기를 직접 들여다볼 수 있기를 원하며, 가능한 가장 낮은 비용으로 이를 실현하고 싶어합니다.

스탠포드 대학교의 21명 연구진이 이 가능성을 현실로 만들었습니다. 그들은 식품 착색제로 흔히 사용되는 염료 분자가 쥐의 몸을 분석용으로 “투명하게” 만들 수 있음을 발견했고, 그 결과를 Science 저널에 “생체 내 동물에서 흡수성 분자를 이용한 광학 투명성 달성”라는 제목으로 발표했습니다.

몸을 투과해 보는 방법

연구는 두광자 현미경, 근적외선-II 형광 영상, 광학 조직 투명화 등 많은 심부 조직 광학 영상 방법의 한계를 관찰하는 것에서 시작되었습니다.

이들 모두 어느 정도 통찰을 제공하지만, 침투 깊이와 해상도가 충분하지 않거나 살아있는 동물에 적용하기에 부적합합니다. 따라서 살아있는 동물의 내부 시각화는 여전히 생물학자와 의료 연구자들에게 충족되지 않은 큰 필요입니다.

연구자들은 로렌츠 진동자 모델이라는 물리 원리에서 이론을 도출했습니다. 자세한 물리학을 깊게 다루지는 않지만, 이 원리는 원자가 전자기파(가시광선 및 비가시광선 포함)에 어떻게 반응하는지를 결정합니다.

이 기본 원리로부터 연구자들은 특정 분자가 물에 녹았을 때 물 기반 용액의 굴절률을 증가시킬 수 있다고 추론했습니다.

그 결과 물과 지질의 굴절률이 거의 동일해져, 전체 몸이 특정 파장의 빛에 대해 동일하게 투명해지게 됩니다.

출처: Science

“우리는 근자외선 스펙트럼(300~400nm)과 가시광선 청색 영역(400~500nm)에서 날카로운 흡수 공명을 보이는 염료 분자가 물에 용해될 때 장파장 영역에서 수용성 매질의 실재 굴절률을 상승시킬 수 있다고 예측했습니다. 그 결과, 수용성 염료는 물과 지질 사이의 굴절률 차이를 효과적으로 감소시켜 살아있는 생물 조직의 광학적 투명성을 달성할 수 있습니다.”

타트라진 찾기

이론적 통찰에서 시작해, 연구진은 요구되는 특성을 만족하는 실제 염료 분자를 찾기 위해 탐색했습니다. 그 결과 미국 식품의약국(FDA)에서 승인한 일반 식품 염료인 타트라진을 발견했습니다.

타트라진은 살아있는 설치류의 피부, 근육, 결합 조직을 가역적으로 투명하게 만드는 효과가 있음을 확인했습니다. 조직 모사 산란 하이드로젤 및 생체 조직(체외)에서 테스트한 결과, 이미지 해상도를 마이크로미터 수준까지 낮출 수 있음을 발견했습니다.

출처: Science

“투명한” 쥐

실제로, 적절한 조명 조건 하에서 연구자들은 피부와 표면 조직을 투과해 더 깊은 조직을 관찰할 수 있었습니다.

출처: Science

흡수성 염료 분자를 사용함으로써 살아있는 쥐의 일반적으로 불투명한 복부를 투명한 매질로 변환할 수 있습니다. 이 “투명 복부”는 형광 단백질로 표지된 장 신경을 직접 시각화하게 해주며, 살아있는 쥐에서 장 운동성을 반영하는 움직임을 포착할 수 있습니다.

이 접근법은 복부 외에도 쥐 머리의 두피를 통해 뇌혈관을 시각화하거나, 뒷다리 근육의 초고해상도 현미경 영상을 위해 근섬유를 관찰하는 등 다른 부위에도 적용될 수 있습니다.

이는 유사한 다른 물질도 발견되어 활용될 가능성을 시사하며, 효율이 더 높고 사용이 더 간편한 방법이 개발될 여지도 있습니다.

생물학적 영상에 대한 투자

현대 의학이 시작된 이래로, 과학적 진보는 현미경에서 오늘날의 유전체 시퀀서에 이르기까지 관찰 도구의 개선에 의해 이끌어져 왔습니다.

오늘날에도 이는 여전히 사실이며, 여기서 논의된 “투명한” 쥐부터 살아있는 조직의 고급 3D 시각화에 이르기까지 새로운 기술이 계속 등장하고 있습니다.

바이오테크나 의료 영상 기업에 직접 투자하고 싶지 않다면, Global X Aging Population ETF (AGNG), ARK Genomic Revolution ETF (ARKG), 혹은 Vanguard Health Care ETF (VHT)와 같은 ETF를 고려해 볼 수 있습니다. 이러한 ETF는 장수와 헬스케어, 바이오테크 산업의 성장에 보다 다양하게 노출될 수 있게 해줍니다.

또는 저희의 “5대 유전체 시퀀싱 기업” 기사도 참고하십시오.

의료 영상 및 데이터 기업

1. Illumina, Inc.

Illumina는 업계에서 가장 크고 가장 확립된 유전체 기업으로, 연 매출 12억 달러를 기록했으며 지난 5년간 연평균 11% 성장했습니다.

출처: Illumina

대부분의 유전체 시퀀싱 기업과 마찬가지로 Illumina는 시퀀서를 판매할 때 수익을 창출하지만, 주로 시퀀서가 사용하는 소모품을 판매할 때 더 큰 수익을 올립니다. 기계당 매출은 시간이 지남에 따라 전체 용량을 최대한 활용함에 따라 증가하는 경향이 있습니다.

신형 유전체 시퀀서 모델인 NovaSeqX는 2023년에 총 390대가 출하되는 등 큰 성공을 거두었으며, 이를 통해 Illumina 고객들의 다중오믹스 분석 및 단일 세포·공간 분석 규모가 크게 확대되었습니다.

Illumina를 논할 때는 혈액 샘플에서 암을 검출하는 액체 생검이라는 새로운 유전체 응용에 대한 긴 설명이 필요합니다. Illumina는 이 기술을 개발한 뒤 Grail이라는 회사를 설립했습니다.

Grail은 기술적·상업적 측면 모두에서 매우 성공적이며, 현재 7,500여 의료 기관이 Grail 검사를 처방하고 10만 건 이상의 검사를 수행했습니다. 또한 6가지 혈액암에 대해 92%의 재발 검출률을 기록했습니다.

수년 후 Illumina는 훨씬 높은 가격에 이 회사를 다시 인수했습니다.

이로 인해 여러 문제가 발생했습니다. 첫째, 미국과 EU의 규제 당국은 Illumina가 Grail의 경쟁사들에게도 유전체 시퀀서 기계를 공급하는 상황에서 독점 위험을 제기했습니다.

그 결과 EU로부터 4억 3,200만 유로의 벌금이 부과되었습니다. 만약 인수 금지 판결이 해결되지 않으면 “Illumina는 EU 법원에서 도전을 이기지 못할 경우 1년 이내에 Grail을 매각할 것입니다.”

출처: Illumina

또 다른 문제는 비용이 많이 드는 Grail 스핀오프, 자금 조달 및 Illumina로의 재흡수 과정에서 발생했습니다.

활동가 투자자 Carl Icahn이 회사 이사회에 공격을 가했습니다 그리고 내부자 이익을 위해 부정하거나 악의적인 거래가 이루어졌다고 암시했습니다. SEC도 이 사안을 조사 중입니다.

현재까지 CEO가 교체되었고, 이사회 구성원도 변동했으며, 4명의 새로운 이사가 임명되었습니다. Illumina는 “Stewardship-Focused Update”를 발표했습니다. 이와 관련된 의혹과 비난에 대해서는 Non-GAAP investing 시리즈 기사에서도 확인할 수 있습니다.

이 회사의 주가는 2021년 7월 최고점 대비 거의 80% 하락하여 2013년 수준으로 돌아왔습니다.

Illumina와 같은 대형·오래된 기업에게는 충격적인 상황이며, 이러한 비난이 사실이든 아니든 Grail을 매각한 초기 결정이 경영 판단에 부정적인 영향을 미쳤습니다. 최소한 이는 비용이 많이 드는 실수였음이 입증되었습니다.

투자자들은 전설적이면서도 논란이 많은 활동가 투자자 Carl Icahn과 함께 할 준비가 되었는지 평가하고 싶어 할 것입니다.

그리고 지난 몇 년간의 열악한 거버넌스가 이제 완전히 가격에 반영되었으며, 유전체 시퀀싱 분야에서 매우 강력한 비즈니스 리더십에 비해 기업 가치가 과도하게 손상되었을 가능성도 있습니다.

2. 10x Genomics, Inc.

10x Genomics는 3차원에서 게놈과 전사체를 연구하는 공간 생물학 분야의 선두주자로, 세포 수준은 물론 세포 내부 수준까지 유전자의 활동을 시각화할 수 있습니다.

이 회사는 2012년에 설립되었으며, 설립자 중 한 명인 Serge Saxonov는 개인 유전체 검사 회사 23andMe의 연구개발 책임자였습니다.

10x Genomics는 10억 달러 이상을 투자한 연구개발(R&D)과 인수를 통해 성장했습니다. 특히 2018년에 Spatial Transcriptomics를 인수하면서 Visium 플랫폼을 확보했습니다.

출처: 10x Genomics  – 10x Genomics 인수 연표

2020년에는 Readcoor와 Cartana를 인수해 Xenium 플랫폼을 확보했습니다.

또한 2020년에 Chromium 플랫폼을 출시했으며, 다음 해에는 Chromium X로 업데이트했습니다.

2021년 Tetramer Shop 인수를 통해 2022년에 BEAM(Barcode Enabled Antigen Mapping)를 출시했습니다. 이는 연구자들이 면역 체계 구성 요소를 상세히 식별할 수 있게 해주며, 면역 및 신질환 연구에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

2023년 2분기 매출은 전년 대비 17% 성장했으며, 이는 2023년 8월에 100대 판매 돌파한 Xenium 매출에 힘입은 결과입니다.

2023년 9월에는 주요 경쟁사인 Nanostring에 대한 중요한 승소를 거두었습니다. Nanostring은 현재 EU 대부분 지역에서 특허 침해 이유로 CosMx Spatial Molecular Imager(SMI) 기기 판매가 금지되었습니다.

현재 이 회사는 아직 초기 단계에 있으며, Illumina와 비슷한 상황에 있습니다. 현재 공간 생물학은 학술 및 기초 연구 분야에 국한되어 있지만, 많은 바이오테크와 마찬가지로 언젠가 널리 보급되어 의료 도구로 서서히 전환되고, 결국 “일상적인” 검사로 자리 잡을 가능성이 있습니다. 어쨌든 설치된 기계 수가 증가함에 따라 소모품 판매와 매출 성장도 촉진될 것입니다.