모두를 위한 MRI

휴대용 저자장 스캐너는 부유한 국가와 가난한 국가의 의료 영상에 혁명을 일으킬 수 있습니다.

MRI FOR ALL

Portable low-field scanners could revolutionize medical imaging in nations rich and poor—if doctors embrace them

23 FEB 2023BYADRIAN CHO

https://www.science.org/content/article/mri-all-cheap-portable-scanners-aim-revolutionize-medical-imaging

 

은발의 충격을 받은 70대 남성인 이 환자는 예일 뉴헤이븐 병원의 신경 집중 치료실(신경 ICU)에 누워 있습니다. 그를 보면 며칠 전에 뇌하수체에서 종양이 제거되었다는 것을 결코 알지 못할 것입니다. 수술은 표준과 같이 외과의가 코를 통해 종양에 도달했기 때문에 흔적을 남기지 않았습니다. 그는 테스트중인 새롭고 잠재적으로 혁신적인 장치로 진행 상황을 확인하기 위해 온 한 쌍의 연구원과 유쾌하게 이야기합니다.

 

원통형 기계는 가슴 높이에 서 있으며 스타 워즈 로봇 인 R2D2의 우울한 형이 될 수 있습니다. 연구원 중 한 명이 630kg의 자체 추진 스캐너를 침대 머리까지 조심스럽게 안내하고 조이스틱으로 조종합니다. 연구원들은 침대 시트로 남자를 들어 올려 하이퍼파인이라는 회사에서 만든 휴대용 자기 공명 영상(MRI) 스캐너인 급습(Swoop)에 머리를 편하게 할 수 있도록 도와줍니다.

 

“귀마개를 원하십니까?”두 번째 연구원 인 Vineetha Yadlapalli가 묻습니다.

“일반 MRI만큼 시끄럽습니까?”

“전혀.”

“그럼 필요 없을 것 같아요.”

 

Yadlapalli는 환자의 다리를 받쳐서 등의 부담을 덜어준 후 iPad에서 몇 가지 지침을 탭하여 기계를 작동시킵니다. 기계가 낮은 으르렁 거리는 소리를 낸 다음 신호음과 딸깍 소리를 내며 계속합니다. 몇 분 안에 환자의 뇌 이미지가 Yadlapalli의 태블릿에 나타납니다.

 

30분 동안 남자는 조용히 누워 손을 배에 접었습니다. 그는 구식 헤어 드라이어에서 머리를 할 수 있습니다. 작은 의미에서 그는 이전에 한 번도 가본 적이 없는 곳에서 MRI를 찍는 데 도움을 주는 선구자입니다.

 

많은 경우 MRI는 의료 영상의 황금 표준을 설정합니다. 최초의 유용한 MRI 이미지는 1970년대 후반에 나타났습니다. 10년 이내에 상업용 스캐너가 의학을 통해 퍼져 의사는 뼈뿐만 아니라 연한 조직을 이미지화할 수 있게 되었습니다. 의사가 뇌졸중이 있거나 종양이 생기거나 무릎 연골이 찢어진 것으로 의심되면 MRI를 처방할 것입니다.

 

운이 좋으면 하나를 얻을 수 있습니다. MRI 스캐너는 자기장을 사용하여 살아있는 조직의 원자핵, 특히 수소 원자의 중심에 있는 양성자를 빙글빙글 돌려 전파를 방출합니다. 이 필드를 생성하기 위해 표준 스캐너는 기계 비용을 1.5백만 달러 이상으로 끌어올리는 크고 강력한 초전도 전자석을 사용하여 MRI 가격을 전 세계 인구의 70%가 사용할 수 없는 수준으로 책정합니다. 미국에서도 MRI를 받으려면 며칠을 기다려야 하고 한밤중에 멀리 떨어진 병원까지 운전해야 할 수도 있습니다. 환자는 스캐너로 와야 하며 그 반대가 되어서는 안 됩니다.

 

수년 동안 일부 연구자들은 책상 장난감에서 흔히 볼 수 있는 합금으로 만들어진 훨씬 더 작은 영구 자석을 사용하는 스캐너를 만들기 위해 노력해 왔습니다. 그들은 표준 MRI 자석보다 약 1/25 강한 자기장을 생성하는데, 한때는 너무 약해서 사용 가능한 이미지를 수집할 수 없었습니다. 그러나 더 나은 전자 장치, 보다 효율적인 자료수집 및 새로운 신호 처리 기술 덕분에 여러 그룹이 표준 MRI보다 해상도가 낮지만 낮은 필드에서 뇌를 이미지화했습니다. 그 결과 환자의 침대로 굴러갈 수 있을 만큼 작고 전 세계에서 MRI에 액세스할 수 있을 만큼 저렴할 수 있는 스캐너가 탄생했습니다.

 

Low-field MRI brain scan. The image is grainy, but shows the structure of the brain and a lighter-colored patch on the left side.

Traditional MRI scan of the same brain. The image is clearer, and the same light-colored patch is visible in more detail.

저필드 기계(첫 번째 이미지)의 뇌 스캔 해상도는 기존 MRI(두 번째 이미지)보다 거칠지만 두 이미지 모두 출혈을 분명히 드러냅니다. 예일 의과 대학

 

기계는 기술적 승리를 표시합니다. 하이퍼파인 스캐너를 테스트하고 있는 미국 국립표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology)의 생의학 엔지니어인 캐서린 키넌(Kathryn Keenan)은 “모든 사람이 이 스캐너가 작동한다는 사실에 깊은 인상을 받았다”고 말합니다. 어떤 사람들은 스캐너가 의료 영상도 변화시킬 수 있다고 말합니다. “우리는 잠재적으로 완전히 새로운 분야를 열고 있다”라고 예일 의과 대학의 신경 학자인 케빈 셰스 (Kevin Sheth)는 Swoop과 광범위하게 일했지만, Hyperfine에 재정적인 관심은 없다. “‘이런 일이 일어날 것인가’의 문제가 아닙니다. 그것은 일이 될 것입니다.”

 

2020년 8월, Swoop은 뇌 이미징을 위해 미국 식품의약국(FDA) 승인을 획득한 최초의 저자장 스캐너가 되었으며 의사들은 예일 뉴헤이븐 및 기타 지역에서 임상 연구를 진행하고 있습니다. 다른 장치는 뒤에 있습니다. 그러나 물리학자이자 컨설팅 회사인 NeuvoMR, LLC의 설립자인 Andrew McDowell은 해상도가 낮은 저자장 스캐너 시장이 있는지는 확실하지 않다고 경고합니다. “진정한 도전은 의사들이 그것을 사용하기 시작하도록 설득하는 것입니다.”라고 그는 말합니다. “정당한 이유로 그들은 매우 보수적이기 때문에 매우 어렵습니다.”

 

MRI 스캐너는 카메라처럼 작동하지 않습니다. 실제로 살아있는 조직의 양성자에 맞추는 라디오입니다. 작은 나침반 바늘처럼 각 양성자는 자성이며 일반적으로 양성자는 모든 방향으로 무작위로 가리 킵니다 (아래 그래픽 참조). 그러나 외부 자기장이 이들을 정렬할 수 있습니다. 이 시점에서 적절한 주파수와 지속 시간의 전파 펄스가 90° 기울일 수 있습니다. 그런 다음 정렬된 양성자는 자이로스코프처럼 빙글빙글 돌면서 자체 무선 신호를 방출하며, 그 주파수는 자기장의 강도에 따라 증가합니다.

 

그 덧없는 모노톤 라디오 윙윙거리는 소리는 거의 드러내지 않습니다. 이미지를 만들려면 스캐너가 신체의 다른 지점에서 오는 파도를 구별해야 합니다. 이를 위해 자기장을 조각하여 다른 위치의 양성자가 다른 주파수와 동기화 상태에서 노래하도록합니다. 스캐너는 또한 한 유형의 조직을 다른 조직과 구별해야 하며, 이는 무선 신호가 다른 조직에서 다른 속도로 퇴색한다는 사실을 이용하여 수행합니다.

 

신호가 사라지는 한 가지 이유는 양성자가 자체 자기장을 통해 서로 정렬되지 않기 때문입니다. 이것이 일어나는 속도는 예를 들어 지방 뇌 물질과 물 뇌척수액 사이에서 다릅니다. 속도를 측정하기 위해 스캐너는 펄스 쌍을 적용합니다. 첫 번째 펄스는 빙글빙글 도는 양성자의 방향이 펼쳐지면서 희미해지는 신호를 생성합니다. 두 번째는 그 진화의 많은 부분을 뒤집어 신호의 반향을 이끌어냅니다. 그러나 양성자-양성자 상호 작용은 그 에코를 음소거합니다. 따라서 스캐너는 두 펄스 사이의 지연이 증가함에 따라 에코가 어떻게 줄어들는지 추적하여 속도를 측정할 수 있습니다.

 

한 쌍의 펄스를 적용하는 동안 스캐너는 뇌의 다른 지점에서 오는 에코를 동시에 정렬해야 합니다. 이를 위해서는 중요한 순간에 적용된 자기장 구배에 의존합니다. 예를 들어, 턱에서 정수리까지 에코 중에 적용된 그라디언트는 머리를 통해 다른 측면 조각의 양성자를 다른 주파수로 방사합니다. 펄스 사이와 머리를 가로질러 적용된 그라디언트는 빙글빙글 돌기에서 앞이나 뒤에 수직 슬라이스로 양성자를 설정하며, 일부 슬라이스의 에코가 서로를 강화하고 다른 슬라이스를 취소하는 “위상”차이 입니다. 그래디언트를 변경하여 스캐너는 각 슬라이스에서 에코의 강도를 추론할 수 있습니다.

 

많은 반복을 통해 스캐너는 강도가 지연, 주파수 및 위상에 따라 변하는 과다한 에코를 수집합니다. 표준 수학적 알고리즘은 이를 디코딩하여 양성자 – 양성자 상호 작용이 뇌 전체에서 어떻게 변하는지 지도를 생성하여 한 가지 유형의 MRI 이미지를 형성합니다. 다른 펄스 시퀀스는 유체 흐름을 추적할 수 있는 양성자 확산 속도와 같은 다른 조직 특이적 프로세스를 조사합니다.

이 모든 맥동은 MRI 스캔에 시간이 걸리는 이유와 MRI 기계가 짹짹 울리고, 딸깍 소리를 내고, 윙윙 거리는 이유를 설명합니다. 이러한 소리는 기계적 응력이 자기 구배를 생성하는 전류 전달 코일을 덜거덕거리면서 나타납니다. 기술자는 그 소리만으로 기계가 어떤 종류의 스캔을 하고 있는지 알 수 있다고 Yadlapalli는 말합니다.

 

더 강한 필드는 양성자를 더 철저히 편광하고 더 큰 신호를 생성함으로써 이 모든 것을 더 쉽게 만듭니다. 표준 스캐너의 자석은 지구 자기장의 30,000배에 달하는 1.5 테슬라의 자기장을 생성하며 일부는 3 또는 7테슬라에 이릅니다. 그런데도 1.5 테슬라 필드를 가리키는 양성자는 반대 방향을 가리키는 양성자보다 0.001 % 만 많습니다. 전계 강도를 25배 줄이면 분극도 함께 떨어집니다. 신호 대 잡음비는 거의 300배까지 훨씬 더 급락합니다.

 

원칙적으로, 저자장 스캐너는 전파 천문학자들이 몇 시간 또는 며칠 동안 별에 대한 요리를 훈련시켜 소음으로부터 약한 신호를 가려내는 것처럼 장기간에 걸쳐 자료를 수집하여 소음으로부터 신호를 유도할 수 있습니다. 그 방침은 그렇게 오래 가만히 있을 수 있는 인간에게는 작동하지 않을 것입니다. 따라서 저자장 MRI를 개발할 때 연구원들은 데이터를 훨씬 빠르게 추출할 방법을 찾아야 했습니다.

 

한 가지 핵심 요소는 더 나은 하드웨어라고 독일 파라과이 대학의 신경 엔지니어 인 Joshua Harper는 말합니다. “우리는 이제 정말 빠르고 저렴한 전자 제품을 가지고 있습니다.”라고 그는 말합니다. “그것이 정말로 작동하는 이유입니다.” 그런데도 병실에서 낮은 필드 MRI를 수행하는 것은 까다롭습니다. 다른 기계의 금속과 벽조차도 필드를 왜곡시킬 수 있으며 다른 장치의 정전기는 무선 신호를 방해할 수 있습니다. 따라서 스캐너는 대책을 사용합니다. 예를 들어, Hyperfine의 Swoop은 노이즈 캔슬링 헤드폰이 소리를 차단하는 방식과 유사하게 안테나를 사용하여 라디오 노이즈를 측정하고 취소합니다.

 

새로운 스캐너는 또한 더 빠르게 실행하기 위해 하단 필드의 측면을 유리하게 전환합니다. 양성자를 조작하려면 고자장 스캐너가 더 높은 주파수, 더 높은 에너지 전파를 사용해야 하므로 환자를 가열하기 시작하기 전에 너무 빨리 맥박할 수 있습니다. 이러한 속도 제한에서 벗어나 저자장 스캐너는 더 빠르게 펄스하고 더 효율적인 펄스 시퀀스를 사용할 수 있다고 Hyperfine을 공동 설립한 물리학자인 매사추세츠 종합 병원의 Matthew Rosen은 말합니다. “우리는 당신이 높은 필드에서 결코 할 수 없었던 일을 매우 빠르게 심문할 수 있습니다.”

 

그런데도 표준 이미지 재구성을 위해 충분히 빠르게 자료를 수집하는 것은 여전히 어려운 과제입니다. 한 가지 해결책은 인공 지능을 포함한 새로운 신호 처리 기술을 사용하는 것입니다. 하이퍼파인 엔지니어는 일련의 훈련 이미지를 사용하여 신경망이라는 프로그램을 가르쳐 상대적으로 희박한 데이터에서 뇌 이미지를 구성한다고 하이퍼파인의 최고 의료 책임자 겸 최고 전략 책임자인 칸 시디키(Khan Siddiqui)는 말합니다. “그것이 우리의 비밀 소스가 들어오는 곳입니다.”

 

표준 스캔과 비교할 때 낮은 필드 이미지는 더 흐릿하게 보입니다. 그런데도 물리학자들은 그 아름다움을 봅니다. “이 놀라운 물리학 성공 사례입니다.”라고 Rosen은 말합니다. “우리 뾰족한 머리 물리학자들이 아무도 신경 쓰지 않는 일을 하는 것이 아닙니다.” 이 기술은 현장의 잊혀진 구석에서 고군분투하는 사람들을 옹호한다고 McDowell은 말합니다. “영광이 11테슬라 기계를 만드는 데 있을 때 누가 제정신으로 65밀리 테슬라 기계를 만들겠습니까?”

 

HYPERFINE은 급습 스캐너가 꽤 영광스러운 출발을 하고 있다고 말합니다. 대부분 미국에서 100대 이상의 기계를 개당 약 $250,000에 판매했습니다. 목표는 고자장 스캐너를 대체하는 것이 아니라 MRI 사용 방법을 확장하는 것이라고 Siddiqui는 말합니다. “우리의 휴대용 스캐너는 MRI를 시간과 거리 모두에서 환자에게 더 가깝게 제공합니다.” 하이퍼파인은 신경 중환자실에서 이를 사용하여 너무 아프거나 불안정하여 기존 MRI 또는 일종의 3D 엑스레이를 생성하는 CT 기계로 이동할 수 없는 환자를 신속하게 평가할 계획입니다.

 

Swoop의 자석은 두 개의 디스크로 구성되며 64밀리 테슬라의 필드를 생성합니다. 스캔은 표준 스캔과 크게 다릅니다. 기존 스캐너에서는 자동 테이블이 원통형 자석으로 몸을 미끄러지듯 밀어 넣습니다. Swoop을 사용하면 유능한 환자가 자동차 범퍼 아래에서 꿈틀거리는 것처럼 자석에 뛰어들 수 있습니다. 안테나가 들어 있는 헬멧 같은 머리 부분은 코에 닿을 정도로 머리를 꼭 껴안고 있지만 팔과 다리는 자유롭습니다. 기계의 짹짹 울음은 부드럽고 진정됩니다.

 

2019년 말과 2020년 초에 코로나바이러스 전염병이 발생했을 때 Sheth와 동료들은 COVID-19에 걸린 20명을 포함하여 50명의 ICU 환자를 스캔하여 Swoop의 약속을 테스트했습니다. 많은 사람이 인공호흡기를 착용하고 진정제를 투여받았기 때문에 “우리는 그들의 신경 학적 상태가 무엇인지 전혀 몰랐고 사용 가능한 이미징 방식으로 살펴볼 방법이 없었습니다”라고 Sheth는 회상합니다. “그리고 이것은 우리에게 침대 옆에서 그렇게 할 방법을 제공했습니다.” 스캔 결과 8명의 COVID-19 환자를 포함하여 37건의 뇌 외상이 밝혀졌다고 연구원들은 2021년 1월 JAMA Neurology에 보고했습니다.

 

A patient receiving a low-field scan in an ICU hospital room. The portable scanner is positioned next to the patient’s bed, so that their head and shoulders rest inside the scanner and the rest of their body remains on the bed.

낮은 필드 MRI 스캐너는 예일 뉴 헤이븐 병원의 중환자실에서 침대에 있는 환자를 이미지합니다. 예일 의과 대학

 

더 저렴하고 작은 기계는 환자가 더 자주 후속 스캔을 받을 수 있도록 합니다. 이는 메릴랜드 대학교 칼리지파크의 물리학자이자 하이퍼파인의 공동 설립자인 로널드 월스워스(Ronald Walsworth)와 공감하는 전망입니다. 2007년, 당시 2살이었던 그의 아들은 비암성 뇌종양에 걸렸습니다. 그는 성공적으로 치료를 받았다고 Hyperfine의 자문위원회에서 근무하는 Walsworth는 말합니다. 그런데도 그는 “MRI가 가끔만 사용되기 때문에 징후가 조기에 발견되지 않고 가장 효율적으로 결정되지 않은 일이 있었습니다”라고 말합니다.

 

Swoop의 장점은 팬을 확보했습니다. “오, 세상에, 정말 아름답고 아름다운 기술입니다.”라고 Hyperfine에 재정적 관심이 없는 예일 대학의 소아 신경 외과 의사인 Steven Schiff는 말합니다. 그러나 Swoop은 1.5mm의 해상도가 표준 스캐너의 절반이기 때문에 고자장 스캐너가 포착할 수 있는 세부 사항을 놓칠 수 있습니다. 예를 들어, Sheth의 팀은 표준 MRI로 볼 수 있는 허혈성 뇌졸중을 앓은 50명의 환자의 뇌를 이미지화하는 데 사용했습니다. Swoop은 가장 작은 밀리미터 크기의 스트로크 5개를 놓쳤다고 연구원들은 2022년 4월 Science Advances에 보고했습니다.

 

이 발견은 의사가 각 유형의 스캐너를 언제 사용할지 결정할 때 판단을 내려야 함을 보여줍니다. “너무 걱정할 필요는 없지만 무언가를 놓칠 수 있는 상황을 이해해야 합니다.”라고 그는 말합니다. 그러나 McDowell은 의사들이 저자장 필드 스캐너를 사용하면 의료 과실 소송에 노출될 수 있다고 생각하면 이를 꺼릴 수 있다고 지적합니다.

 

세계의 많은 지역에서 MRI는 단순히 사용할 수 없습니다. 네덜란드의 한 팀은 스캐너가 이를 바꿀 수 있기를 희망합니다. 자석은 Swoop의 자석과 크게 다릅니다. 자동차 제조업체가 1980년대에 개발한 합금인 네오디뮴 철 붕소 4098 큐브로 구성되어 중공 플라스틱 실린더에 내장되어 있으며 균일한 수평장을 생성하기 위해 Halbach 어레이라는 구성으로 배열됩니다. 라이덴 대학 의료 센터의 MRI 물리학자인 앤드류 웹(Andrew Webb)은 “우리 시스템은 본질적으로 더 좋고 왜곡이 적기 때문에 기계 학습과 같은 처리의 도움이 덜 필요하다고 주장합니다.

 

스위스의 민간 기업인 Multiwave Technologies는 스캐너를 시장에 출시하기 위해 노력하고 있습니다. 올해 FDA 승인을 신청할 예정이며 구독 모델로 기계를 임대하는 것을 목표로 한다고 Multiwave의 공동 CEO인 Tryfon Antonakakis는 말합니다. “우리의 목표는 가능한 한 저렴하게 만드는 것이며 반드시 병원에 있을 필요는 없습니다.”라고 엔지니어이자 응용 수학자인 Antonakakis는 말합니다. “우리는 산으로, 개발 도상국의 의료 사막으로 가려고 합니다.”

 

델프트 공과대학의 응용 수학자인 Martin van Gijzen을 포함한 Webb과 그의 동료들은 기술을 전파하기위한 또 다른 계획을 하고 있습니다. “우리는 마틴, 저, 우리 팀 전체가 특허를 내지 않기로 했습니다.”라고 Webb은 말합니다. “모든 것이 오픈 소스가 될 것”이므로 누구나 인터넷에서 디자인을 다운로드하고 스캐너를 만들 수 있습니다. Webb과 동료들은 개발 도상국의 기업가들이 현지에서 제조하기를 희망합니다.

 

아이디어를 구상하기 위해 그들은 키트로 포장된 스캐너를 우간다 음바라라 과학 기술 대학의 생의학 엔지니어인 Johnes Obungoloch에게 배송했는데, 그는 Webb과 Schiff도 그곳에 있을 때 University Park에 있는 펜실베니아 주립 대학의 대학원생이었습니다. 2022년 11월, Webb과 다른 사람들은 Obungoloch와 그의 팀이 11일 만에 스캐너를 조립하는 것을 돕기 위해 우간다로 날아갔습니다.

 

Six people stand around a cylindrical magnet about 2 feet in diameter.

Johnes Obungoloch(오른쪽에서 두 번째), Joshua Harper(왼쪽에서 두 번째) 및 우간다의 소아과 병원에서 수술을 안내할 스캐너용 자석을 들고 있는 동료들.

 

곧 개발 도상국에서 저자장 MRI의 유용성을 테스트하는 프로젝트에 사용될 것입니다. 국제 비영리 단체가 운영하는 음발레의 55개 병상 규모의 소아 신경외과 시설인 우간다 CURE 아동 병원은 오부골로치의 스캐너, Swoop 및 CT 스캐너를 비교할 계획입니다. 의사는 뇌척수액이 뇌에 모여 압축되어 잠재적으로 쇠약하거나 치명적인 손상을 일으키는 뇌수종이 있는 어린이를 이미지화합니다. 전 세계적으로 뇌수종은 매년 400,000명의 어린이를 괴롭히며 CURE 병원 환자의 75%를 차지합니다. 아프리카에서는 감염이 일반적인 원인입니다.

 

수년 동안 Schiff와 병원의 동료들은 CT 스캔을 사용하여 체액이 뇌실로 배출되도록 하는 혁신적인 수술을 안내했습니다. 그러나 CT 스캔은 어린이를 상당한 X- 레이 방사선에 노출시켜 CURE 의사는 저자장 MRI 이미지가 외과의를 안내할 수 있는지를 확인합니다. “MRICT 스캔과 비슷한 것으로 판명되면 더 이상 CT 스캔을 사용해야 할 이유가 없습니다.“라고 프로젝트를 지휘하는 CURE의 의사인 Ronald Mulondo는 말합니다.

 

이 연구는 최종 정부 승인을 기다리고 있습니다. 성공하면 Obungoloch는 아프리카의 다른 6개 CURE 병원을 위해 더 많은 스캐너를 구축하고 일부 부품을 현지에서 조달할 계획입니다. 우간다에는 공공 의료 서비스가 있으므로 비전은 정부 자금에 달려 있다고 그는 말합니다.

 

그러나 다른 곳의 동료들과 마찬가지로 우간다의 의사들은 이 기술의 제한된 해상도에 대해 의구심을 가질 수 있다고 Obungoloch는 말합니다. “방사선 전문의는 그것을 보고 ‘음, 이것은 엉터리 이미지이며 우리는 당신이 그것을 얻는 데 얼마나 오래 걸렸는지 상관하지 않습니다.’라고 말합니다.” 정부 관리들은 또한 우간다인들이 아무리 유용하더라도 저해상도 이미징에 안주할 필요가 없다고 생각할 수도 있다고 그는 말합니다.

 

사실, 저자장 MRI 개발자들은 의료 영상에 대한 재고를 추진하고 있습니다. “최고의 기술은 최고 품질의 이미지를 제공할 수 있는 스캐너입니까, 아니면 가장 개선된 환자 결과를 가져올 수 있는 스캐너입니까?” Webb의 오픈 소스 장비를 공동 작업하고 Swoop을 인수하기를 희망하는 Harper는 묻습니다.

 

Sheth는 의사를 이길 수 있는 것은 스캐너를 위한 킬러앱인 “사용 사례”가 될 것이라고 말합니다. 예를 들어, 뇌졸중 치료를 위해 특수 구급차에 실릴 수 있습니다. 그는 Hyperfine과 다른 사람들이 그 사용 사례를 발견했는지 의문을 제기하지만, 그것이 올 것으로 예측합니다.

 

그런 다음 이길 환자가 있습니다. 하이퍼파인 스캐너에서 시간을 보낸 후 뇌하수체 종양 환자는 Yadlapalli에게 일반 MRI만큼 편안하지 않다고 털어놓습니다. 수술 때문에 여전히 코로 숨을 쉴 수 없다는 점에 주목하면서 그는 꼭 맞는 머리 바구니가 그를 괴롭혔다고 말합니다. “차라리 진짜 MRI로 넘어가고 싶어요.” 그를 마지 못해 개척자라고 부르십시오.

 

Correction, 24 February, 2:45 p.m.: This story has been updated to correctly identify the people in the photo with the magnet assembled in Uganda.

철분 부족은 남극해의 먹이 사슬의 핵심인 미생물을 위협합니다.

식물성 플랑크톤 꽃은 철분이 풍부한 물의 융기에 달려 있습니다.

 

Iron shortage threatens microbes key to food chain in Southern Ocean

Phytoplankton blooms depend on the upwelling of iron-rich water

23 FEB 20232:00 PMBYWARREN CORNWALL

https://www.science.org/content/article/iron-shortage-threatens-microbes-key-food-chain-southern-ocean

의 간단 번역입니다.

매년 봄 남극 대륙의 얼음 해안에서 우주에서 볼 수 있을 정도로 큰 생명의 폭발이 펼쳐집니다. 철분이 풍부한 물이 아래에서 솟아오르면 남극해의 표면은 밝은 녹색 식물성 플랑크톤의 환각 구름으로 소용돌이치며, 단세포 생물은 대기에서 탄소를 빨아들이고 크릴을 유지하여 먹이 사슬의 기초를 형성하며, 크릴은 차례로 물고기, 고래, 펭귄의 주요 먹이 공급원입니다.

 

이제 한 과학자 그룹은 지난 25년 동안 생태계와 기후에서 중요한 역할을 하는 이 계절적 꽃이 위험에 처할 수 있다고 말합니다. 남극해의 식물성 플랑크톤은 광합성 기계의 빌딩 블록인 철이 점점 더 굶주리고 있으며 생산성이 감소할 수 있는 징후가 있습니다. 오늘 Science 지에 발표된 이 발견은 많은 기후 모델이 다가오는 세기에 대해 예측한 생산성의 급증에 직접 반대하는 놀라운 일입니다.

 

변화의 명백한 속도는 “정말 놀랍다”고 채플 힐에 있는 노스 캐롤라이나 대학의 생물 해양학자인 Adrian Marchetti는 식물성 플랑크톤을 연구하지만, 연구에 직접 참여하지는 않았다고 말합니다. 식물성 플랑크톤의 큰 감소는 “지구 탄소 순환에 실제로 영향을 미칠 수 있다”라고, 해양 탄소를 연구하는 워싱턴 대학교 시애틀 해양학자 앨리슨 그레이는 덧붙인다.

 

 

해양 철분 수준은 남극해에서 식물성 플랑크톤 생산성을 제한하는 중요한 요소로 알려졌지만 연구하기 어려운 것으로 악명이 높습니다. 로봇 센서나 연구선은 일상적으로 영양소를 찾지 않습니다. 그래서 과학자들은 최근에 식물성 플랑크톤이 철분 부족에 대처하고 있다는 신호를 찾아 그 수준을 추론하기 시작했습니다.

 

새로운 연구는 식물성 플랑크톤이 방출하는 빛을 비광화학 담금질이라고 불리는 생리적 과정의 징후로 분석했는데, 여기서 식물성 플랑크톤은 열을 방출하여 과도한 햇빛을 처리합니다. 담금질은 철분 스트레스의 지표인데, 영양소가 부족한 식물성 플랑크톤은 빛에 더 취약하게 만드는 방식으로 생리학을 변경하기 때문입니다. 194 년부터 시작된 연구 선박의 194회 여행과 1996년부터 표류하는 47개의 센서를 실은 부유물의 데이터에서 연구원들은 빛 노출의 변화를 조정할 때 담금질이 연간 거의 5% 증가한 것을 발견했습니다. 이 추세는 지난 2년 동안 식물성 플랑크톤이 충분한 철분을 얻기 위해 점점 더 고군분투하고 있음을 시사한다고 남아프리카 정부의 남극해 탄소 및 기후 관측소의 생지화학자이자 Science 논문의 수석 저자 인 Tommy Ryan-Keogh는 말합니다.

 

Ryan-Keogh와 그의 공동 연구자들은 플랑크톤 꽃의 위성 이미지와 바다 부유물의 측정을 사용하여 1998 년부터 변화를 추적하여 식물성 플랑크톤 생산성도 조사했습니다. 그들은 데이터를 순 식물성 플랑크톤 생산성의 추정치로 변환하기 위해 모델에 의존하여 남극해에서 작지만, 통계적으로 유의미한 생산성 감소를 발견했습니다.

 

쇠퇴가 현실이라고 해도 철이 역할을 하고 있는지는 확실하지 않습니다. 수십 년 동안 남극해의 철 역학을 연구해 온 태즈메이니아 대학의 생지화학자인 필립 보이드는 다른 잠재적 요인을 지적합니다. 예를 들어, 해양 동물은 식물성 플랑크톤을 더 많이 먹을 수 있습니다. “철 스트레스와 순 1차 생산을 직접 연결하는 것은 긴 활입니다.”라고 그는 말합니다.

 

식물성 플랑크톤이 철분 부족에 직면하는 이유도 명확하지 않습니다. 현재의 기후와 해양 모델은 기후 변화에 따라 남극해의 바람이 남쪽으로 이동하여 더 많은 융기를 일으켜 바다 깊은 곳에서 표면으로 철을 가져오고 생산성의 폭발을 촉진하리라 예측합니다. Ryan-Keogh는 식물성 플랑크톤에 철분이 부족한 세 가지 가능한 이유를 제안합니다 : 이산화탄소 수준 상승으로 인한 해양 산성화는 영양소 흡수를 더 어렵게 만들 수 있으며, 해수 온도 상승은 신진대사를 가속하고 철분 수요를 증가시킬 수 있으며, 해양 혼합의 다른 층이 더 깊은 곳의 움직임을 제한할 방법의 변화, 철분이 풍부한 물이 표면을 향합니다. “이를 테스트하려면 많은 실험실 작업이 필요합니다.”라고 Ryan-Keogh는 말합니다.

 

무슨 일이 일어나고 있는지 분리하는 것은 남극해의 미래 생태계 변화를 이해하는 것뿐만 아니라 지구 기후의 운명을 예측하는 데에도 중요합니다. 남극해는 중요한 탄소 흡수원입니다. 바다에 용해되는 모든 탄소 오염의 절반이 바다에서 발생합니다. 그 용해 된 탄소 중 일부는 식물성 플랑크톤에 의해 흡수되어 생물 또는 생물을 먹는 유기체가 죽어 바닥으로 가라앉을 때 저장됩니다.

 

이 연구에 참여한 리버풀 대학의 해양학자 알레산드로 타글리아부에(Alessandro Tagliabue)는 철 기아 추세가 일시적일 수 있다고 말합니다. 그러나 미래의 풍요를 예측하는 모델이 남극해와 그곳에 사는 유기체에 대해 잘못 표현하고 있을 수도 있습니다. “우리는 모델이 현재의 추세를 재현하지 않는 이유를 알아야 합니다.”라고 해양 생지화학적 과정 모델링을 전문으로 하는 Tagliabue는 말합니다.

 

널리 사용되는 여러 기후 모델을 연구한 캘리포니아 대학교 어바인 (University of California, Irvine)의 해양학자 키스 무어 (Keith Moore)는 이 추세가 오래 가지 못할 것이라고 확신한다. 그는 이 논문이 현재 식물성 플랑크톤의 철분 결핍이 증가하고 있다는 설득력 있는 사례를 제시한다고 말하지만, 무어는 모델이 예측한 대로 바람이 결국 남쪽으로 이동하고 식물성 플랑크톤 꽃이 그 어느 때보다 무성해질 것으로 예상합니다. “지금 일어나고 있는 일은 그 모델들이 알아차리기에는 너무 미묘할 수 있습니다.”라고 그는 말합니다.

doi: 10.1126/science.adh3116

차세대 코로나바이러스 백신

새로운 기술은 더 강력하거나 광범위한 면역을 제공할 수 있지만 시장 점유율을 위해 싸워야 합니다.

NEWS FEATURE

01 February 2023

The next generation of coronavirus vaccines: a graphical guide

New technologies might provide more potent or broader immunity — but will have to fight for market share.

https://www.nature.com/articles/d41586-023-00220-z

의 간단 번역입니다.

Ewen Callaway

2022년에 승인된 한국 회사 SK 바이오사이언스의 나노입자 백신. 닉 스펜서/네이처. A. C. 월스 외. 셀 183, 1367–1382 (2020).

 

코로나바이러스 SARS-CoV-2에 대한 백신은 COVID-19로부터 보호하기 위해 수십억 명의 사람들에게 제공되었으며 20백만명 이상의 생명을 구했습니다. 그러나 바이러스 변이는 원래 백신이 제공하는 면역 일부를 피할 수 있습니다. 그 결과, 전 세계의 백신 개발자들은 첫 번째 버전의 업데이트뿐만 아니라 새로운 기술과 플랫폼을 사용하는 수십 개의 ‘차세대’ COVID-19 백신을 개발하고 있습니다.

 

이러한 백신은 다양한 그룹이지만 가장 중요한 목표는 바이러스 변화에 탄력적인 오래 지속하는 보호를 제공하는 것입니다. 일부는 아직 출현하지 않은 코로나바이러스를 포함하여 더 광범위한 종류의 코로나바이러스로부터 보호할 수 있습니다. 다른 사람들은 더 강력한 면역을 제공하거나, 더 낮은 용량으로 그렇게 할 수 있거나, 바이러스의 감염이나 전염을 예방하는 데 더 나을 수 있습니다.

 

이 차세대 백신에 대해 기대할 수 있는 사항은 다음과 같습니다.

더 많은 백신이 필요한 이유는 무엇입니까?

한마디로: 진화. 최초로 승인된 COVID-19 백신은 바이러스가 처음 확인된 이후 크게 변하지 않은 SARS-CoV-2 버전에 대한 보호 테스트를 거쳤습니다. 이 백신은 다양한 유형으로 제공되지만, 일부는 메신저 RNA로 구성되어 있고 다른 일부는 코로나바이러스 자체 또는 일부 단백질의 비활성화 버전이지만 모두 신체를 항원 (바이러스의 일부)에 노출해 질병을 일으키지 않고 면역 반응을 유발합니다.

 

대체로 이 면역 반응은 SARS-CoV-2가 세포를 감염시키는 것을 차단할 수 있는 항체를 생성하는 B 세포와 감염된 세포를 파괴할 수 있는(그리고 다른 면역 반응을 지원하는) T 세포에서 비롯됩니다.

 

예방 접종은 또한 초기 항체 수치가 감소한 후에도 장기간 면역을 위한 ‘기억 세포’ 풀을 생성합니다. 후속 감염 시 기억 B 세포는 증식하기 시작하여 더 많은 항체를 생성하는 세포로 분화합니다(‘코로나바이러스 백신이 SARS-CoV-2로부터 보호하는 방법’ 참조).

How coronavirus vaccines protect against Sars-CoV-2: a graphic that shows the process of how vaccines confer immunity.

닉 스펜서/네이처.

 

이러한 백신은 심각한 질병에 대한 오래 지속하는 보호를 제공하지만, 바이러스 감염에 대한 보호는 몇 달 안에 줄어들고 있습니다. 그리고 오미크론과 같은 SARS-CoV-2의 변종은 이후 이러한 면역 일부를 벗어날 수 있는 돌연변이로 진화했습니다. 예를 들어, 초기 백신에 의해 생성된 기억 반응은 오미크론에 쉽게 달라붙지 않는 항체를 생성합니다. 이는 감염에 대한 보호 감소에 이바지합니다(‘코로나바이러스 변종은 면역을 피함’ 참조).

Coronavirus variants avoid immunity: a graphic that shows how mutations make antibodies less adept and binding to variants.

닉 스펜서/네이처.

 

오미크론 변종에 대한 면역력을 높이기 위해 2세대 백신이 이미 도입되었습니다. 바이러스 진화를 따라잡기 위해 백신에 대한 변종별 업데이트가 추가로 뒤따를 가능성이 크지만, 면역력이 약해지고 SARS-CoV-2가 더 진화함에 따라 백신이 제공하는 보호 기능이 특히 오래 지속할지는 확실하지 않습니다.

 

결과적으로 연구팀은 새로운 백신을 개발하기 위해 몇 가지 접근 방식을 취하고 있습니다.

 

업데이트된 백신

SARS-CoV-2 변이에 대처하기 위해 백신 개발업체인 화이자-바이오엔텍과 모더나는 작년에 업데이트된 mRNA 백신을 도입했습니다. 이들은 원래 바이러스와 Omicron의 스파이크 단백질 분자를 암호화하기 때문에 2가라고 합니다. (스파이크 단백질은 SARS-CoV-2가 세포에 결합하는 데 사용하는 것입니다.)

 

2가 백신은 여러 가지 방식으로 작동합니다. 다른 COVID-19 부스터 샷과 마찬가지로 이전 백신에 의해 이미 확립된 기억 B 세포를 자극합니다. 이 세포 반응 중 일부는 오미크론을 인식할 수 있는 항체로 이어집니다. 그들의 효능은 시간이 지남에 따라 강화될 수 있습니다: 오미크론의 스파이크가 제시되면 기억 B 세포는 돌연변이와 선택의 진화적 ‘훈련’과정을 거쳐 오미크론의 스파이크에 더 단단히 결합하는 항체를 암호화하는 B 세포 풀을 생성합니다. 마지막으로, 2가 백신의 오미크론 성분은 자체 항체를 생성하는 새로운 B 세포도 모집합니다(‘업데이트된 백신’ 참조).

Updated vaccines: a graphic that shows how bivalent vaccines can help to give immunity to variants such as Omicron.

닉 스펜서/네이처.

 

이러한 효과는 2가 부스터가 원래 백신의 부스터 용량보다 오미크론에 대해 더 나은 보호를 제공한다는 것을 의미할 수 있습니다. 그러나 그 이점이 실제로 얼마나 중요한지는 여전히 불분명합니다.

 

화이자-바이오엔텍을 포함한 일부 개발자들은 COVID-19 및 기타 질병(가장 일반적으로 인플루엔자)으로부터 사람들을 보호하기 위해 복합 백신을 개발하고 있습니다. 거의 모든 것이 개발 초기 단계에 있습니다.

 

광범위한 보호 백신

COVID-19 백신에 대한 업데이트는 항상 진화하는 바이러스보다 한두 단계 뒤처져 있습니다. 과학자들은 미래의 SARS-CoV-2 변종과 관련 코로나바이러스를 표적으로 삼을 수 있는 ‘광범위하게 보호하는’ 백신을 개발하기를 희망합니다.

 

이러한 백신중 일부의 목표는 SARS-CoV-2 변이 및 일부 관련 코로나바이러스 종에서 보존되는 스파이크 단백질의 특정 영역에 대한 면역 반응을 생성하는 것이며, 이는 새로운 변종에서 돌연변이를 일으키지 않는 경향이 있음을 의미합니다. 관심 영역 중 하나는 수용체 결합 도메인(RBD)으로, 인간 세포의 ACE2 수용체 단백질에 결합하고 신체에서 가장 강력한 감염 차단 항체 중 일부에 의해 표적화됩니다.

 

시애틀의 워싱턴 대학교와 패서디나의 캘리포니아 공과대학(Caltech)에서 최소 두 팀이 ‘모자이크’ 백신을 만들고 있습니다: 흩어져 있는 나노 입자로 이루어진 SARS-CoV-2와 SARS-CoV 및 박쥐에서 분리된 다른 것과 같은 계열의 코로나바이러스(사르베코바이러스라고 함)의 RBD들.

 

B 세포가 이러한 모자이크 나노 입자에서 하나 이상의 RBD를 인식하면 (여러 바이러스 종의 보존 된 영역에 달라 붙음) 강하게 결합합니다. 이것은 차례로 B 세포가 증식하고 더 많은 항체를 생성하도록 촉발합니다. (미래의 감염과 싸우기 위한 기억 B 세포뿐만 아니라). 단 하나의 바이러스 종으로부터 RBD를 인식하는 B 세포는 약하게 결합하고, 이러한 반응을 생성하지 않는다. 연구원들은 모자이크 나노 입자를 사용하면 코로나바이러스 종에서 여러 RBD를 인식할 수 있는 항체 풀이 풍부해질 것으로 기대합니다 ( ‘광범위한 보호’참조).

Broader immunity?: a graphic that shows how mosaic nanoparticle vaccines can provide immunity across a broad range of viruses.

닉 스펜서/네이처. 칼텍에서 적응 (https://go.nature.com/3R6GWJ3)

 

동물 연구에 따르면 이러한 백신은 다양한 사르베코바이러스에 대한 보호 반응을 유발합니다. 첫 번째 임상 시험은 향후 2년 내에 시작될 예정입니다.

 

스파이크를 넘어서

많은 1세대 COVID-19 백신은 SARS-CoV-2의 스파이크 단백질에 대해서만 면역 반응을 유발합니다.

 

그러나 일부 차세대 백신은 감염 때문에 부여되는 보호를 안전하게 모방하는 보다 다양한 면역 반응을 생성하기 위해 다른 바이러스 단백질도 전달합니다. 이 접근법은 또한 새로운 스파이크 변이의 영향을 완화할 수 있습니다. ( ‘다른 바이러스 단백질 표적화’참조).

Targeting other viral proteins: a graphic that shows some of the other proteins in Sars-CoV-2 that can be used in vaccines.

닉 스펜서/네이처. 스탠포드 대학교에서 적응 (https://go.nature.com/3WV2FB6)

 

스파이크 단백질은 항체 생성 B 세포의 주요 표적입니다. 그러나 감염된 세포를 파괴하는 T 세포는 다른 많은 SARS-CoV-2 단백질을 인식할 수 있습니다. 이러한 이유로 다른 단백질을 전달하는 백신은 면역 체계가 강력한 항체 반응을 일으키지 않는 사람들을 보호하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 백신은 또한 스파이크가 아닌 단백질이 변종 간에 덜 변하는 경향이 있으므로 바이러스 진화에 더 탄력적 일 수 있습니다.

 

미국 생명공학 회사인 Gritstone은 mRNA 백신 기술을 사용하여 여러 SARS-CoV-2 단백질에 대한 지침을 제공하는 그러한 백신중 하나를 개발하고 있습니다. 한편 텍사스의 생명 공학 회사인 Vaxxinity는 신체를 여러 항원에 노출하는 단백질 기반 백신을 개발하고 있습니다. 이 회사는 임상 3상 시험에서 백신이 안전하고 부스터로 사용될 때 강력한 항체 반응을 유도한 후 올해 영국과 호주 승인을 신청할 계획이라고 밝혔다.

 

새로운 플랫폼 디자인

차세대 백신을 분류하는 또 다른 방법은 신체에 전달하는 방법입니다. 기존 백신은 적어도 네 가지 접근법 중 하나를 사용합니다: 핵산 백신 (대부분 mRNA)은 세포에 SARS-CoV-2 스파이크 단백질을 만들도록 지시합니다. 비활성화된 백신은 코로나 바이러스 자체의 버전을 사용합니다. 단백질 백신은 스파이크 단백질 또는 그의 RBD로 구성됩니다. 바이러스 벡터 백신은 변형된 바이러스를 사용하여 스파이크 단백질에 대한 지침을 세포로 셔틀 합니다. 차세대 백신에는 이러한 설계에 대한 조정 또는 성능 향상을 위한 전달 메커니즘의 변경이 포함될 수 있습니다.

 

자가 증폭 RNA

mRNA 백신은 특히 대부분 용량이 판매된 부유한 국가에서 전염병의 흐름을 바꾸는 데 도움이 되었습니다. 이 기술을 비틀면 부작용을 최소화하면서 백신을 더 저렴하고 강력하게 만들 수 있습니다.

 

화이자-바이오엔텍과 모더나(미국 국립 알레르기 및 전염병 연구소)가 개발한 백신은 지방 나노입자에 포장된 수정된 버전의 스파이크에 대한 mRNA 지침으로 구성됩니다. 이 기술의 업데이트된 버전에서 자가 증폭 RNA(saRNA) 백신에는 세포가 더 많은 스파이크 사본을 휘젓도록 지시하는 효소에 대한 지침도 포함되어 있습니다(‘자가 증폭 RNA’ 참조).

Self amplifying RNA: a graphic that shows how genes can be added to RNA vaccines to make them more effective.

닉 스펜서/네이처.

 

이는 더 작고 잠재적으로 더 저렴한 용량의 saRNA 백신이 기존 mRNA 백신과 비교하여 같거나 더 강한 면역 반응을 달성할 수 있음을 의미합니다. 더 작은 초기 복용량은 또한 부작용을 줄일 수 있습니다.

 

미국 회사 아크튜러스 테라퓨틱스가 개발한 saRNA 백신이 2022년 4월 임상 3상 시험을 완료했습니다. 이 회사는 현재 일본에서 또 다른 임상 3상 시험을 시작하여 승인 신청으로 이어질 수 있다고 말합니다. Gritstone은 saRNA 기술을 사용하여 임상 1상 시험을 완료한 후보 T 세포 백신에 추가 SARS-CoV-2 단백질을 전달하고 있습니다.

 

나노 입자의 단백질

미국 생명공학 회사인 노바백스(Novavax)가 만든 백신을 포함하여 여러 단백질 기반 COVID-19 백신이 전 세계적으로 승인되었습니다. 저렴한 비용과 생산 용이성은 매력적입니다. 그들은 일반적으로 전체 SARS-CoV-2 스파이크 단백질 또는 RBD의 안정화된 형태로 만들어집니다.

 

이 백신의 새로운 부류는 스파이크 또는 RBD가 박힌 축구공 모양의 구조로 자체 조립되는 단백질로 만들어집니다. 실제 바이러스를 모방한 바이러스 분자의 반복적인 배열은 특히 강력한 면역 반응을 일으킵니다.

 

Caltech와 워싱턴 대학이 개발한 ‘모자이크’백신 (여러 종류의 코로나 바이러스의 RBD가 박혀 있음)은 이러한 노력의 한 예입니다.

 

또 다른 나노 입자 백신이 이미 승인되었습니다: 2022년 2월, 한국 규제 당국은 워싱턴 대학교에서 개발한 SARS-CoV-2 원본 버전의 RBD를 포함하는 백신을 승인했습니다. 임상 3상 시험에 따르면 이 백신은 스파이크 항원을 암호화하는 침팬지 아데노바이러스를 사용하는 아스트라제네카와 영국 옥스퍼드 대학에서 개발한 바이러스 벡터 백신에서 생성된 것보다 몇 배 더 높은 수준으로 항체 반응을 높였습니다.

 

그러나 백신을 개발하는 한국 회사인 SK 바이오 사이언스는 2022년 말 한국에서 백신에 대한 수요가 적어 생산을 일시 중지했다고 밝혔다.

 

메릴랜드 주 실버 스프링에있는 미국 월터 리드 육군 연구소 (Walter Reed Army Institute of Research)의 연구원들이 이끄는 팀은 페리틴이라는 철 운반 단백질을 사용하여 또 다른 단백질 나노 입자 백신을 개발하고 있습니다. 이것은 구형 입자로 자체 조립된 다음 전체 SARS-CoV-2 스파이크 단백질이 박혀 있습니다. 현재 초기 단계 시험에서 테스트 중입니다 ( ‘나노 입자 플랫폼’참조).

Nanoparticle platforms: a graphic that shows a spike ferritin nanoparticle vaccine.

닉 스펜서/네이처. 스탠포드 대학교 (https://go.nature.com/3WV2FB6) 및 WRAIR (https://go.nature.com/3JTX3XU)에서 채택

 

비강 백신

일부 COVID-19 백신은 코나 입을 통해 미스트로 흡입하거나 비강으로 흡입합니다. SARS-CoV-2가 코와 입을 감싸고 있는 얇은 점막에서 체내로 들어가는 지점에서 면역 반응을 유발함으로써 이 백신은 이론적으로 바이러스가 퍼지기 전에 막을 수 있습니다.

 

동물 연구 데이터에 따르면 이것이 가능할 수 있으며 중국에서 2개, 인도,이란, 러시아에서 각각 1개 등 최소 5개의 비강 백신이 이미 사용 승인을 받았습니다. 그러나 이러한 백신이 바이러스의 감염이나 전파를 줄이는 데 주사보다 나은지에 대한 데이터는 아직 없습니다(‘비강 백신’ 참조).

Nasal vaccines: a graphic that shows how nasal vaccines could start giving immunity at mucosal membranes in the nose and mouth.

닉 스펜서/네이처.

 

차세대 코로나19 백신의 선도적인 자금 제공자인 오슬로에 기반을 둔 재단인 전염병대비혁신연합(CEPI)의 백신 연구 개발 전무이사인 멜라니 사빌(Melanie Saville)은 이러한 백신과 기타 차세대 코로나19 백신 개발에 대한 주요 과제는 기존 백신보다 진정한 개선을 제공한다는 것을 증명하는 것이라고 말합니다.

 

치열한 경쟁

모든 차세대 백신은 시장 점유율을 위해 싸워야 할 것입니다. 50개 이상의 백신이 이미 승인되었으며 초기 및 후기 임상 시험에 수백 가지가 있습니다. 수백 개가 더 버려졌습니다. ( ‘활기찬 시장’참조).

A lively market: a graph that shows the numbers and types of vaccines at different stages of development

닉 스펜서/네이처. 출처: 에어피니티

 

승인된 백신 중 소수만이 투여된 용량을 지배합니다(‘주요 플레이어’ 참조).

Leading players: a graph that shows the number of coronavirus vaccines produced so far by the main producers.

닉 스펜서/네이처. 출처: 에어피니티

 

활발한 연구에도 불구하고 Moderna 및 Pfizer-BioNTech와 같은 현재의 mRNA 잽이 지배적일 가능성이 있다고 런던의 생명 과학 정보 회사인 Airfinity의 분석 책임자인 Matt Linley는 말합니다. Omicron 성분을 포함하는 2가 백신의 빠른 개발은 이러한 백신이 신속하게 적응할 수 있음을 보여주었습니다. 또 다른 업데이트가 필요한 경우 “mRNA 예방 접종은 신속하게 대응할 수 있다는 점에서 시장 리더가 될 것”이라고 Linley는 말합니다.

 

COVID-19는 더 이상 예전처럼 모든 것을 포괄하는 비상사태로 간주하지 않으므로 개발자와 규제 기관은 19세대 백신의 맹렬한 속도에 비해 더 느리게 움직일 것이라고 Saville은 덧붙였습니다. “COVID-19에 대해 장기적으로 내구성이 있는 백신 유형이어야 하므로 서두르지 말아야 합니다.”

 

그러나 새로운 백신 기술에 관한 연구가 COVID-19에 직접적인 성과를 거두지 못하더라도 CEPI가 미래의 위협에 대한 준비를 개선하기 위해 다양한 바이러스군을 위한 ‘백신 라이브러리’에 대한 작업과 같은 다른 질병을 퇴치하기 위한 노력을 여전히 지원할 수 있다고 Saville은 말합니다.

Nature 614, 22-25 (2023)

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-00220-z

농업에서의 항생제 사용은 약물 내성 두려움에도 불구하고 급증할 것입니다.

분석에 따르면 농업에서의 항생제 사용은 보고된 것보다 훨씬 높습니다.

NEWS

06 February 2023

Antibiotic use in farming set to soar despite drug-resistance fears

Analysis finds antimicrobial drug use in agriculture is much higher than reported.

https://www.nature.com/articles/d41586-023-00284-x

의 간단 번역입니다.

 

Sara Reardon

 

분석에 따르면 항생제 내성의 주요 원인인 동물 사육에서의 항생제 사용은 사용을 줄이기 위한 지속적인 노력에도 불구하고 2020년에서 2030년 사이에 8% 증가할 것으로 예상합니다.

 

농업에서 항생제의 남용은 항생제로 치료할 수 없는 박테리아 감염의 인간 증가의 주요 동인으로 생각됩니다. 항생제는 가축의 감염을 치료하는 데 필요할 수 있지만, 종종 동물의 성장을 가속하고 붐비고 비위생적인 환경에서 동물의 질병을 예방하는 데 사용됩니다.

 

많은 정부가 항생제 사용을 줄이기 위한 규칙을 만들거나 시행하기 위해 고군분투하고 있습니다. 예를 들어, 미국과 유럽의 많은 부분을 포함한 많은 국가에서 성장을 촉진하는 항생제의 사용을 금지하지만, 제조업체는 질병을 예방하기 위해 약물을 마케팅하고 있다고 말할 수 있습니다.

 

연구자들은 또한 대부분이 농업 항생제 사용 데이터를 공개적으로 공개하지 않기 때문에 특정 국가에서 사용되는 항생제의 양을 계산하는 데 어려움을 겪고 있다고 취리히에 있는 스위스 연방 공과 대학 (ETH Zurich)의 공간 역학자인 Thomas Van Boeckel은 말합니다. 대신, 많은 사람이 세계 동물 보건기구 (WOAH)에 데이터를 공개합니다. 이 단체는 국가의 항생제 데이터를 대륙으로 그룹화하며, 연구자들이 볼 수 있는 전부입니다. 그리고 약 40%의 국가가 항생제 사용을 WOAD에 보고하지 않습니다. “세계에서 항생제 사용에 관한 대부분 데이터는 사용할 수 없습니다.”라고 van Boeckel은 말합니다.

 

국가 추정치

229개국에서 항생제 사용량을 추정하기 위해 Van Boeckel은 ETH Zurich의 역학자인 Ranya Mulchandani 및 다른 동료들과 협력하여 개별 정부, 농장 조사 및 항생제의 수의학 사용을 보고한 과학 기사에서 자료를 수집했습니다. 그들은 전 세계 농장 동물 개체군에 대한 데이터와 해당 데이터를 공개적으로 보고한 42개국의 항생제 판매에 대한 데이터와 이를 상호 참조했습니다. 거기에서 그들은 나머지 187개국의 추세를 추정했습니다.

 

국가별 항생제 소비. 차트에 따르면 중국은 국가별로 10년 상위 2020개 항균 소비를 주도하고 있습니다.

Source: R. Mulchandani et al. PLOS Glob. Public Health 3, e0001305 (2023)

연구팀은 아프리카에서의 항생제 사용이 WOAH가 보고하는 것의 두 배이며 아시아에서의 사용은 보고된 것보다 50% 높다고 계산했다. 저자들은 이 지역의 많은 국가가 WOAH 설문 조사에 응답하지 않는다는 사실에 기인합니다. 저자들은 계산에서 이를 고려하여 2030년까지 세계가 연간 약 107,500톤의 항생제를 가축에 사용할 것으로 추정하며, 이는 2020년의 100,000톤 미만과 비교됩니다. 항생제 사용은 아시아, 특히 중국에서 가장 높으며(‘국가별 항생제 소비’ 참조) 이러한 추세는 2030년까지 계속될 것으로 예상합니다. 연구원들은 또한 항생제 사용이 육류 제품에 대한 수요 증가로 인해 2020년에서 20230년 사이에 25% 증가하여 아프리카에서 가장 빠르게 증가할 것으로 추정합니다.

 

그러나 Mulchandani는 42개 데이터 공유 국가 대부분이 고소득 국가였으며, 이는 그들이 사용하는 항생제의 유형과 목적이 모든 국가를 대표하지 않을 수도 있음을 의미합니다.

 

지난 39월 오만 무스카트에서 열린 항생제 내성에 관한 장관급 회의에서 주요 농업 생산국인 러시아와 인도를 포함한 30개국은 203년까지 농업용 항균제 사용을 30~50% 줄이겠다고 약속했습니다. 아이오와 시티에 본사를 둔 비영리 단체 Keep Antibiotics Working의 프로그램 책임자인 Steven Roach는 그 목표가 달성되지 않더라도 국가들이 항생제 사용에 대한 기준 데이터를 공개하기 시작할 가능성이 더 크다는 것을 의미합니다. “글로벌 의지가 있다면 실질적인 감소 가능성이 있음을 시사합니다.”라고 그는 말합니다. 한편, 그는 최신 연구에서 사용된 방법의 유형이 항생제 사용에 대한 세계적인 그림을 얻을 수 있는 유일한 방법이라고 덧붙였다.

 

Van Boeckel은 앞으로 그의 팀이 더 많은 국가에서 스웨덴이 취한 것과 유사한 엄격한 항생제 배포 접근법을 채택하면 어떻게 될지와 같은 시나리오를 모델링 할 것이라고 말합니다. 그는 사용 데이터를 보다 공개적으로 이용할 수 있게 하면 항생제를 책임감 있게 사용하지 않는 국가와 농업 생산자에 대한 책임을 높일 수 있다고 덧붙였다.

Nature 614, 397 (2023)

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-00284-x

 

References

Mulchandani, R., Wang, Y., Gilbert, M. & Van Boeckel, T. P. PLOS Glob. Public Health 3, e0001305 (2023).

바이러스 내성 세포를 투여받은 후 HIV가 없는 세 번째 환자

그러나 절차와 관련된 위험은 현재 형태로 널리 사용되지 않을 것임을 의미합니다.

NEWS

21 February 2023

Third patient free of HIV after receiving virus-resistant cells

But the risks associated with the procedure mean it is unlikely to be used widely in its current form.

Sara Reardon

https://www.nature.com/articles/d41586-023-00479-2

의 간단 번역입니다.

 

독일의 53세 남성은 골수 세포를 기증자의 HIV 내성 줄기세포로 대체 한 절차를 거친 후 바이러스가 없다고 선언된 HIV 감염자 중 적어도 세 번째가 되었습니다.

 

수년 동안 항레트로바이러스 요법 (ART)은 바이러스를 거의 감지할 수 없는 수준으로 낮추고 다른 사람에게 전염되는 것을 방지하기 위해 HIV 감염자에게 제공되었습니다. 그러나 면역 체계는 바이러스를 신체의 저장소에 가두어 두며, 개인이 ART 복용을 중단하면 바이러스가 복제되고 퍼지기 시작할 수 있습니다.

 

진정한 치료법은 이 저수지를 제거 할 것이며, 이것은 이름이 공개되지 않은 최신 환자에게 일어난 것 같습니다. ‘뒤셀도르프 환자’라고 불리는 이 남성은 2018년 ART 복용을 중단했으며 그 이후로 HIV가 없는 상태를 유지하고 있습니다.

 

관련된 줄기세포 기술은 종종 베를린 환자라고 불리는 Timothy Ray Brown을 치료하는 데 처음 사용되었습니다. 2007 년에 그는 급성 골수성 백혈병을 치료하기 위해 골수 이식을 받았는데, 그 세포를 파괴하고 건강한 기증자의 줄기세포로 대체했습니다. 브라운을 치료하는 팀은 CCR5Δ32/Δ32라는 유전적 돌연변이를 가진 기증자를 선택하여 CCR5 세포 표면 단백질이 세포 표면에서 발현되는 것을 방지했습니다. HIV는 그 단백질을 사용하여 면역 세포에 들어가므로 돌연변이는 세포가 바이러스에 효과적으로 저항하게 만듭니다. 시술 후 브라운은 ART 복용을 중단할 수 있었고 2020년 사망할 때까지 HIV가 없는 상태를 유지했습니다.

 

2019년에 연구원들은 같은 절차가 런던 환자인 Adam Castillejo를 치료한 것으로 보인다고 밝혔습니다. 그리고 2022년에 과학자들은 14개월 동안 HIV가 없는 상태를 유지한 뉴욕 환자도 완치될 수 있다고 생각한다고 발표했지만, 연구원들은 확신하기에는 너무 이르다고 경고했습니다.

 

카스티예호를 치료한 팀을 이끌었던 영국 케임브리지 대학의 미생물학자 라빈드라 굽타(Ravindra Gupta)는 최신 연구가 “CCR5가 현재 치료법을 달성하기 위한 가장 다루기 쉬운 표적이라는 사실을 공고히 한다”고 말합니다.

 

낮은 바이러스 수준

뒤셀도르프 환자는 급성 골수성 백혈병 진단을 받았을 때 ART 덕분에 HIV 수치가 매우 낮았습니다. 2013년 독일 뒤셀도르프 대학 병원의 바이러스학자 Björn-Erik Jensen이 이끄는 팀은 환자의 암성 골수 세포를 파괴하고 CCR5Δ32/Δ32 돌연변이가 있는 기증자의 줄기세포로 대체했습니다.

 

그 후 5년 동안 Jensen의 팀은 환자로부터 조직과 혈액샘플을 채취했습니다. 이식 후 몇 년 동안 과학자들은 HIV에 특이적으로 반응하는 면역 세포를 계속 발견했으며, 이는 저수지가 사람의 몸 어딘가에 남아있음을 시사했습니다. Jensen은 이러한 면역 세포가 활성 바이러스 입자를 표적으로 삼았는지 또는 바이러스 잔재의 “묘지”를 표적으로 삼았는지는 분명하지 않다고 말합니다. 그들은 또한 환자의 몸에서 HIV DNA와 RNA를 발견했지만, 절대 복제되지 않는 것 같았습니다.

 

이식이 어떻게 작동하는지 더 많이 이해하기 위해 팀은 환자의 면역 세포를 인간과 유사한 면역 체계를 갖도록 설계된 마우스에 이식하는 것을 포함하여 추가 테스트를 실행했습니다. 바이러스는 생쥐에서 복제에 실패하여 기능이 없음을 시사합니다. 최종 테스트는 환자가 ART 복용을 중단하는 것이었습니다. “그것은 몸에서 HIV를 제거하는 것이 불가능하지 않다는 것을 보여줍니다.”라고 Jensen은 말합니다.

 

치료를 받은 환자는 성명서에서 골수 이식이 “매우 험난한 길”이었다고 말하면서 연구 기금 마련을 지원하는 데 평생의 일부를 바칠 계획이라고 덧붙였다.

 

샌프란시스코 캘리포니아 대학의 전염병 연구원인 티모시 헨리히는 이 연구가 매우 철저하다고 말합니다. 여러 환자가 ART와 HIV 내성 기증자 세포의 조합으로 성공적으로 치료되었다는 사실은 이러한 개인에서 HIV 치료를 달성할 가능성을 매우 크게 만듭니다.

 

굽타는 동의하지만 어떤 경우에는 바이러스가 사람 내부에서 돌연변이를 일으켜 세포에 들어가는 다른 방법을 찾는다고 덧붙입니다. 그는 또한 사람들이 골수 이식 전에 암으로 받은 화학 요법이 감염된 세포가 분열하는 것을 막음으로써 HIV를 제거하는 데 도움이 되었는지 아닌지도 불분명하다고 말합니다.

 

그러나 절차와 관련된 높은 위험, 특히 개인이 기증자의 골수를 거부할 우려 때문에 백혈병이 없는 사람들에게 골수 대체물이 시행될 가능성은 거의 없습니다. 여러 팀이 사람의 몸에서 채취한 줄기세포를 사용하여 CCR5Δ32/Δ32 돌연변이를 갖도록 유전자 변형할 가능성을 테스트하고 있습니다. 이는 기증자 세포의 필요성을 제거합니다.

 

Jensen은 그의 팀이 CCR5Δ32/Δ32 돌연변이가 있는 기증자의 줄기세포를 사용하여 HIV와 암의 영향을 받는 다른 여러 사람을 위해 이식을 수행했지만, 그 개인이 바이러스가 없는지를 말하기에는 너무 이르다고 말합니다. 그의 팀은 이식을 받을 때 HIV의 더 큰 저장소를 가지고 있는 사람이 면역 체계가 신체에서 남아있는 바이러스를 얼마나 잘 회복하고 제거하는지에 영향을 미치는지를 연구할 계획입니다.

 

References

Jensen, B.-E. O. et al. Nature Med. https://doi.org/10.1038/s41591-023-02213-x (2023).

Holt, N. et al. Nature Biotechnol. 28, 839–847 (2010).

Xu, L. et al. N. Engl. J. Med. 381, 1240–1247 (2019).

생명과학 심화 탐구, 생명 융합 심화 탐구

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