WO2023096065A1 - 방사선 감수성 진단방법 - Google Patents

방사선 감수성 진단방법 Download PDF

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    • G01N2800/52—Predicting or monitoring the response to treatment, e.g. for selection of therapy based on assay results in personalised medicine; Prognosis

Definitions

  • the present invention relates to a method for diagnosing radiation sensitivity, and more particularly, to diagnose radiation sensitivity by culturing cancer tissue from a patient's lesion tissue in an environment similar to a living body outside the body, and irradiating the cultured cancer cells with radiation of various radiation doses.
  • the present invention relates to a radiation sensitivity diagnosis method for predicting and diagnosing radiation sensitivity and prognosis of a patient before radiation treatment using a radiation sensitivity diagnosis kit.
  • cancer is treated by various drug therapies including chemotherapy, radiation therapy and antibody-based drugs depending on the type treatment is performed by Among these, radiation therapy is performed for carcinomas where surgical operation is impossible or anticancer drugs are ineffective, and rather than the purpose of completely removing the ultimate cause, cancer cells, by removing cancer cells while minimizing damage to normal tissues, It is implemented for the purpose of maintaining high quality and prolonging life.
  • drug therapies including chemotherapy, radiation therapy and antibody-based drugs depending on the type treatment is performed by Among these, radiation therapy is performed for carcinomas where surgical operation is impossible or anticancer drugs are ineffective, and rather than the purpose of completely removing the ultimate cause, cancer cells, by removing cancer cells while minimizing damage to normal tissues, It is implemented for the purpose of maintaining high quality and prolonging life.
  • radiation therapy is performed for the purpose of conservative treatment in which a planned radiation dose is accurately administered to the target cancer, treatment of symptoms, and improvement of the disease is expected.
  • a conservative treatment strategy using radiation therapy is recognized as an effective treatment method for head and neck cancer, digestive cancer, urinary cancer, esophageal cancer, brain tumor, lung cancer, liver cancer, rectal cancer, anal cancer, and cervical cancer.
  • the present invention considers radiation response factors and cell growth factors at the same time, so that among various factors that have been previously studied, the most effective factors for diagnosing radiation sensitivity can accurately determine the radiation sensitivity of an individual patient. It is an object of the present invention to provide a method for diagnosing radiation sensitivity.
  • an object of the present invention is to provide a diagnosis method that can effectively reduce the cost and time required for radiation sensitivity diagnosis by irradiating different radiation doses to each of a plurality of cancer organoids disposed in a radiation sensitivity diagnosis kit. .
  • the present invention aims to provide information necessary for determining whether or not to perform radiation treatment for the purpose of conservative treatment by precisely predicting the radiation treatment effect by determining radiation sensitivity using cell experiment-based data derived from individual patients. to be
  • the radiation sensitivity diagnosis method is a radiation sensitivity diagnosis method using a radiation sensitivity diagnosis kit including a radiation irradiation device and a control unit, (a) Dispensing one or more cancer cells isolated from the subject on the CRS plate of the diagnostic kit; (b) forming one or more cancer organoids by filling the CRS plate with culture medium and culturing the one or more cancer cells; (c) irradiating the CRS plate with radiation passing through a radiation dose control unit from a radiation generating unit of the radiation irradiation device; (d) measuring the cell activity of the one or more cancer organoids; (e) a data acquisition step of obtaining cell experiment-based data based on the measured cell activity; and (f) diagnosing, by the control unit, radiation sensitivity of the subject based on the cell experiment-based data.
  • each of the plurality of cancer organoids placed in the diagnostic kit can be irradiated with different amounts of total radiation dose for the same period of time, effectively reducing the cost and time required for radiation sensitivity diagnosis, and based on longitudinal experiments.
  • the radiation treatment effect can be predicted, and thus, information necessary for determining whether or not to perform radiotherapy, which is a conservative treatment strategy, can be provided.
  • the present invention it is possible to predict the effect of radiation treatment in advance by effectively diagnosing the radiation sensitivity of cancer cells of a patient, and thus, head and neck cancer, lung cancer, esophageal cancer, rectal cancer, anal cancer, and uterus suitable for conservative treatment strategies. Whether or not to perform radiation therapy for cancer such as cervical cancer can be accurately and effectively determined.
  • a radiation sensitivity diagnosis method capable of accurately determining the radiation sensitivity of an individual patient with the most effective factors for diagnosis of radiation sensitivity among various factors that have been previously studied by simultaneously considering radiation response factors and cell growth factors. is provided.
  • a small number of samples and a limited amount of time can be obtained using a characteristic sensitivity diagnostic kit configured so that the total amount of radiation irradiated to each of the plurality of cancer organoids is different from each other due to a change in the relative position of the plate portion and the radiation shielding film.
  • Data required for radiation sensitivity diagnosis can be obtained by overcoming limitations.
  • FIG. 1 is a flowchart of a method for diagnosing radiation sensitivity according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a radiation sensitivity diagnosis kit according to an embodiment of the present invention.
  • 3A and 3B are views for explaining a method for diagnosing radiation sensitivity according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4 to 7 are views for explaining a radiation dose control unit of a radiation sensitivity diagnostic kit according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 8 is a view for explaining the measurement of cell activity of irradiated cancer organoids according to an embodiment of the present invention.
  • 9 and 10 are views for explaining a radiation response factor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a radiation sensitivity diagnosis module according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 12 and 13 are views for explaining a method for diagnosing radiation sensitivity based on a radiation response factor and a cell growth factor according to an embodiment of the present invention.
  • 14a and 14b are views for explaining a radiation susceptibility index according to an embodiment of the present invention.
  • 15a and 15b show diagnostic results of the radiation sensitivity diagnostic kit according to an embodiment of the present invention.
  • 16 exemplarily illustrates a radiation sensitive diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Therefore, the first component mentioned below may also be the second component within the technical spirit of the present invention.
  • ordinal expression expressions such as first and second are intended to describe objects that are equivalent and independent of each other, and in the order of main / sub or master / slave It should be understood as having no meaning.
  • An object may mean any subject whose radiation sensitivity is to be diagnosed.
  • a subject may have ovarian cancer, breast cancer, squamous cell carcinoma, uterine cancer, cervical cancer, prostate cancer, head and neck cancer, pancreatic cancer, brain tumor, liver cancer, skin cancer, esophageal cancer, testicular cancer, kidney cancer, colorectal cancer, rectal cancer, stomach cancer,
  • the subject may be an individual having at least one carcinoma among kidney cancer, bladder cancer, bile duct cancer, and gallbladder cancer.
  • the subject may be a subject having head and neck cancer, but is not limited thereto.
  • Radiation sensitivity may mean sensitivity to radiation and may be a criterion for diagnosing whether or not a treatment response is displayed according to radiation. Radiation sensitivity may be used interchangeably with radiation treatment responsiveness, radiation responsiveness, and the like. Accordingly, according to the diagnosis of radiation sensitivity, the individual may be determined as a treatment positive individual or a negative treatment response individual for radiation treatment. In addition, an individual having a relatively high sensitivity to radiation may be determined to have a positive treatment response, and an individual having a relatively low sensitivity to radiation may be determined to have a negative treatment response.
  • cancer organoid-based radiosensitivity diagnosis measures the radiation response of organoids by dispensing cancer patient's tissue cells and extracellular matrix into a culture plate and irradiating various radiation doses, and the result is a decisive aid in the patient's radiation treatment decision. can be used as a resource.
  • Cancer cells in the human body constitute a microenvironment surrounded by an extracellular matrix, and a model that predicts radiation treatment needs a living body model that can mimic this. Therefore, according to one embodiment of the present invention, after forming an extracellular matrix on a pillar chip, culturing cancer cells therein to implement a microenvironment, and measuring the activity of cancer patient-derived cells by transmitting radiation thereto, the sensitivity to radiation is measured. can measure In this embodiment, experiments were conducted on head and neck cancer, but as mentioned above, cancers suitable for conservative treatment strategies, such as digestive cancer, urinary cancer, esophageal cancer, brain tumor, lung cancer, liver cancer, rectal cancer, anal cancer, and cervical cancer All patient-derived cells can be applied to the present invention.
  • the diagnostic kit for example, cancer patient-derived cells such as head and neck cancer, according to various radiation doses on a single plate using a radiation dose control unit capable of selectively shielding/controlling radiation dose. activity can be measured.
  • the present invention developed and used a radiation-sensitive diagnostic kit capable of irradiating cells with various radiation doses with a single radiation dose in a manner in which radiation dose can be freely adjusted within one diagnostic kit, and used for diagnosis.
  • the radiation sensitivity diagnostic kit 100 according to an embodiment of the present invention will be described first with reference to FIGS. 2 to 7 .
  • the radiation sensitivity diagnosis kit 100 includes a radiation irradiation device 140 and a control unit 150, and the control unit 150 includes a storage unit 110, a processor 120, a communication unit 130 and A radiation diagnosis module 135 may be included.
  • the radiation sensitivity diagnosis kit 100 may further include an imaging device 147 for confirming an image of a cancer organoid, for example, a fluorescence microscope.
  • the radiation irradiation device 140 may include, for example, a radiation generating unit 145, a radiation dose control unit 143, and a CRS plate (141, Cell Ratio-Sensitivity Plate).
  • the radiation generating unit 145 is a device that generates radiation by accelerating charged particles, and the generated radiation passes through the radiation dose control unit 143 to one or more cancer organoids 1041 in the CRS plate 141. At least a portion may be irradiated with radiation doses different from each other.
  • the radiation dose control unit 143 transmits radiation through a slit 243-1 that moves relative to the position of the CRS plate 141.
  • a slit-type radiation dose modulator 243 that controls the dose a shield-type radiation dose modulator 443 that adjusts the irradiation time for each cancer organoid by moving the shielding film in a linear motion, and the pattern, color, and material of the radiation-transmitting shielding plate ( metal), a density control-type radiation shielding film 343 configured to selectively adjust the radiation dose according to the radiation transmittance controlled by the density of the material, or a laminated radiation shielding film in which different numbers of radiation protection shielding plates are stacked according to the radiation dose to be irradiated (543).
  • the CRS plate 141 includes pillars capable of dispensing cells, is capable of culturing cells, and is a plate necessary for confirming radiation reactivity by a staining reagent after culturing.
  • the CRS plate 141 may have various shapes as can be seen in FIGS. 3A and 3B. In the case of FIG.
  • the CRS plate 141 is a form including wells that are accommodating spaces for the culture medium 1042, and a plurality of pillars protruding in the form of columns in which cancer organoids generated by cancer cells, which are culture objects, are placed ( 141-1) may protrude from the lower surface of the accommodation space in an upper direction (direction toward the radiation generating unit 145).
  • the plurality of pillar portions 141-1 protrude from the bottom portion 141-2 of the CRS plate 141 in a downward direction (in a direction opposite to the direction toward the radiation generating unit 145). It is accommodated in the well 141-3 and configured to be immersed in the culture medium 1042.
  • the present invention is not limited thereto, and any structure is possible as long as the cancer cells dispensed on the CRS plate 141 can be immersed in the culture medium.
  • the radiation dose control unit 143 may include a slit-type radiation dose modulator 243 having a radiation protection plate 243-2 having a slit 243-1 formed thereon.
  • radiation emitted from the radiation generating unit 145 is irradiated to the cancer organoids of the CRS plate 141 through the slit 243-1.
  • the radiation protection plate 243-2 serves as a radiation shield, and the slit 243-1 may be an opening opened in the radiation protection plate 243-2 in an elongated form. Meanwhile, the relative position of the CRS plate 141 and the slit 243-1 may be moved in a direction perpendicular to the elongated direction of the slit 243-1.
  • the CRS plate 141 moves in the embodiment of FIG. 4 , it is also possible to configure the slit 243-1 to move.
  • the relative position of the slit 243-1 and the CRS plate 141 may be set in advance, and thus the overlapping area of the slit 243-1 and the CRS plate 141 may be changed for a preset time.
  • the CRS plate 141 may move in a second direction (D2, a direction perpendicular to the elongated direction of the slit 243-1) for a preset period of time.
  • the preset time may include a first time interval, a second time interval, and a third time interval, and during the first time interval among the preset times, the CRS plate 141 is positioned as shown in FIG.
  • the organoid 1041c and the slit 243-1 may overlap. Accordingly, radiation may be irradiated only to the third organoid 1041c.
  • the CRS plate moves in the second direction (D2) from the position of FIG. 4 (a) and is positioned as shown in FIG. may overlap.
  • radiation may be irradiated only to the second organoid 1041b.
  • the CRS plate 141 moves again in the second direction (D2) from the position of FIG. 4 (b) and is positioned as shown in FIG. (243-1) can be nested. Accordingly, radiation may be irradiated only to the third organoid 1041c.
  • the amount of radiation irradiated to each of the plurality of cancer organoids for a preset time may be proportional to the time during which each of the plurality of cancer organoids overlaps the slit 243-1. That is, the total radiation dose irradiated to the first organoid 1041a may be proportional to the first time period, and the total radiation dose irradiated to the second organoid 1041b may be proportional to the second time period. The total radiation dose irradiated to the third organoid 1041c may be proportional to the third time period.
  • the radiation sensitivity diagnosis kit 100 moves the CRS plate 141 in the second direction (D2) to adjust the overlapping time between each cancer organoid and the slit 243-1, so that each cancer organoid
  • the total radiation dose for a preset period of time to be irradiated can be adjusted.
  • the radiation generating unit 145 and the slit 243-1 are fixed, and the radiation irradiation area and the radiation amount are constant, so that the radiation dose can be accurately adjusted by simply adjusting the time.
  • radiation irradiation time may take a little longer.
  • the radiation irradiation device 140 includes a radiation generating unit 145, a radiation dose control unit 143 including a density controllable radiation shielding film 343, a first plate 341a, and a second
  • the CRS plate 141 including the plate 341b may be included.
  • the density-controlled radiation shielding film 343 includes a radiation transmission shielding plate 343-1 and a radiation protection plate 343-2 accommodating the radiation transmission shielding plate 343-1.
  • the amount of radiation applied to the cancer organoid 1041 may be selectively adjusted by controlling the radiation transmittance by changing the pattern, color, material (metal), density of the material, etc. of the transmission shielding plate 343-1.
  • the radiation transmission shielding plate 343-1 is manufactured to fit into an opening of a specific shape created in the radiation protection plate 343-2. In this case, the radiation transmission shielding plate 343-1 of the density controllable radiation shielding film 343 may be detachable from the radiation protection plate 343-2.
  • the radiation protection plate 343-2 may be configured to use a film that completely shields radiation or to only physically support the radiation transmission shield plate 343-1 by using a film that transmits radiation. When the radiation protection plate 343-2 completely shields radiation, a hole is drilled at a portion supporting the radiation transmission shielding plate 343-1 to selectively transmit radiation.
  • the amount (degree) of radiation passing through the density controllable radiation shielding film 343 may vary according to the type and radiation transmittance of the radiation transmitting shielding plate 343-1. That is, the amount of radiation reaching the cancer organoid through the density controllable radiation shielding film 343 can be adjusted for a predetermined time depending on which type of radiation transmission shielding plate 343-1 is attached to the radiation dose controller. there is. Accordingly, the total amount of radiation reaching at least a portion of the plurality of cancer organoids 1041 disposed on the CRS plate 141 during a preset time is the amount of the radiation transmission shielding plate 343-1 overlapping with the cancer organoids. Depending on the type (classified according to the radiation transmittance), it may be adjusted differently from each other.
  • the CRS plate 141 is, for example, a unit in which cancer organoids (or cancer cells) are disposed under the radiation dose control unit 143, for example, the first plate 341a in which cancer organoids are disposed. , and a second plate 341b accommodating a culture medium 1042 for growing cancer organoids.
  • the first plate 341a may have a pillar structure
  • the second plate 341b may be a well having a diameter wider than that of the first plate 341a to accommodate the first plate 341a.
  • the radiation dose control unit 143 may include a shielding film movable radiation dose modulator 443 .
  • the CRS plate 141 is disposed below the radiation protection plate 443-2 of the shielding film movable radiation dose modulator 443, for example.
  • a radiation protection plate 443-2 may be disposed between the CRS plate 141 and the radiation generating unit 145 in a state where the radiation CRS plate 141 is combined with the rest of the shielding film movable radiation dose modulator 443. .
  • the radiation protection plate 443-2 of the shielding film movable radiation dose modulator 443 is disposed between the CRS plate 141 and the radiation generating unit 145, and slides and moves over time while the radiation generating unit 145 ), radiation emitted toward the CRS plate 141 may be shielded positionally and selectively over time.
  • the radiation protection plate 443-2 of the shielding film movable radiation dose modulator 443 connects the radiation generating unit 145 and the CRS plate 141 in the first direction D1, which is the extending direction of the CRS plate 141.
  • the sliding operation of the shielding film movable radiation dose modulator 443 may be performed by a shielding film driving gear.
  • the radiation When radiation is irradiated from the radiation generating unit 145 toward the CRS plate 141, the radiation may be shielded in an area where the radiation protection plate 443-2 and the CRS plate 141 overlap, and the radiation protection plate ( 443-2) and the CRS plate 141 do not overlap, radiation may be irradiated to the CRS plate 141 without being shielded. Therefore, as the position of the radiation protection plate 443-2 is moved along the first direction D1, the plurality of cancer organoids 1041 (first to third organoids) disposed on the CRS plate 141 ) can be adjusted so that radiation is selectively irradiated to any one of them. Accordingly, at least some of the radiation doses irradiated to each of the one or more cancer organoids (the first organoid 1041a to the third organoid 1041c) may be different from each other.
  • the radiation generating unit 145 may continuously radiate radiation toward the CRS plate 141 for a preset time. At this time, for a preset time, the radiation protection plate 443-2 of the shielding film movable radiation dose modulator 443 gradually slides in the first state overlapped with all cancer organoids as shown in FIG. As in d), it can be changed to a second state that does not overlap with all cancer organoids.
  • the first organoid 1041a, the second organoid 1041b, and the third organoid 1041c overlap with the radiation protection plate 443-2 so that the radiation emitted from the radiation generating unit 145 may not be able to reach
  • the radiation protection plate 443-2 in the first state may be moved in the first direction D1 as shown in (b) of FIG. 6A, and thus, the first organoid 1041a and the second organoid 1041b overlaps with the radiation protection plate 443-2 so that radiation does not reach it, and the third organoid 1041c does not overlap with the radiation protection plate 443-2 so that radiation emitted from the radiation generating unit 145 reaches can do.
  • the radiation protection plate 443-2 in the state of (c) of FIG. 6A may be further moved in the first direction D1 to be in the second state as shown in (d) of FIG. 6A, and thus, the first state All of the organoid 1041a, the second organoid 1041b, and the third organoid 1041c do not overlap with the radiation protection plate 443-2 so that radiation can reach them.
  • the location and/or area where radiation is irradiated to the CRS plate 141 may be changed for a preset time.
  • the radiation protection plate 443-2 of the shielding film movable radiation dose modulator 443 slides and moves in the first direction D1 for a preset time, the area to which radiation is irradiated to the CRS plate 141 may increase. there is.
  • the total radiation dose irradiated to the first organoid 1041a of the CRS plate 141 for a preset period of time may be smaller than the total radiation dose irradiated to the second organoid 1041b for a preset period of time, and A total radiation dose irradiated to the second organoid 1041b for a preset time may be smaller than a total radiation dose irradiated to the third organoid 1041c for a preset time.
  • the radiation protection plate 443-2 of the shielding film movable radiation dose modulator 443 slides along the first direction D1 over time, and the relative position between the CRS plate 141 and the radiation protection plate 443-2 is changed, and total radiation doses irradiated to at least some of the plurality of organoids disposed on the CRS plate 141 for a preset time period may be adjusted to be different from each other.
  • the total amount of radiation irradiated to the plurality of cancer organoids 1041 may be different, and thus, a small number of radiation irradiation devices 140 Even if the experiment is performed for a limited time (preset time) using , there is an effect of obtaining different cell experiment-based data with a different total irradiated radiation dose.
  • the shielding film movable radiation dose modulator 443 operates the shielding film driving gear 443-1 and the radiation protection plate 443-2.
  • the shielding film movable radiation dose modulator 443 may detach the CRS plate 141 as shown in FIG. 6C.
  • the shielding film drive gear 443-1 is a linear actuator that linearly moves the radiation protection plate 443-2, and the radiation protection plate 443-2 exposes a specific area of the CRS plate 141 for a preset time. or perform linear motion to shield radiation.
  • the shielding film movable radiation dose modulator 443 first removes the cover 443-3 (see (a) and (b) of FIG. 6c), and then the CRS The plate 141 may be mounted in the side space of the shield driving gear 443-1. ((c) and (d) in Fig. 6c)
  • the radiation dose control unit 143 may include a laminated radiation shielding film 543 .
  • the laminated radiation shielding film 543 includes a radiation-transmitting shielding plate 543-1 and a radiation protection plate 543-2 accommodating the radiation-transmitting shielding plate 543-1, and emits radiation from the radiation generating unit 145. It is a configuration that selectively shields radiation, that is, transmits only a part of it without transmitting the whole.
  • the radiation protection plate 543-2 may use a film that completely shields radiation, or may be configured to only physically support the radiation transmission shielding film 543-1 by using a film that transmits radiation. When the radiation protection plate 543-2 uses a film that completely shields radiation, a hole is drilled in a portion supporting the radiation transmission shielding plate 543-1 to selectively transmit radiation.
  • the radiation transmission shielding plate 543-1 of the multilayer radiation shielding film 543 may be made of, for example, a material containing tungsten, and thus, radiation may be selectively shielded.
  • Each of the plurality of female organoids 1041 of the CRS plate 141 may have a different number of stacked radiation-transmitting shielding plates 543-1, corresponding to the number of stacked radiation-transmitting shielding plates 543-1.
  • the size of the irradiated radiation dose may be determined.
  • the first organoid 1041a may have one radiation transmission shielding plate 543-1 stacked, and the second organoid 1041b may have two radiation transmission shielding plates.
  • the plates 543-1 may be stacked, and the third organoid 1041c may be stacked with three radiation-transmitting shielding plates 543-1.
  • the intensity of radiation irradiated to the organoid may be decreased.
  • the radiation dose per minute (unit Gy) irradiated to the cancer organoid 1041 decreases.
  • the total radiation dose (unit Gy) irradiated for a certain time (pre-specified time) may decrease as the number of 1 mm-thick radiation-transmitting shielding plates 543-1 (eg, tungsten sheets) increases. .
  • the thickness of the radiation-transmitting shielding plate 543-1 can be changed by the user's selection as needed, and as the thickness is reduced, the difference in the total radiation dose irradiated to each cancer organoid 1041 can be more precisely can be adjusted At this time, the thickness of all the radiation transmission shielding plates 543-1 may be constant, for example, 1 mm. However, it is not limited thereto, and the thicknesses of all the radiation transmission shielding plates 543-1 may not be the same.
  • the total amount of radiation irradiated to each of the plurality of cancer organoids 1041 for a preset period of time by adjusting the number of stacked radiation-transmitting shielding plates 543-1 in the overlapping region of each of the plurality of cancer organoids 1041. can be adjusted.
  • the radiation generating unit 145 radiates radiation of a constant intensity toward the CRS plate 141, and changes the number of the radiation transmission shielding plates 543-1 as needed, so that a plurality of arms are
  • the total amount of radiation irradiated to each of the noids 1041 can be controlled.
  • control unit 150 may include a storage unit 110, a processor 120, a communication unit 130, and a radiation sensitivity diagnosis module 135 that is a radiation diagnosis software module.
  • a radiation diagnosis software module In the embodiment of the present invention, it is implemented as software installed in the control unit 150, which is a computer, but is not limited thereto.
  • the radiation sensitivity diagnostic module 135 can be implemented in various ways, such as a software module, a hardware module, or a combination module of software and hardware.
  • the storage unit 110 may store various data generated while diagnosing the degree of radiation sensitivity of the subject.
  • the storage unit 110 may be configured to store diagnosis results of cell experiment-based data extracted by the radiation diagnosis module 135, radiation response factors, cell growth factors, and sensitivity levels. Stored cell experiment-based data may be applied as reference data.
  • the storage unit 110 is a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, a card type memory (eg SD or XD memory, etc.), RAM, SRAM, ROM, EEPROM, PROM, magnetic memory.
  • a magnetic disk, and an optical disk may include at least one type of storage medium.
  • the communication unit 130 connects the radiation sensitivity diagnosis kit 100 and an external system to enable communication.
  • the communication unit 130 is connected to the user terminal 200 and further to the database providing server 300 using wired/wireless communication to transmit/receive various data.
  • the communication unit 130 may receive data from the radiation irradiation device 140 or receive reference data that is a cell experiment-based data or clinical result of another entity from the database providing server 300 .
  • the communication unit 130 may transmit a diagnosis result to the user terminal 200 .
  • the processor 120 is operably connected to the storage unit 110, the communication unit 130, and the irradiation device 140, and obtains cell experiment-based data on cancer cells by executing the radiation sensitivity diagnosis module 135. It is possible to perform various commands for controlling to do so, analyzing experiment-based data to extract related susceptibility features, and determining the degree of susceptibility to radiation based on this.
  • the radiation diagnosis module 135 is executed by a processor, can control the radiation irradiation device 140, the radiation generating unit 145, and the radiation control unit 143, and stores cell experiment-based data in the storage unit 110. You can control what to save. A specific implementation of the radiation diagnosis module 135 will be described later with reference to FIG. 11 .
  • FIGS. 1, 3a and 3b a method for diagnosing radiation sensitivity according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1, 3a and 3b.
  • the method for diagnosing radiation sensitivity includes (a) a dispensing step of dispensing one or more cancer cells isolated from a subject on the CRS plate of the diagnostic kit (S111); (b) a culture step (S112) of forming one or more cancer organoids by culturing the one or more cancer cells by filling the plate part with a culture medium; (c) irradiating radiation by a radiation dose control unit of the radiation irradiation device; (S120) (d) measuring cell activity of the one or more cancer organoids; (S130) (e) calculating a radiation response factor and a cell growth factor of each of the one or more cancer organoids based on the measured cell activity; (S140) and (f) the control unit diagnosing radiation sensitivity of the individual based on the radiation response factor and cell growth factor of each of the one or more cancer organoids (S150).
  • the method for diagnosing radiation sensitivity includes dispensing cancer cells isolated from an individual (eg, patient) onto a CRS plate 141 . (S111).
  • cancer cells are prepared as follows, for example. First, cancer tissue is extracted from a patient, and the extracted cancer tissue is enzymatically treated to form a single cancer cell. Then, blood cells (red blood cells/leukocytes/platelets, etc.) are removed from the enzyme-treated single cancer cells, and the single cancer cells from which the blood cells are removed are counted and mixed with the extracellular matrix. Then, single cancer cells are dispensed on the CRS plate 141 .
  • the scope of the present invention is not limited thereto, and those skilled in the art can understand that the method of dispensing cancer cells may be performed by various methods.
  • cancer cells prepared as described above are seeded at the ends of the plurality of pillar portions 141-1.
  • cancer cells can be dispensed by, for example, a 3D bio-printer (eg, ASFA TM Spotter).
  • the cancer cells are cultured by filling the CRS plate 141 or the separate well 141-3 with the culture medium. (S112).
  • the CRS plate 141 may include a well (see FIG. 3A) or may require a separate well (see FIG. 3B).
  • step (b) of FIG. 3A the culture solution is put into the CRS plate 141 having cell-divided pillars.
  • step (b) of FIG. 3B the CRS plate 141 is immersed in the well 141-3 containing the culture medium.
  • cancer organoids 1041 are generated while the cancer cells are cultured.
  • the cancer cells seeded on the CRS plate 141 may be, for example, a first cancer organoid, a second cancer organoid, and a third cancer organoid in order from the left. .
  • taking out the CRS plate 141 is not essential, and depending on the structure of the irradiation device 140, it is also possible to acquire an image of the cancer organoid 1041 without taking out the CRS plate 141.
  • the CRS plate 141 is taken out, an image is acquired by the imaging device 147, and the image is analyzed to determine cell activity can be calculated.
  • the radiation generating unit 145 adjusts the amount of radiation irradiated to one or more cancer organoids by the radiation dose control unit 143 to vary (e.g., one or more cancer organoids). Radiation is irradiated by controlling the amount of radiation applied to a part of the cancer organoid to be different from each other.
  • the radiation dose control unit 143 may be configured in various forms.
  • the radiation dose control unit 143 is, for example, the slit-type modulator 243 that controls the radiation dose through the CRS plate 141 and the relatively moving slit 243-1, which moves in a linear motion.
  • the shielding film movable radiation modulator 443 adjusts the radiation irradiation time for each cancer organoid by using a shielding film, and the radiation dose is selectively controlled for a specific area by controlling the radiation transmittance by differentiating the pattern, material, density or color of the material, etc. of the radiation-transmitting shielding plate It may include a density controllable radiation shielding film 343 or a laminated radiation shielding film 543 in which the number of radiation transmission shielding plates is varied according to the radiation dose to be controlled.
  • radiation of different radiation doses may be irradiated to the plurality of cancer organoids 1041, for example, the first cancer organoid, the second cancer organoid, and the third cancer organoid. . Also, one of the plurality of cancer organoids 1041 may not be irradiated with radiation.
  • the radiosensitivity diagnosis kit 100 measures the cell activity of the irradiated cancer organoids.
  • Cell activity can be measured, for example, by staining live cells to measure the total intensity/size, selected intensity/size, etc. of a fluorescent substance, or by staining dead cells to obtain apoptosis and conversely measuring cell activity. .
  • the cell activity may include measuring the cell activity by measuring the transformation of the cell or a solution containing the cell using a chemical element such as MTT or APT.
  • the initial value of the cell activity of the cancer organoid 1041 is measured before being irradiated with a plurality of radiation doses.
  • the resultant value of cell activity during the culture period is measured. Accordingly, the radiation response of the cancer organoid 1041 may be confirmed by obtaining cell activity according to time and irradiated radiation dose.
  • an initial value of cell activity of a cancer organoid 1041 irradiated with a plurality of radiation doses is measured.
  • the culture time is preferably about 5 to 7 days.
  • the result value of cell activity during the culture period is measured.
  • the radiation sensitivity diagnostic kit 100 may obtain cell experiment-based data by calculating cell growth factors and radiation response factors based on the measured cell activity.
  • Cell experiment-based data may refer to cell experiment-based test result data or test condition data conducted by the irradiation device 140 using cancer cells (cancer organoids) isolated from a subject.
  • the cell experiment-based data is raw data associated with the type of radiation, the intensity of radiation, cell activity, radiation response factor and cell growth factor, cell activity according to radiation treatment of cancer cells, and further radiation treatment conditions can be data.
  • cell experiment-based data is not limited to the foregoing.
  • cell experiment-based data should be understood as a concept encompassing not only data acquired through clinical trials but also data acquired through treatment or diagnosis.
  • Cell growth factors include quantitative indicators that indicate the growth of cancer cells over time.
  • the cell growth factor may cover all factors that may indicate cell proliferation, such as cell growth rate, or Z scores (statistical indicators) of factors.
  • cell growth factors may be obtained by measuring cell activity over time.
  • the cell growth factor may be a cell activity increase rate, a cell growth rate, or a cell size increase rate.
  • the cell growth rate may mean a change in cell volume, size, and number for a predetermined time.
  • the radiation response factor is a measure for quantitatively measuring a cell's response to radiation and may include cell activity according to a change in radiation dose.
  • Radiation response factor is a concept that encompasses all factors that can indicate radiation efficacy, such as RT 50 , %RT 50 , RT AUC (area of the radiation response curve), cell activity, and rate of change in cell activity, or Z scores (statistical indicators) of factors.
  • RT 50 is a radiation response factor corresponding to a radiation dose that reduces the cellular activity of cancer cells by 50% compared to the cell activity when no radiation is irradiated
  • RT AUC is a cell activity (degree) curve according to radiation dose is the radiation response factor corresponding to the area of (integrated area, that is, the area of the portion surrounded by the X-axis, Y-axis and cell activity (degree) curve).
  • radiation response factors of RT 50 and RT AUC values may be provided as radiation response factors.
  • RT 50 may mean a radiation response factor corresponding to a radiation dose at which the activity of cancer cells is reduced by 50%.
  • 9 (a) to (e) and FIG. 10 (a) show examples of RT 50 radiation response factors in various cases.
  • RT 50 was calculated based on the cell activity (Cancer Area) according to the radiation dose.
  • the RT 50 value which is the radiation dose at which the activity of cancer cells is reduced by 50%, is 1.9Gy
  • the RT 50 value is 2.2Gy
  • the RT 50 is the case of 3.8Gy.
  • the radiation generating unit 145 of the embodiment of the present invention is a device capable of generating a radiation dose of 0 Gy to 8 Gy, so the RT 50 value This is a case where can not be measured, and in this case, the radiation sensitivity can be said to be lower than (a), (b) and (c) in FIG.
  • RT AUC may mean a radiation response factor corresponding to the area of a cell activity curve (integrated area, that is, the area of the X-axis, Y-axis and the area surrounded by the cell activity curve) according to the radiation dose.
  • RT AUC which is the integral area of the area surrounded by the cell activity curve, may be 4.5.
  • a radiation sensitivity diagnosis model is generated based on the calculated cell growth factor and radiation response factor, and the generated sensitivity prediction model is used. It can be used to diagnose radiation sensitivity.
  • the radiation sensitivity diagnosis module 135 of FIG. 11 may generate a radiation sensitivity diagnosis model and diagnose radiation sensitivity of an individual patient or individual sample based on the generated radiation sensitivity diagnosis model.
  • the radiation sensitivity diagnosis module 135 may be stored in the storage unit 110 and executed by the processor 120 as a software module, for example. Meanwhile, functionally, the radiation sensitivity diagnosis module 135 may generate a radiation sensitivity diagnosis model by extracting sensitivity characteristics using cell experiment-based data. In addition, the radiation sensitivity diagnosis module 135 may determine the radiation sensitivity (or prediction of a radiation treatment response) of an individual (individual patient or experimental sample) as positive or negative based on the radiation sensitivity diagnosis model.
  • the radiation sensitivity diagnosis module 135 receives, for example, cell experiment-based data related to radiation response factors and cell growth factors of an individual and/or other individuals as reference data 432, and thereby It can be learned to extract susceptibility features from and create a radiation sensitivity diagnosis model.
  • the radiation sensitivity diagnosis module 135 receives reference data 432, which is cell experiment-based data that is a clinical result and/or measurement result of another patient or other object, and cell experiment-based data of a specific individual, and determines the sensitivity characteristics and reference data. It can be configured to diagnose the radiation sensitivity of a specific subject based on the.
  • the radiation sensitivity diagnosis module 135 receives cell experiment-based data of the specific individual after a user who wants to know the sensitivity of the specific individual is authenticated through login ( 412) is input to the susceptibility diagnosis module 135. At this time, cell experiment-based data 412 of a specific individual may be input to the input module 422 of the sensitivity diagnosis module 135 . Meanwhile, the input module 422 may further receive reference data 432 .
  • sensitivity characteristics may be extracted from the cell experiment-based data 412 of the specific individual by the analysis module 424, and radiation sensitivity may be determined and output based on the sensitivity characteristics by the output module 426.
  • the output module 426 may output a radiation sensitivity diagnosis result for a specific individual using the reference data 432 together with the sensitivity characteristics extracted from the cell experiment-based data 412 of the specific individual.
  • the analysis module 424 and the output module 426 may output a radiation sensitivity diagnosis result as a treatment response positive or a treatment response negative based on multiple factors of a radiation response factor and a cell growth factor. Things related to this will be described later with reference to FIGS. 12 to 14 .
  • the analysis module 424 and the output module 426 may determine the radiation sensitivity (radiation treatment response degree) of the subject as high, medium, or low, and provide the analysis result 428 .
  • the analysis module 424 calculates the radiation sensitivity index from the cell experiment-based data 412 of a specific individual, and the output module 426 calculates the radiation sensitivity index according to a predetermined criterion, for example, from -100 to - When the sensitivity index is -10 to +10%, the treatment response degree is determined as 'medium', and when the sensitivity index is +10 to +100%, the treatment response is determined as 'low'. It can be configured to determine the degree as 'above'.
  • the analysis module 424 and the output module 426 may probabilistically output treatment responsiveness. Furthermore, the output module 426 may further determine a radiation efficacy diagnosis chart representing a degree of sensitivity to radiation as a chart.
  • the radiation sensitivity diagnosis module 135 provides a diagnosis result for the radiation sensitivity of the object to the user terminal, and terminates the user's authentication.
  • the radiation sensitivity diagnosis module 135 provides a user with a radiation efficacy diagnosis chart representing the degree of sensitivity to radiation (high, medium, or low) of the subject, whether or not the treatment response is positive, and furthermore, the degree of sensitivity to radiation as a graph. can provide
  • diagnosis result 428 of FIG. 11 may be transmitted to the user terminal by the output module 426 and provided through a display unit of the user terminal.
  • user authentication termination may be performed after the step in which information on radiation sensitivity is provided.
  • FIGS. 12 to 14 are views for explaining a radiation sensitivity diagnosis model according to an embodiment of the present invention.
  • the inventors of the present invention have conducted extensive studies on which of the various factors of cancer cells, such as cell growth factors and radiation response factors, are related to radiation treatment sensitivity of patients, among which , it was noted that the prediction of radiation treatment effect is most accurate when cell growth factors and radiation response factors are considered simultaneously.
  • a graph in which radiation response factors and cell growth factors are set as X-axis and Y-axis, respectively, may be provided as a radiation sensitivity diagnosis model.
  • the radiation sensitivity diagnostic model may determine radiation sensitivity based on sensitivity characteristics including a sensitivity baseline according to radiation.
  • the radiation sensitivity is not determined only by the radiation response factor, but based on the radiation sensitivity baseline made of the radiation response factor and the cell growth factor.
  • RT 50 or RT AUC the radiation response factor
  • radiation sensitivity is positive (with therapeutic effect) and negative (with therapeutic effect) according to the radiation sensitivity baseline in which cell growth factor (cell growth rate) is considered. ) can be judged differently.
  • the radiation sensitivity baseline (fitting line) that distinguishes the positive group from the negative group of radiation reactivity may be formed such that the cell growth factor (%) decreases as the radiation response factor (RT 50 value or RT AUC value) increases. there is. Therefore, when the radiation response factor (RT 50 value or RT AUC value) increases, the cell growth factor (%) that distinguishes the positive group from the negative radiation reactive group may decrease. Therefore, even if they have the same radiation response factor (RT 50 value), depending on the cell growth factor of the subject (sample), the subject is positive (has a therapeutic effect) or negative (has little or no therapeutic effect) for radiation treatment. can be classified.
  • the radiation sensitivity baseline of the sensitivity characteristics may be a fitting line generated by performing curve fitting on cell experiment-based data including cell growth factors and radiation response factors.
  • the curve fitting was performed using multifactor regression analysis.
  • curve fitting is not limited to this, and in the step of diagnosing susceptibility to radiation (S150), curve fitting is LR (LogistRT regression), PR (Probit regression), QuadratRT classifiers, Kernel estimation, LVQ (Learning vector quantization) , ANN(ArtifRTial neural networks), RF(random forest), Bagging(bootstrap aggregating), AdaBoost, Gradient Boosting, XGBoost, SVM(support vector machine), LASSO(least absolute shrinkage and selection operator), Ridge(ridge regression), and It can be performed by at least one of ElastRT Net.
  • the degree of radiation sensitivity may be determined by a fitting line determined by curve fitting.
  • the radiation sensitivity diagnosis model is a model for diagnosing treatment response based on the radiation response factor and the cell growth factor (FIG. 13(a)), and based on the reciprocal of the cell growth factor and the radiation response factor. It can be selected among the models (Fig. 13 (b)) for diagnosing treatment response. That is, based on the graph shown in (a) of FIG. 13 in which the baseline radiation sensitivity is inversely proportional according to the relationship between the cell growth factor (%) and the radiation response factor (%) as shown in FIG.
  • the radiation sensitivity index is determined by the radiosensitivity baseline or the fitting line. Based on the shortest distance of the new data, it may be calculated by Equation 1 below.
  • the radiation sensitivity index may be determined according to the shortest distance between the position of the object according to the cell growth factor and the radiation response factor and the predicted dividing line (fitting line).
  • the standard is the distance from 100% of the x-axis and 100% of the y-axis
  • the half distance of (value multiplied by 1/2) can be used as the maximum distance.
  • the shortest distance from the predicted dividing line The ratio [%] to can be determined as the radiation susceptibility index.
  • the shortest distance from the prediction dividing line may be a positive number in the area where treatment-positive subjects are arranged based on the prediction dividing line (the area adjacent to the intersection of the X-axis and Y-axis), and the area where treatment-negative subjects are arranged based on the prediction dividing line. (the area spaced from the intersection of the X and Y axes) may be a negative number.
  • the radiation sensitivity index may be 0 at the predicted dividing line, may be a positive number in a treatment response positive region based on the predicted dividing line, and may be a negative number in a treatment response negative region based on the predicted dividing line.
  • the radiation sensitivity index may have a value of -100% to +100%.
  • the half distance between the x-intercept and the y-intercept of the radiation sensitivity baseline can be used as the maximum distance, or half the distance connecting the maximum values of the x-axis and the y-axis in the data range (in FIG. 13a ) can be used.
  • the radiation sensitivity index in a model for diagnosing treatment response based on a radiation response factor (drug response factor) and a cell growth factor can be calculated by Equation 2 below based on the distance (distance to the reference point) from the reference point (origin, which is the intersection of the cell growth factor axis and the drug response factor axis).
  • the reference point may be the origin of (0,0), and may have other values depending on the case.
  • the radiation sensitivity index may be determined according to the position of the object according to the cell growth factor and the radiation response factor and the shortest distance from the reference point.
  • the radiation sensitivity diagnosis module 135 may be configured to determine whether a patient belongs to a positive treatment response region, a treatment response negative region, or an uncertain region according to the radiation sensitivity index obtained as described above.
  • the uncertain region may be a region corresponding to an object that does not belong to either of the positive region and the negative region.
  • the uncertain region may be a region in which the shortest distance to the prediction dividing line is equal to or less than a preset distance. That is, regardless of which side it belongs to based on the prediction dividing line, if the shortest distance to the prediction dividing line is less than a preset distance, it can be judged as an uncertain object without being judged as positive or negative. Accordingly, the object can be determined as either positive or negative. It is not judged on the side either, so it can be excluded from diagnosis. Thus, the accuracy of overall treatment response prediction can be increased.
  • the radiation sensitivity diagnosis module 135 determines the degree of treatment response as 'low' when the radiation sensitivity index is -100% to -10%, and the radiation sensitivity index is -10% to + If it is 10%, the degree of treatment response may be determined as 'medium', and if the sensitivity index is +10% to +100%, the degree of treatment response may be determined as 'high'. That is, the sensitivity diagnosis may be performed by determining the radiation sensitivity index as high/medium/low according to a predetermined criterion.
  • the radiation sensitivity diagnosis kit 100 can predict and provide radiation sensitivity with high accuracy. Accordingly, the radiosensitivity diagnostic kit 100 according to the present invention allows the medical staff to quickly select an appropriate treatment radiation dose according to the diagnosis result, so the radiation sensitivity diagnostic system of the present invention has a remarkable effect that can contribute to early treatment and good treatment prognosis.
  • the table of FIG. 15A is a table showing radiosensitivity diagnostic results and clinical parameters of head and neck cancer patients.
  • the vertical axis of the table represents the clinical results (patients (#15 to #37) who are included in the items marked with thick lines are less likely to be treated due to their low radiation sensitivity), and the horizontal axis of the table represents the sensitivity index of each patient with head and neck cancer.
  • Clinical results 1 to 8 refer to clinical results that can determine the patient's prognosis, such as, for example, recurrence or undifferentiation after surgery.
  • the survival rate of head and neck cancer patients according to the radiation index according to the radiation-sensitive patient group (radiation sensitive group, treatment response positive group) and other radiation-insensitive patient groups (radiation resistance group, treatment response negative group) indicates In the radiation sensitivity test, when the survival rate was compared for 60 months in the patient group classified as the radiation sensitive group, the survival rate was statistically significantly higher.
  • a sensitivity index based on radiation response factors and/or cell growth factors may be an index for diagnosing radiation sensitivity.
  • the radiation sensitivity diagnosis system 1000 according to an embodiment of the present invention including the radiation sensitivity diagnosis kit 100 will be described in detail.
  • the radiation sensitivity diagnosis system 1000 generates cell experiment-based data on cancer cells, determines the radiation sensitivity of cancer cells by using the data, and provides related information. It is a system that
  • the radiation sensitivity diagnosis system 1000 includes a radiation sensitivity diagnosis kit 100 configured to determine the degree of radiation sensitivity of an individual based on cell experiment-based data, and a user terminal 200 that receives information on radiation sensitivity. ) and a database providing server 300 that provides cell experiment-based data and/or clinical result reference data.
  • the radiation sensitivity diagnostic kit 100 includes a radiation irradiation device 140 and a control unit 150, and at this time, the control unit 150 controls the radiation irradiation device 140 and/or the database providing server 300. It may include a general-purpose computer, laptop, and/or data server that performs various calculations to diagnose the degree of radiation sensitivity based on cell experiment-based data and/or reference data of a specific user provided from ).
  • the radiation sensitivity diagnosis kit 100 may provide diagnosis information on radiation sensitivity of an object to the user terminal 200 .
  • Data provided from the radiation sensitivity diagnostic kit 100 may be provided as a web page through a web browser installed in the user terminal 200, or may be provided in the form of an application or program. In various embodiments, this data may be provided in a form incorporated into the platform in a client-server environment.
  • the user terminal 200 is an electronic system that provides a user interface for requesting information on the sensitivity of radiation to an object and displaying diagnosis result data, such as a smartphone, a tablet PC (Personal Computer), a laptop and/or or at least one of a PC and the like.
  • the user terminal 200 may be a terminal used by a user such as a medical staff or a patient corresponding to an object.
  • the user terminal 200 may include a communication unit, a display unit, a storage unit, and a processor.
  • the communication unit of the user terminal 200 may be configured to allow the user terminal 200 to communicate with an external system.
  • the communication unit may be connected to the radiation sensitivity diagnostic kit 100 using wired/wireless communication to transmit various data related to radiation sensitivity.
  • the communication unit determines the diagnosis result related to the radiation sensitivity of the subject from the radiation sensitivity diagnosis kit 100, for example, the degree of sensitivity to radiation of the subject (high, medium or low), whether the treatment response is positive, and furthermore, It is possible to receive a radiation efficacy diagnosis chart representing the degree of sensitivity as a chart.
  • the display unit of the user terminal 200 may display various interface screens for displaying diagnosis results related to radiation sensitivity of an object.
  • the display unit may display and provide a radiation efficacy diagnosis chart representing the degree of sensitivity to radiation (high, medium, or low) of the subject, whether or not the treatment response is positive, and further, the degree of sensitivity to radiation as a graph. .
  • the display unit may include a touch screen, and for example, a touch using an electronic pen or a part of a user's body, a gesture, a proximity, a drag, and a swipe may be performed. Alternatively, a hovering input or the like may be received.
  • CRS plate 143 radiation control unit
  • the present invention it is possible to predict the effect of radiation treatment in advance by effectively diagnosing the radiation sensitivity of cancer cells of a patient, and thus, head and neck cancer, lung cancer, esophageal cancer, rectal cancer, anal cancer, and uterus suitable for conservative treatment strategies. Whether or not to perform radiation therapy for cancer such as cervical cancer can be accurately and effectively determined.
  • a radiation sensitivity diagnosis method capable of accurately determining the radiation sensitivity of an individual patient with the most effective factors for diagnosis of radiation sensitivity among various factors that have been previously studied by simultaneously considering radiation response factors and cell growth factors. is provided.
  • a small number of samples and a limited amount of time can be obtained using a characteristic sensitivity diagnostic kit configured so that the total amount of radiation irradiated to each of the plurality of cancer organoids is different from each other due to a change in the relative position of the plate portion and the radiation shielding film.
  • Data required for radiation sensitivity diagnosis can be obtained by overcoming limitations.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 방사선 감수성 진단방법은, 방사선 조사 장치 및 제어부를 포함하는 방사선 감수성 진단키트를 사용하는 방사선 감수성 진단방법에 있어, (a) 상기 진단키트의 CRS 플레이트에 개체로부터 분리된 하나 이상의 암 세포를 분주하는 단계; (b) 상기 CRS 플레이트에 배양액을 채워 넣어 상기 하나 이상의 암 세포를 배양하여 하나 이상의 암 오가노이드를 형성하는 단계; (c) 상기 방사선 조사 장치의 방사선 발생 유닛으로부터 방사선량 조절 유닛을 통과시킨 방사선을 상기 CRS 플레이트에 조사하는 단계; (d) 상기 하나 이상의 암 오가노이드의 세포 활성도를 측정하는 단계; (e) 상기 측정된 세포 활성도에 기초하여 세포 실험 기반 데이터를 획득하는 데이터 획득 단계; 및 (e) 상기 제어부가 상기 세포 실험 기반 데이터에 기초하여 상기 개체에 대한 방사선 감수성을 진단하는 단계를 포함할 수 있다. 이에, 진단키트에 배치된 복수의 암 오가노이드 각각에 동일한 시간동안 서로 다른 양의 총 방사선량을 조사할 수 있어 방사선 감수성 진단을 진행하는데 소요되는 비용 및 시간을 효과적으로 저감시킬 수 있고, 세로 실험 기반 데이터를 이용하여 방사선 감수성을 결정함에 따라 방사선 치료 효과를 예측할 수 있어, 보존 치료 전략인 방사선 치료의 시행여부를 결정하는데 필요한 정보를 제공할 수 있다.

Description

방사선 감수성 진단방법
본 발명은 방사선 감수성 진단방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환자의 병변 조직에서 나오는 암 조직을 체외에서 생체와 유사한 환경에서 배양하고, 배양된 암세포에 다양한 방사선량의 방사선을 조사하여 방사선 감수성을 진단하는 방사선 감수성 진단키트를 활용하여 방사선 치료 전 환자의 방사선 감수성 및 예후를 예측하고 진단하는 방사선 감수성 진단 방법에 관한 것이다.
보통 암은 그 종류에 따라 화학요법, 방사선 치료 및 항체 계열 약물을 포함하는 여러 가지 약물 요법에 의해 치료보통 암은 그 종류에 따라 화학요법, 방사선 치료 및 항체 계열 약물을 포함하는 여러 가지 약물 요법에 의해 치료가 수행된다. 이 중, 방사선 치료는, 외과적 수술이 불가능하거나 항암제의 효율이 떨어지는 암종에 대하여 수행되며, 궁극적인 원인인 암세포를 완벽하게 제거하려는 목적보다는 정상 조직의 피해를 최소화하면서 암 세포를 제거하여 삶의 질을 높게 유지하며 생명을 연장하기 위한 목적으로 시행된다.
따라서, 방사선 치료는 타겟이 되는 암에 계획된 방사선량을 정확히 투여, 증상을 치료하며 질병의 호전을 기대하는 보존치료(conservative treatment)의 목적으로 시행되는데, 이러한 치료를 통해 수술전 병변조직의 제거 또는 사이즈 저감, 다른 방법으로 암 치료한 후 재발 방지, 암세포의 사이즈 증가로 인한 신경/장기 압박 증상의 완화 등의 효과를 거둘 수 있다. 특히, 두경부암을 비롯한 소화기암, 비뇨기암, 식도암, 뇌종양, 폐암, 간암, 직장암, 항문암, 자궁경부암 등에서 방사선 치료를 이용한 보존치료 전략이 효과적인 치료 방법으로 인식되고 있다.
보존치료의 목표를 달성하기 위해서는 방사선 치료에 대한 개별 환자의 반응을 정확하게 진단 및 예측할 수 있는 방법이 매우 중요하다. 즉, 개별 환자의 방사선 치료 반응을 예측하여 치료에 적용하는 정밀 의학(precision medicine)의 개념이 적용된 접근법이 필수적이다. 그러나, 방사선 감수성을 예측하는 인자(영상지표, 유전체 지표 등)를 찾기 위한 많은 연구가 있었음에도 임상에 적용되지 못하고 있으며, 현재는 임상의의 경험치에 의존하고 있는 실정이다.
특히, 보존치료가 필요한 암 환자에게 나온 조직을 이용한 방사선 감수성 예측이 필요한 상황이지만, 환자 유래 세포의 3D 배양을 이용한 방사선 치료 반응 예측 연구는 아직 시도되지 못하는 미지의 영역으로, 방사선 감수성 예측 검사 결과를 임상 결과와 비교하여 일치도를 확인하는 연구조차 현재까지 이루어지지 않고 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 방사선 반응인자와 세포 성장인자를 동시에 고려함으로서 기존에 연구되었던 여러가지 인자 중에서 가장 방사선 감수성 진단에 가장 효과적인 인자들로 개별환자에 대한 방사선 감수성을 정확하게 결정할 수 있는 방사선 감수성 진단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 방사선 감수성 진단키트에 배치된 복수의 암 오가노이드 각각에 서로 다른 방사선량을 조사하여 방사선 감수성 진단의 소요 비용 및 시간을 효과적으로 절감시킬 수 있는 진단방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 개별 환자로부터 유래한 세포 실험 기반 데이터를 이용하여 방사선 감수성을 결정함에 따라 방사선 치료 효과를 정밀하게 예측할 수 있어 보존치료 목적의 방사선 치료의 시행여부 결정에 필요한 정보들을 제공하는 것을 목적으로 한다.
단, 본 발명의 목적은 상술한 것에 제한되지 않으며, 이하의 발명의 상세한 설명에 기재된 다양한 목적들이 모두 본 발명의 목적들에 포함된다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 방사선 감수성 진단방법은, 방사선 조사 장치 및 제어부를 포함하는 방사선 감수성 진단키트를 사용하는 방사선 감수성 진단방법에 있어, (a) 상기 진단키트의 CRS 플레이트에 개체로부터 분리된 하나 이상의 암 세포를 분주하는 단계; (b) 상기 CRS 플레이트에 배양액을 채워 넣어 상기 하나 이상의 암 세포를 배양하여 하나 이상의 암 오가노이드를 형성하는 단계; (c) 상기 방사선 조사 장치의 방사선 발생 유닛으로부터 방사선량 조절 유닛을 통과시킨 방사선을 상기 CRS 플레이트에 조사하는 단계; (d) 상기 하나 이상의 암 오가노이드의 세포 활성도를 측정하는 단계; (e) 상기 측정된 세포 활성도에 기초하여 세포 실험 기반 데이터를 획득하는 데이터 획득 단계; 및 (f) 상기 제어부가 상기 세포 실험 기반 데이터에 기초하여 상기 개체에 대한 방사선 감수성을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
이에, 진단키트에 배치된 복수의 암 오가노이드 각각에 동일한 시간동안 서로 다른 양의 총 방사선량을 조사할 수 있어 방사선 감수성 진단을 진행하는데 소요되는 비용 및 시간을 효과적으로 저감시킬 수 있고, 세로 실험 기반 데이터를 이용하여 방사선 감수성을 결정함에 따라 방사선 치료 효과를 예측할 수 있어, 보존 치료 전략인 방사선 치료의 시행여부를 결정하는데 필요한 정보를 제공할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 환자의 암 세포의 방사선 감수성을 효과적으로 진단하여 방사선 치료의 효과를 시행 전에 미리 예측할 수 있으며, 따라서, 보존치료 전략에 적합한 두경부암, 폐암, 식도암, 직장암, 항문암 및 자궁경부암 등의 암에 대하여 방사선 치료 시행 여부가 정확하고 효과적으로 결정될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 방사선 반응인자와 세포 성장인자를 동시에 고려함으로서 기존에 연구되었던 여러가지 인자 중에서 가장 방사선 감수성 진단에 가장 효과적인 인자들로 개별환자에 대한 방사선 감수성을 정확하게 결정할 수 있는 방사선 감수성 진단 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 플레이트부와 방사선 차폐막의 상대적인 위치 변화에 의하여 복수의 암 오가노이드 각각에 조사되는 총 방사선량이 서로 상이하도록 구성된 특징적인 감수성 진단키트를 이용하여 적은 수의 샘플, 제한된 시간의 제약을 극복하고 방사선 감수성 진단에 필요한 데이터가 획득될 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 감수성 진단방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 감수성 진단키트를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 감수성 진단방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방사선 감수성 진단키트의 방사선량 조절 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 조사된 암 오가노이드의 세포 활성도 측정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 반응 인자를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 감수성 진단 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 반응 인자 및 세포 성장인자에 기초한 방사선 감수성 진단방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 감수성 지수를 설명하기 위한 도면이다.
도 15a 및 15b는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 감수성 진단키트의 진단 결과를 도시한 것이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 감수성 진단 시스템을 예시적으로 도시한 것이다.
이하 본 발명의 다양한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 ‘직접’이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하의 설명에서 제1, 제2 등과 같은 서수식 표현은 서로 동등하고 독립된 객체를 설명하기 위한 것이며, 그 순서에 주(main)/부(sub) 또는 주(master)/종(slave)의 의미는 없는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
먼저, 본 발명을 설명하기에 앞서 본 명세서에서 사용되는 주요 용어들에 대하여 설명한다.
개체는 방사선 감수성을 진단하고자 하는 모든 대상을 의미할 수 있다. 예를 들어, 개체는, 난소암, 유방암, 편평상피세포암, 자궁암, 자궁경부암, 전립선암, 두경부암, 췌장암, 뇌종양, 간암, 피부암, 식도암, 고환암, 신장암, 대장암, 직장암, 위암, 신장암, 방광암, 담관암 및 담낭암 중 적어도 하나의 암종이 발병된 개체일 수 있다. 바람직하게, 개체는 두경부암이 발병된 개체일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
방사선 감수성은, 방사선에 대한 민감도를 의미할 수 있으며, 방사선의 조사에 따라 치료 반응을 나타내는지 여부를 진단하기 위한 척도일 수 있다. 방사선 감수성은, 방사선의 치료 반응성, 방사선 반응성 등과 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 이에, 방사선의 감수성 진단에 따라, 개체는 방사선 치료에 대한 치료 반응 양성 개체 또는 치료 반응 음성 개체로 결정될 수 있다. 또한, 방사선에 대하여 감수성이 상대적으로 높은 개체는 치료 반응 양성인 개체로, 방사선에 대한 감수성이 상대적으로 낮은 개체는 치료 반응 음성으로 결정될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예는 암 오가노이드 기반의 방사선 감수성 진단에 관한 것이다. 암 오가노이드 기반의 방사선 감수성 진단은 암환자의 조직세포와 세포외기질을 배양 플레이트에 분주하고 다양한 방사선량을 조사하여 오가노이드의 방사선 반응을 측정하고, 그 결과를 환자의 방사선 치료 결정의 결정적인 보조자료로 활용할 수 있다.
인체 내 암세포는 세포외기질에 둘러싸인 미세환경(Microenvironment)을 구성하고 있고, 방사선 치료를 예측하는 모델도 이를 모방할 수 있는 생체 모델이 필요하다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 필라칩 위에 세포외기질을 형성하고 이 속에서 암세포를 배양하여 미세환경을 구현한 후, 방사선을 투과시켜 암 환자 유래 세포의 활성을 측정하여 방사선의 감수성을 측정할 수 있다. 본 실시예에서는 두경부암에 대한 실험을 진행하였으나, 앞서 언급한 바와 같이 보존 치료 전략에 적합한 암들 예컨대, 소화기암, 비뇨기암, 식도암, 뇌종양, 폐암, 간암, 직장암, 항문암, 자궁경부암 등의 암 환자 유래 세포들은 모두 본 발명의 적용이 가능하다.
한편, 환자 유래 암세포의 방사선에 대한 반응을 측정하기 위해 다양한 방사선량이 CRS플레이트의 각 암 오가노이드에 조사되어야 한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단키트는 예컨대, 방사선량을 선택적으로 차폐/조절할 수 있는 방사선량 조절 유닛을 이용하여 단일 플레이트에서 다양한 방사선량에 따른 예컨대, 두경부암 등의 암 환자 유래 세포의 활성을 측정할 수 있다.
본 발명은 하나의 진단키트 내에서 방사선량을 자유롭게 조절할 수 있는 방식으로 한번의 방사선 조사로 다양한 방사선량이 세포에 조사될 수 있는 방사선 감수성 진단키트를 개발하여 진단에 사용하였다.
이하에서는 먼저 도 2 내지 도 7를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 감수성 진단키트(100)를 설명한다.
도 2를 참조하면, 방사선 감수성 진단키트(100)는 방사선 조사 장치(140) 및 제어부(150)을 포함하며, 제어부(150)은 저장부(110), 프로세서(120), 통신부(130) 및 방사선 진단 모듈(135)를 포함할 수 있다. 또한, 방사선 감수성 진단키트(100)는 암 오가노이드 이미지 확인을 위한 이미징 장치(147), 예컨대, 형광 현미경을 더 포함할 수 있다.
이 때, 방사선 조사 장치(140)는 예컨대, 방사선 발생유닛(145), 방사선량 조절 유닛(143) 및 CRS 플레이트(141, Cell Ratio-Sensitivity Plate)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 방사선 발생유닛(145)은 하전입자를 가속시켜 방사선을 발생시키는 장치로서, 발생된 방사선이 방사선량 조절 유닛(143)을 거쳐 CRS 플레이트(141) 내의 하나 이상의 암 오가노이드(1041)의 적어도 일부에 서로 상이한 방사선량으로 조사될 수 있다.
암 오가노이드(1041) 별로 다양한 방사선량으로 방사선을 조사하기 위하여, 방사선량 조절 유닛(143)은 예를 들어, CRS 플레이트(141)의 위치 대비 상대적으로 이동하는 슬릿(243-1)을 통해 방사선량을 제어하는 슬릿형 방사선량 모듈레이터(243), 차폐막이 직선운동으로 이동하여 암 오가노이드 별 방사선 조사 시간을 조절하는 차폐막 이동형 방사선량 모듈레이터(443), 방사선 투과 차폐판의 패턴, 색상, 소재(금속), 소재의 밀도 등으로 제어된 방사선 투과율에 따라 방사선량을 선택적으로 조절하도록 구성된 밀도 조절형 방사선 차폐막(343) 또는 조사하려는 방사선량에 따라 다른 개수의 방사선 보호 차폐판을 적층시킨 적층형 방사선 차폐막(543) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
이하에서는 도 3을 참조하여 CRS 플레이트(141)에 관하여 상세히 설명한다. CRS 플레이트(141)는 세포를 분주할 수 있는 필라를 포함하고 있으며, 세포배양이 가능하고, 배양 후 염색 시약에 의하여 방사선 반응도를 확인시키는데 필요한 플레이트이다. CRS 플레이트(141)는 도 3a 및 도 3b에서 알 수 있는 바와 같이 여러가지 형태가 있을 수 있다. 도 3a의 경우, CRS 플레이트(141)는 배양액(1042)의 수용 공간인 웰을 포함하는 형태로서, 배양 대상체인 암 세포에 의하여 생성된 암 오가노이드가 놓이는 기둥 형태로 돌출된 복수의 필라부(141-1)가 수용 공간의 저면으로부터 상부 방향(방사선 발생유닛(145)을 향하는 방향)으로 돌출되어 형성될 수 있다. 도 3b의 경우, 복수의 필라부(141-1)는 CRS 플레이트(141)의 바닥부(141-2)로부터 하부 방향(방사선 발생유닛(145)을 향하는 방향의 반대 방향)으로 돌출되도록 별도의 웰(141-3)에 수용되어 배양액(1042)에 침지될 수 있도록 구성된다. 단, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, CRS 플레이트(141)에 분주된 암세포가 배양액 내에 침지될 수 있는 구조라면 어떤 구조든지 가능하다는 것을 당업자라면 이해할 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여, 다양한 실시예의 방사선량 조절 유닛(143)의 다양한 실시예에 대해서 설명한다.
도 4를 참조하면, 방사선량 조절 유닛(143)은 슬릿(243-1)이 형성된 방사선 보호 플레이트(243-2)를 구비하는 슬릿형 방사선량 모듈레이터(243)를 포함할 수 있다. 이 경우, 방사선 발생유닛(145)로부터 조사되는 방사선은 슬릿(243-1)을 통하여 CRS 플레이트(141)의 암 오가노이드에 조사된다. 방사선 보호 플레이트(243-2)는 방사선 차폐의 역할을 수행하며, 슬릿(243-1)은 방사선 보호 플레이트(243-2) 내에 길게 연장된 형태로 오픈된 개구부일 수 있다. 한편, CRS플레이트(141)와 슬릿(243-1)의 상대적인 위치는 슬릿(243-1)의 길게 연장된 방향과 수직인 방향으로 이동될 수 있다. 단, 도 4의 실시예에서는 CRS 플레이트(141)가 이동하고 있지만, 슬릿(243-1)이 이동하도록 구성하는 것도 가능하다.
한편, 슬릿(243-1)과 CRS 플레이트(141)는 상대적 위치를 미리 설정할 수 있으며, 이에 슬릿(243-1)과 CRS 플레이트(141)의 중첩 영역은 미리 설정된 시간동안 변화될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4를 참조하면, 미리 설정된 시간동안 CRS 플레이트(141)가 제2 방향(D2, 슬릿(243-1)의 길게 연장된 방향과 수직인 방향)으로 이동할 수 있다. 미리 설정된 시간은 제1 시간구간, 제2 시간구간 및 제3 시간구간을 포함할 수 있고, 미리 설정된 시간 중 제1 시간구간동안 CRS 플레이트(141)는 도 4(a)와 같이 위치하여 제3 오가노이드(1041c)와 슬릿(243-1)이 중첩될 수 있다. 이에, 제3 오가노이드(1041c)에만 방사선이 조사될 수 있다. 그리고, CRS 플레이트는 도 4(a)의 위치에서 제2 방향(D2)으로 이동하여 제2 시간구간동안 도 4(b)와 같이 위치하여 제2 오가노이드(1041b)와 슬릿(243-1)이 중첩될 수 있다. 이에, 제2 오가노이드(1041b)에만 방사선이 조사될 수 있다. 그리고, CRS 플레이트(141)는 도 4(b)의 위치에서 또 다시 제2 방향(D2)으로 이동하여 제3 시간구간동안 도 4(c)와 같이 위치하여 제3 오가노이드(1041c)와 슬릿(243-1)이 중첩될 수 있다. 이에, 제3 오가노이드(1041c)에만 방사선이 조사될 수 있다.
이때, 복수의 암 오가노이드 각각에 미리 설정된 시간동안 조사된 방사선량은 복수의 암 오가노이드 각각이 슬릿(243-1)과 중첩된 시간에 비례할 수 있다. 즉, 제1 오가노이드(1041a)에 조사된 총 방사선량은 제1 시간구간에 비례할 수 있고, 제2 오가노이드(1041b)에 조사된 총 방사선량은 제2 시간구간에 비례할 수 있으며, 제3 오가노이드(1041c)에 조사된 총 방사선량은 제3 시간구간에 비례할 수 있다.
즉, 방사선 감수성 진단키트(100)는 CRS 플레이트(141)를 제2 방향(D2)으로 이동시켜 각각의 암 오가노이드와 슬릿(243-1)이 중첩되는 시간을 조절함으로써 각각의 암 오가노이드에 조사되는 미리 설정된 시간동안의 총 방사선량을 조절할 수 있다.
도 4와 같이 CRS 플레이트(141)가 움직이는 방식은 방사선 발생유닛(145)과 슬릿(243-1)이 고정되어 방사선 조사 영역 및 조사량이 일정하여 시간만 조절하면 정확한 방사선량 조절이 가능하다. 단, 차폐막 이동형 방사선량 모듈레이터(443) 대비 방사선 조사시간이 좀 더 걸릴 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 방사선 조사 장치(140)는 방사선 발생유닛(145), 밀도 조절형 방사선 차폐막(343)을 포함하는 방사선량 조절 유닛(143) 및 제1 플레이트(341a)와 제2 플레이트(341b)를 포함하는 CRS 플레이트(141)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 밀도 조절형 방사선 차폐막(343)은 방사선 투과 차폐판(343-1) 및 방사선 투과 차폐판(343-1)을 수용하는 방사선 보호 플레이트(343-2)를 포함하며, 이 경우, 투과 차폐판(343-1)의 패턴, 색상, 소재(금속), 소재의 밀도 등을 변경하여 방사선 투과율을 제어해서 암 오가노이드(1041)에 인가되는 방사선량을 선택적으로 조절할 수 있다. 방사선 투과 차폐판(343-1)은 방사선 보호 플레이트(343-2)에 생성된 특정 형상의 개구부에 맞도록 제작된다. 이 경우, 밀도 조절형 방사선 차폐막(343)의 방사선 투과 차폐판(343-1)은 방사선 보호 플레이트(343-2)로부터 탈착 가능하도록 구성될 수 있다. 상기 방사선 보호 플레이트(343-2)는 방사선을 완전 차폐하는 막을 사용할 수도 있고, 방사선을 투과하는 막을 사용하여 방사선 투과 차폐판(343-1)의 물리적 지지 역할만을 할 수도 있게 구성할 수 있다. 상기 방사선 보호 플레이트(343-2)는 방사선을 완전히 차폐하는 막을 사용할 경우 방사선 투과 차폐판(343-1)을 지지하는 부위에는 구멍을 뚤어서 방사선이 선택적으로 투과되도록 한다.
한편, 밀도 조절형 방사선 차폐막(343)을 투과하는 방사선의 양(정도)는 방사선 투과 차폐판(343-1)의 종류 및 방사선 투과율에 따라 변화될 수 있다. 즉, 방사선 선량 조절부에 어떠한 방사선 투과 차폐판(343-1)을 부착하는지에 따라 미리 설정된 시간동안 해당 밀도 조절형 방사선 차폐막(343)을 투과하여 암 오가노이드에 도달하는 방사선량은 조절될 수 있다. 이에, CRS 플레이트(141)에 배치되는 복수의 암 오가노이드(1041)의 적어도 일부에 미리 설정된 시간동안 도달되는 총 방사선량은 암 오가노이드와 중첩하여 배치되는 방사선 투과 차폐판(343-1)의 종류(방사선 투과율에 따라 구분됨)에 따라 서로 상이하게 조절될 수 있다. 이에, 하나의 CRS 플레이트(141)를 이용하여 복수의 암 오가노이드(1041)를 이용한 단일한 실험을 진행할지라도, 다양한 방사선량을 복수의 암 오가노이드(1041) 각각에 상이하게 조사할 수 있어 암 세포의 활성을 다양한 방사선량 조건하에 측정할 수 있다.
CRS 플레이트(141)는 예컨대, 방사선량 조절 유닛(143)의 하부에 배치되며 암 오가노이드(또는 암 세포)가 배치된 유닛으로, 예를 들면, 암 오가노이드가 배치된 제1 플레이트(341a), 및 암 오가노이드의 생장을 위한 배양액(1042)가 수용된 제2 플레이트(341b)로 이루어질 수 있다.
이때, 제1 플레이트(341a)는 기둥(Pillar) 구조를 가질 수 있고, 제2 플레이트(341b)는 제1 플레이트(341a)를 수용하도록 제1 플레이트(341a)보다 넓은 직경을 가진 웰(well) 형태일 수 있다. 그러나 이의 구조는 전술한 것에 제한되는 것이 아니다.
이러한 구조적 특징에 의해, 단일의 플레이트의 이용 또는 단일 방사선량(방사선 조사부(345)에서 방출되는 방사선량으로서, 예를 들어, 8Gy)의 조사에도, 복수의 암 오가노이드(1041) 각각에 다양한 방사선량(예를 들어, 0Gy, 4Gy, 8Gy)이 조사되는 조건의 실험에 따른 세포 실험 데이터 기반 분석이 가능할 수 있다.
한편, 도 6a을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선량 조절 유닛(143)는 차폐막 이동형 방사선량 모듈레이터(443)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 6a의 (a)를 참조하면, CRS 플레이트(141)가 예컨대, 차폐막 이동형 방사선량 모듈레이터(443)의 방사선 보호 플레이트(443-2)의 하부에 배치된다. 방사선 CRS 플레이트(141)는 차폐막 이동형 방사선량 모듈레이터(443)의 나머지 구성과 결합된 상태에서 CRS 플레이트(141)와 방사선 발생유닛(145) 사이에 방사선 보호 플레이트(443-2)가 배치될 수 있다. 즉, 차폐막 이동형 방사선량 모듈레이터(443)의 방사선 보호 플레이트(443-2)는 CRS 플레이트(141)와 방사선 발생유닛(145) 사이에 배치되어 시간의 흐름에 따라 슬라이딩되어 이동하면서 방사선 발생유닛(145)에서 CRS 플레이트(141)를 향하여 조사되는 방사선을 위치 선택적으로 시간에 따라 차폐시킬 수 있다.
차폐막 이동형 방사선량 모듈레이터(443)의 방사선 보호 플레이트(443-2)는 CRS 플레이트(141)의 연장 방향인 제1 방향(D1)(즉, 방사선 발생유닛(145)과 CRS 플레이트(141)를 연결하는 직선과 수직인 방향 또는 CRS 플레이트(141)의 하나 이상의 암 오가노이드가 나란히 배치된 방향으로서, 제1 오가노이드, 제2 오가노이드 및 제3 오가노이드를 연결한 직선과 나란한 방향을 따라 슬라이딩될 수 있다. 차폐막 이동형 방사선량 모듈레이터(443)의 슬라이딩 동작은 차폐막 구동기어에 의하여 이루어질 수 있다.
방사선 발생유닛(145)로부터 CRS 플레이트(141)를 향하여 방사선이 조사될 경우, 방사선 보호 플레이트(443-2)와 CRS 플레이트(141)가 중첩되는 영역에는 방사선이 차폐될 수 있고, 방사선 보호 플레이트(443-2)와 CRS 플레이트(141)가 중첩되지 않는 영역에는 방사선이 차폐되지 않고 CRS 플레이트(141)에 조사될 수 있다. 따라서, 방사선 보호 플레이트(443-2)의 위치가 제1 방향(D1)을 따라 이동됨에 따라 CRS 플레이트(141)에 배치된 복수의 암 오가노이드(1041)(제1 오가노이드 내지 제3 오가노이드) 중 어느 하나에 선택적으로 방사선이 조사되도록 조절될 수 있다. 이에, 하나 이상의 암 오가노이드(제1 오가노이드(1041a) 내지 제3 오가노이드(1041c)) 각각에 대해 조사된 방사선량 중 적어도 일부는 서로 상이할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들면, 도 6a의 (a) 내지 (d)에서, 방사선 발생유닛(145)은 미리 설정된 시간동안 지속적으로 방사선을 CRS 플레이트(141)를 향하여 조사할 수 있다. 이때, 미리 설정된 시간 동안 차폐막 이동형 방사선량 모듈레이터(443)의 방사선 보호 플레이트(443-2)는 도 6a의 (a)와 같이 모든 암 오가노이드와 중첩된 제1 상태에서 차츰 슬라이딩하여 도 6a의 (d)와 같이 모든 암 오가노이드와 중첩되지 않은 제2 상태로 변화될 수 있다. 제1 상태에서 제1 오가노이드(1041a), 제2 오가노이드(1041b) 및 제3 오가노이드(1041c)는 방사선 보호 플레이트(443-2)와 중첩되어 방사선 발생유닛(145)로부터 조사되는 방사선이 도달하지 못할 수 있다. 제1 상태의 방사선 보호 플레이트(443-2)는 도 6a의 (b)와 같이 제1 방향(D1)으로 이동될 수 있고, 이에, 제1 오가노이드(1041a) 및 제2 오가노이드(1041b)는 방사선 보호 플레이트(443-2)와 중첩되어 방사선이 도달하지 못하고, 제3 오가노이드(1041c)는 방사선 보호 플레이트(443-2)와 중첩되지 않아 방사선 발생유닛(145)로부터 방사되는 방사선이 도달할 수 있다. 이어서, 도 6a의 (b)의 상태인 방사선 보호 플레이트(443-2)는 도 6a의 (c)와 같이 제1 방향(D1)으로 더 이동될 수 있고, 이에, 제1 오가노이드(1041a)는 방사선 보호 플레이트(443-2)와 중첩되어 방사선이 도달하지 못하고, 제2 오가노니드 및 제3 오가노이드(1041c)는 방사선 보호 플레이트(443-2)와 중첩되지 않아 방사선 발생유닛(145)로부터 방사되는 방사선이 도달할 수 있다. 이어서, 도 6a의 (c)의 상태인 방사선 보호 플레이트(443-2)는 도 6a의 (d)와 같이 제1 방향(D1)으로 더 이동되어 제2 상태가 될 수 있고, 이에, 제1 오가노이드(1041a), 제2 오가노이드(1041b) 및 제3 오가노이드(1041c) 모두는 방사선 보호 플레이트(443-2)와 중첩되지 않아 방사선이 도달될 수 있다.
이러한 과정을 통하여 미리 설정된 시간동안 CRS 플레이트(141)에 방사선이 조사되는 위치 및/또는 면적이 변화될 수 있다. 차폐막 이동형 방사선량 모듈레이터(443)의 방사선 보호 플레이트(443-2)가 제1 방향(D1)으로 미리 설정된 시간동안 슬라이딩하여 이동함에 따라, CRS 플레이트(141)에 방사선이 조사되는 면적이 증가될 수 있다. 이에 따라, CRS 플레이트(141)의 제1 오가노이드(1041a)에 미리 설정된 시간동안 조사된 총 방사선량은 제2 오가노이드(1041b)에 미리 설정된 시간동안 조사된 총 방사선량보다 작을 수 있고, 제2 오가노이드(1041b)에 미리 설정된 시간동안 조사된 총 방사선량은 제3 오가노이드(1041c)에 미리 설정된 시간동안 조사된 총 방사선량보다 작을 수 있다.
이처럼 시간에 따라 차폐막 이동형 방사선량 모듈레이터(443)의 방사선 보호 플레이트(443-2)가 제1 방향(D1)을 따라 슬라이딩되어 CRS 플레이트(141)와 방사선 보호 플레이트(443-2) 사이의 상대적 위치가 변화되고, CRS 플레이트(141)에 배치된 복수의 오가노이드 중 적어도 일부에 미리 설정된 시간동안 조사된 총 방사선량은 서로 상이하도록 조절될 수 있다. 따라서, 동일한 미리 설정된 시간동안 동일한 세기의 방사선이 방출되는 조건의 생물학적 실험에서 복수의 암 오가노이드(1041)에 조사된 총 방사선량은 상이할 수 있고, 이에, 적은 수의 방사선 조사 장치(140)를 이용하여 제한된 시간(미리 설정된 시간)의 실험을 진행할지라도 조사된 총 방사선량이 상이하고 다양한 더 많은 세포 실험 기반 데이터를 획득할 수 있는 효과가 있다.
도 6b 및 도 6c를 참조하여 차폐막 이동형 방사선량 모듈레이터(443)에 대해서 더욱 상세하게 살펴보면, 차폐막 이동형 방사선량 모듈레이터(443)는 차폐막 구동기어(443-1) 및 방사선 보호 플레이트(443-2)를 포함할 수 있다. 그리고, 차폐막 이동형 방사선량 모듈레이터(443)는 CRS 플레이트(141)를 도 6c와 같이 탈착할 수 있다. 차폐막 구동기어(443-1)는 방사선 보호 플레이트(443-2)를 직선 운동 시키는 리니어 엑추에이터이며, 방사선 보호플레이트(443-2)는 CRS 플레이트(141)의 특정 영역에 대해 미리 설정된 시간 동안 노출시키거나 방사선 차폐시키도록 직선 운동을 수행한다.
도 6c를 참조하면, 차폐막 이동형 방사선량 모듈레이터(443)는 CRS 플레이트(141)를 탈착하기 위하여, 먼저 커버(443-3)를 제거한 뒤(도 6c의 (a) 및 (b) 참조), CRS 플레이트(141)를 차폐막 구동 기어(443-1)의 측면 공간에 탑재시킬 수 있다. (도 6c의 (c) 및 (d))
한편, 도 7을 참조하면, 방사선량 조절 유닛(143)은 적층형 방사선 차폐막(543)을 포함할 수 있다. 적층형 방사선 차폐막(543)은 방사선 투과 차폐판(543-1) 및 방사선 투과 차폐판(543-1)을 수용하는 방사선 보호 플레이트(543-2)를 구비하며, 방사선 발생유닛(145)에서 방출되는 방사선을 선택적으로 차폐하는, 즉, 전체를 투과시키지 않고 일부만을 투과하는 구성이다. 상기 방사선 보호 플레이트(543-2)는 방사선을 완전 차폐하는 막을 사용할 수도 있고, 방사선을 투과하는 막을 사용하여 방사선 투과 차폐막(543-1)의 물리적 지지 역할만을 할 수도 있게 구성할수 있다. 상기 방사선 보호 플레이트(543-2)는 방사선을 완전히 차폐하는 막을 사용할 경우 방사선 투과 차폐판(543-1)을 지지하는 부위에는 구멍을 뚤어서 방사선이 선택적으로 투과되도록 한다.
적층형 방사선 차폐막(543)의 방사선 투과 차폐판(543-1)은 예컨대, 텅스텐을 포함하는 물질로 이루어질 수 있고, 이에, 방사선을 선택적으로 차폐시킬 수 있다.
CRS 플레이트(141)의 복수의 암 오가노이드(1041) 각각은 적층되는 방사선 투과 차폐판(543-1)의 수가 상이할 수 있고, 적층되는 방사선 투과 차폐판(543-1)의 수에 대응하여 조사되는 방사선량의 크기가 결정될 수 있다.
예를 들면, 도 7에 도시된 것과 같이, 제1 오가노이드(1041a)는 1 장의 방사선 투과 차폐판(543-1)이 적층될 수 있고, 제2 오가노이드(1041b)는 2 장의 방사선 투과 차폐판(543-1)이 적층될 수 있으며, 제3 오가노이드(1041c)는 3 장의 방사선 투과 차폐판(543-1)이 적층될 수 있다. 적층되는 방사선 투과 차폐판(543-1)의 수가 증가될 경우, 해당 오가노이드에 조사되는 방사선의 세기는 감소될 수 있다.
이 경우, 단위 두께(예컨데, 1mm)의 방사선 투과 차폐판(543-1)(예를 들면, 텅스텐 시트)의 수가 증가될수록 암 오가노이드(1041)에 조사되는 분당 방사선량(단위 Gy)은 감소될 수 있으며, 일정한 시간(미리 지정된 시간)동안 조사된 총 방사선량(단위 Gy)은 1mm 두께의 방사선 투과 차폐판(543-1)(예를 들면, 텅스텐 시트)의 수가 증가될수록 감소될 수 있다.
방사선 투과 차폐판(543-1)의 두께는 필요에 따라 사용자의 선택에 의하여 변경될 수 있으며, 두께를 감소시킬수록 각각의 암 오가노이드(1041)에 조사되는 총 방사선량의 차이를 더 세밀하게 조절할 수 있다. 이때, 모든 방사선 투과 차폐판(543-1)의 두께는 일정할 수 있고, 예를 들면 1mm일 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니고, 모든 방사선 투과 차폐판(543-1)의 두께는 동일하지 않을 수도 있다.
복수의 암 오가노이드(1041) 각각에 중첩되는 영역의 적층되는 방사선 투과 차폐판(543-1)의 수를 조절함으로써, 미리 설정된 시간동안 복수의 암 오가노이드(1041) 각각에 조사되는 총 방사선량은 조절될 수 있다.
즉, 미리 설정된 시간동안 방사선 발생유닛(145)에서는 일정한 세기의 방사선을 CRS 플레이트(141)를 향하여 조사하며, 방사선 투과 차폐판(543-1)의 수를 필요에 따라 변경함으로써, 복수의 암 오가노이드(1041) 각각에 조사되는 총 방사선량(미리 설정된 시간동안 조사되는 총 방사선량)이 조절될 수 있는 것이다.
한편, 제어부(150)는 저장부(110), 프로세서(120), 통신부(130) 및 방사선 진단 소프트웨어 모듈인 방사선 감수성 진단 모듈(135)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 컴퓨터인 제어부(150) 내 설치된 소프트웨어로 구현되었으나, 이에 한정되지 않는다. 방사선 감수성 진단 모듈(135)은 소프트웨어 모듈, 하드웨어 모듈, 소프트웨어 및 하드웨어의 결합 모듈 등 다양한 방식으로 구현될 수 있음을 당업자라면 이해할 수 있다.
이 경우, 저장부(110)는 개체에 대한 방사선의 감수성의 정도를 진단하는 중에 생성된 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 저장부(110)는 방사선 진단 모듈(135)에 의해 추출된 세포 실험 기반 데이터, 방사선 반응인자, 세포 성장인자, 나아가 감수성 정도의 진단 결과를 저장하도록 구성될 수 있다. 저장되어 있는 세포 실험 기반 데이터는 기준 데이터로서 적용될 수 있다. 다양한 실시예에서 저장부(110)는 플래시 메모리 타입, 하드디스크 타입, 멀티미디어 카드 마이크로 타입, 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램, SRAM, 롬, EEPROM, PROM, 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
통신부(130)는 방사선 감수성 진단키트(100)와 외부 시스템이 통신 가능하도록 연결한다. 통신부(130)는 유/무선 통신을 이용하여 사용자 단말(200), 나아가 데이터 베이스 제공 서버(300)와 연결되어 다양한 데이터를 송수신할 수 있다. 구체적으로, 통신부(130)는 방사선 조사 장치(140)로부터 데이터를 수신하거나, 데이터 베이스 제공 서버(300)로부터 다른 개체의 세포 실험 기반 데이터 또는 임상 결과인 기준 데이터를 수신할 수 있다. 나아가, 통신부(130)는 사용자 단말(200)으로 진단 결과를 송신할 수도 있다.
프로세서(120)는 저장부(110), 통신부(130), 및 방사선 조사 장치(140)와 동작 가능하게 연결되며, 방사선 감수성 진단 모듈(135)을 실행하여 암 세포에 대한 세포 실험 기반 데이터를 획득하도록 제어하고, 실험 기반 데이터를 분석하여 연관된 감수성 특징을 추출하고, 이를 기초로 방사선의 감수성의 정도를 결정하기 위한 다양한 명령들을 수행할 수 있다.
방사선 진단 모듈(135)은 프로세서에 의해 실행되고, 방사선 조사장치(140), 방사선 발생유닛(145), 방사선 조절유닛(143)을 제어할 수 있으며, 저장부(110)에 세포 실험 기반 데이터를 저장하도록 제어할 수 있다. 방사선 진단 모듈(135)의 구체적인 구현에 대해서는 도 11을 참조하여 추후에 설명하도록 한다.
이하에서는 도 1, 도 3a 및 3b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 감수성 진단방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 감수성 진단방법은 (a) 상기 진단키트의 CRS 플레이트에 개체로부터 분리된 하나 이상의 암 세포를 분주하는 분주 단계(S111); (b) 상기 플레이트부에 배양액을 채워 넣어 상기 하나 이상의 암 세포를 배양하여 하나 이상의 암 오가노이드를 형성하는 배양 단계(S112); (c) 상기 방사선 조사 장치의 방사선량 조절 유닛에 의하여 방사선을 조사하는 단계;(S120) (d) 상기 하나 이상의 암 오가노이드의 세포 활성도를 측정하는 단계; (S130) (e) 상기 측정된 세포 활성도에 기초하여 상기 하나 이상의 암 오가노이드 각각의 방사선 반응인자 및 세포 성장인자를 산출하는 단계; (S140) 및 (f) 상기 제어부가 상기 하나 이상의 암 오가노이드 각각의 방사선 반응인자 및 세포 성장인자에 기초하여 상기 개체에 대한 방사선 감수성을 진단하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 감수성 진단방법은 먼저, 개체(예를 들어 환자)로부터 분리된 암 세포를 CRS 플레이트(141)에 분주하는 단계를 포함한다. (S111).
이 경우, 암 세포는 예컨대, 다음과 같이 마련된다. 먼저, 환자로부터 암조직을 적출하고, 적출한 암조직을 효소처리하여 단일 암세포로 만든다. 그리고, 효소처리된 단일 암세포로부터 혈구세포(적혈구/백혈구/혈소판 등)를 제거하고, 혈구세포가 제거된 단일 암세포를 계수하여 세포외기질과 혼합한다. 그리고, CRS 플레이트(141)에 단일 암세포들을 분주하게 된다. 단, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않으며, 암 세포를 분주하는 방법은 다양한 방법에 의하여 수행될 수도 있음을 당업자라면 이해할 수 있다.
구체적으로, 도 3a의 (a) 및 도 3b의 (a)를 참조하면, 복수의 필라부(141-1)의 말단에는 상술한 바와 같이 마련된 암 세포가 분주된다. 이 경우, 암 세포는 예를 들어, 3D 바이오 프린터(예, ASFATM Spotter)에 의해 분주될 수 있다.
이어서, CRS 플레이트(141) 또는 별도의 웰(141-3)에 배양액을 채워 넣어 암 세포가 배양된다. (S112). CRS 플레이트(141)는 웰을 포함하는 것(도 3a 참조)과 별도의 웰이 필요한 것(도 3b 참조)이 있을 수 있다.
구체적으로, 도 3a의 (b) 단계에서는 세포분주된 필라가 있는 CRS 플레이트(141)에 배양액을 넣는다. 한편, 도 3b의 (b) 단계에서는 배양액이 있는 웰(141-3)에 CRS 플레이트(141)를 침지 시킨다. 이 때, 암 세포가 배양되면서 암 오가노이드(1041)가 생성된다. 도 3a및 도3b의 (b) 단계에서, CRS 플레이트(141)에 분주된 암 세포는 예를 들면, 좌측부터 차례로 제1 암 오가노이드, 제2 암 오가노이드 및 제3 암 오가노이드일 수 있다.
다음으로, 방사선 감수성 진단키트(100)의 방사선 조사 장치(140)에 의하여 암 오가노이드(1041)에 방사선을 조사한 후(S120), 방사선이 조사된 CRS 플레이트(141)를 꺼내는 단계가 수행된다.
단, CRS 플레이트(141)를 꺼내는 것은 필수적인 것은 아니며, 방사선 조사장치(140)의 구조에 따라 CRS 플레이트(141)을 꺼내지 않고 암 오가노이드(1041)의 이미지를 획득하는 것도 가능하다. 예를 들어, CRS 플레이트(141)가 웰을 포함하지 않고 별도의 웰의 침지되는 도 3b의 경우, CRS 플레이트(141)를 꺼내서 이미징 장치(147)에 의하여 영상을 획득하고, 영상을 분석하여 세포 활성도를 산출할 수 있다.
구체적으로, 도 3a 및 도 3b의 (c) 단계를 참조하면, 방사선 발생유닛(145)은 방사선량 조절 유닛(143)에 의하여 하나 이상의 암 오가노이드에 조사되는 방사선량이 다양하도록(예컨대, 하나 이상의 암 오가노이드의 일부에 인가되는 방사선량이 서로 상이하도록) 제어하여 방사선을 조사한다. 이 경우, 방사선량 조절 유닛(143)은 다양한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 방사선량 조절 유닛(143)은 예를 들어, CRS 플레이트(141)와 상대적으로 이동하는 슬릿(243-1)을 통해 방사선량을 제어하는 슬릿형 모듈레이터(243), 직선운동으로 이동하여 암 오가노이드 별 방사선 조사 시간을 조절하는 차폐막 이동형 방사선 모듈레이터(443), 방사선 투과 차폐판의 패턴, 소재, 소재의 밀도 또는 색상 등을 서로 다르게 하여 방사선 투과율을 제어하여 특정 영역에 대하여 방사선량이 선택적으로 되도록 구성된 밀도 조절형 방사선 차폐막(343) 또는 조절하고자 하는 방사선량에 따라 방사선 투과 차폐판의 개수를 달리하는 적층형 방사선 차폐막(543)를 포함할 수 있다.
이러한 방사선량 조절 유닛(143)을 통하여 복수의 암 오가노이드(1041), 예컨대, 제1 암 오가노이드, 제2 암 오가노이드 및 제3 암 오가노이드에는 각각 다른 방사선량의 방사선이 조사될 수 있다. 그리고, 복수의 암 오가노이드(1041) 중 어느 하나는 방사선이 조사되지 않을 수도 있다.
이어서, 방사선 감수성 진단키트(100)는 방사선 조사된 암 오가노이드에 대한 세포 활성도를 측정한다. (S130)
세포 활성도는, 예를 들어, 살아있는 세포를 염색하여 형광물질의 전체 강도/크기, 선별된 강도/크기 등을 측정하거나, 또는 죽은 세포를 염색하여 세포사멸을 구하고 역으로 세포 활성도를 측정할 수도 있다. 또는, 세포 활성도는 MTT 또는 APT 등의 화학 요소를 사용하여 세포 또는 세포를 포함하는 용액의 형질변화를 측정하여 세포 활성을 측정하는 것을 포함할 수 있다.
이 경우, 다양한 경우의 세포 활성도가 필요하므로, 먼저, 세포 활성도 측정을 위하여, 복수의 방사선량의 방사선을 조사받기 전에 암 오가노이드(1041)의 세포활성도 초기값을 측정한다. 그리고, 다양한 방사선을 조사 이후, 5일 내지 7일 정도 추가 배양 시간을 가진 후, 배양 기간 동안의 세포 활성도의 결과값을 측정한다. 따라서, 시간 및 조사된 방사선량에 따른 세포 활성도를 획득하여 암 오가노이드(1041)의 방사선 반응을 확인할 수 있다.
도 8을 참조하면, 먼저, 세포 활성도 측정을 위하여, 복수의 방사선량의 방사선을 조사받은 암 오가노이드(1041)의 세포활성도 초기값을 측정한다. (S131) 측정한 이후, 바람직하게는 5일 내지 7일 정도 배양 시간을 가진다. (S133) 그리고, 마지막으로, 배양 기간 동안의 세포 활성도의 결과값을 측정한다.
따라서, 시간 및 조사된 방사선량에 따른 세포 활성도를 획득할 수 있다.
이후에는 측정된 세포 활성도에 기반하여 방사선이 조사된 암 오가노이드의 세포 성장인자 및 방사선 반응인자가 산출된다. (S140) 보다 상세하게, 방사선 감수성 진단키트(100)는 측정된 세포 활성도에 기초하여 세포 성장인자 및 방사선 반응인자를 산출하여 세포 실험 기반 데이터를 획득할 수 있다.
세포 실험 기반 데이터는 개체로부터 분리된 암 세포(암 오가노이드)를 이용하여 방사선 조사 장치(140)에 의하여 진행한 세포 실험 기반의 시험 결과 데이터, 또는 시험 조건 데이터 등을 의미할 수 있다. 예를 들면, 세포 실험 기반 데이터는, 방사선의 종류, 방사선의 세기, 세포 활성도, 방사선 반응인자 및 세포 성장인자의 암 세포의 방사선 처리에 따른 세포 활성도와 연관된 로우(raw) 데이터, 나아가 방사선 처리 조건 데이터일 수 있다. 그러나, 세포 실험 기반 데이터는 전술한 것에 제한되는 것은 아니다. 또한, 세포 실험 기반 데이터는 임상 실험을 통하여 획득된 데이터뿐만 아니라 치료나 진단을 통하여 획득된 데이터를 모두 포괄하는 개념으로 이해되어야 한다.
세포 성장인자는 암 세포의 시간에 따른 성장을 나타내는 정량 지표를 포함한다. 세포 성장인자는 세포 성장율 등 세포 증식을 나타낼 수 있는 인자 또는 인자의 Z score(통계지표)를 모두 포괄할 수 있다. 일 예로, 시간에 따라서 세포 활성도를 측정하여 세포 성장인자를 구할 수 있다. 세포 성장인자는, 세포 활성 증가율, 세포 성장율, 세포 크기 증가율일 수 있다. 이때, 세포 성장율은 정해진 시간 동안의 세포 부피, 크기, 개수의 변화를 의미할 수 있다.
방사선 반응인자는 방사선에 대한 세포의 반응을 정량 측정하는 척도로 방사선량의 변화에 따른 세포 활성도를 포함할 수 있다. 방사선 반응인자는 RT50, %RT50, RTAUC(방사선 반응곡선의 면적) 세포 활성도, 세포 활성변화율 등 방사선 효능을 나타낼 수 있는 인자 또는 인자의 Z score(통계지표)를 모두 포괄하는 개념이다. 예를 들어, RT50은 암 세포의 세포 활성도가 방사선이 조사되지 않았을 때의 세포 활성도 대비50%로 줄어드는 방사선 선량에 대응하는 방사선 반응인자이고, RTAUC는 방사선량에 따른 세포 활성(도) 곡선의 면적에(적분면적, 즉, X축, Y축 및 세포 활성(도) 곡선에 의하여 둘러싸인 부분의 면적)에 대응하는 방사선 반응인자이다.
보다 상세하게, 도 9 및 도 10을 참조하면, RT50과 RTAUC 값의 방사선 반응인자가 방사선 반응인자로서 제공될 수 있다.
RT50, %RT50은 암 세포의 활성이 50%로 줄어드는 방사선 선량에 대응하는 방사선 반응인자를 의미할 수 있다. 도 9의 (a) 내지 (e), 및 도 10의 (a)는 다양한 경우의 RT50 방사선 반응인자의 예를 나타낸다. 본 실시예에서, RT50은 방사선량에 따른 세포 활성도(암 세포의 면적(Cancer Area))에 기초하여 산출되었다. 도 9의 (a)는 암 세포의 활성이 50%로 줄어드는 방사선 선량인 RT50값이 1.9Gy이고, 도 9의 (b)는 RT50값이 2.2Gy이고, 도 9의 (c)는 RT50값이 3.8Gy인 경우이다.
한편, 도 9의 (d) 및 (e)는 RT50값이 8Gy보다 크므로, 본 발명의 실시예의 방사선 발생유닛(145)이 0Gy에서 8Gy의 방사선량을 발생시킬 수 있는 장치이므로 RT50값을 측정할 수 없는 케이스이고, 이때 방사선 감수성은 도 9에 (a), (b), (c) 보다 낮다고 할 수 있다.
또 다른 예로서, RTAUC는 방사선량에 따른 세포 활성 곡선의 면적(적분 면적, 즉, X축, Y축 및 세포 활성도 곡선에 의하여 둘러싸인 부분의 면적)에 대응하는 방사선 반응인자를 의미할 수 있다. 도 7(b)는 세포 활성 곡선에 의하여 둘러싸인 부분의 적분 면적인 RTAUC가 4.5일 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 다른 방사선 감수성 진단방법은 산출된 세포 성장인자 및 방사선 반응인자에 기초하여 방사선 감수성 진단 모델을 생성하고, 생성된 감수성 예측 모델을 이용하여 방사선 감수성을 진단할 수 있다. (S150)
이 경우, 도11의 방사선 감수성 진단 모듈(135)는 방사선 감수성 진단 모델을 생성하는 기능과 생성된 방사선 감수성 진단 모델에 기초하여 개별 환자 또는 개별 샘플의 방사선 감수성 진단을 수행할 수 있다.
방사선 감수성 진단 모듈(135)은 구성적으로 예를 들어, 소프트웨어 모듈로서, 저장부(110)에 저장되고 프로세서(120)에 의해 실행될 수 있다. 한편, 기능적으로는 방사선 감수성 진단 모듈(135)은 세포 실험 기반 데이터를 이용하여 감수성 특징을 추출하여 방사선 감수성 진단 모델을 생성할 수 있다. 또한, 방사선 감수성 진단 모듈(135)은 방사선 감수성 진단 모델에 의하여 개체(개별 환자 또는 실험 샘플 등)에 대한 방사선 감수성(또는 방사선 치료 반응 예측)을 양성 또는 음성으로 결정할 수 있다.
구체적으로, 도 11을 참조하면, 방사선 감수성 진단 모듈(135)는 예컨대, 개체 및/또는 타 개체의 방사선 반응인자 및 세포 성장인자와 연관된 세포 실험 기반 데이터를 기준 데이터(432)로서 입력 받고, 이로부터 감수성 특징을 추출하여 방사선 감수성 진단 모델을 생성하도록 학습될 수 있다.
방사선 감수성 진단 모듈(135)은 임상 결과 및/또는 타 환자, 타 개체의 측정 결과인 세포 실험 기반 데이터인 기준 데이터(432) 및 특정 개체의 세포 실험 기반 데이터를 입력 받아, 감수성 특징 및 기준 데이터에 기초하여 특정 개체의 방사선 감수성을 진단하도록 구성될 수 있다.
방사선 감수성 진단 모듈(135)은 방사선 치료에 대한 특정 개체의 방사선 감수성을 진단함에 있어, 로그인을 통해 특정 개체의 감수성을 알고자 하는 사용자가 인증된 이후에, 수신된 특정 개체의 세포 실험 기반 데이터(412)가 감수성 진단 모듈(135)에 입력된다. 이때, 특정 개체의 세포 실험 기반 데이터(412)는 감수성 진단 모듈(135)의 입력 모듈(422)로 입력될 수 있다. 한편, 입력 모듈(422)은, 기준 데이터(432)를 더 수신할 수 있다.
그 후, 분석 모듈(424)에 의해 특정 개체의 세포 실험 기반 데이터(412)로부터 감수성 특징이 추출되고, 출력 모듈(426)에 의해 감수성 특징에 기초하여 방사선 감수성 정도가 결정 및 출력될 수 있다. 이때, 출력 모듈(426)은, 특정 개체의 세포 실험 기반 데이터(412)로부터 추출된 감수성 특징과 함께, 기준 데이터(432)를 이용하여 특정 개체에 대한 방사선 감수성 진단 결과를 출력할 수 있다.
예를 들어, 분석 모듈(424) 및 출력 모듈(426)은 방사선 반응인자 및 세포 성장인자의 다중 인자에 기초하여 방사선 감수성 진단 결과를 치료 반응 양성 또는 치료 반응 음성으로 출력할 수 있다. 이와 관련한 것은 도 12 내지 도 14를 참조하여 후술하도록 한다.
또는 분석 모듈(424) 및 출력 모듈(426)은 개체에 대한 방사선 감수성(방사선 치료 반응 정도)을, 상, 중 또는 하로 결정하여 분석 결과(428)를 제공할 수 있다. 예컨대, 분석 모듈(424)은, 특정 개체의 세포 실험 기반 데이터(412)로부터 방사선 감수성 지수를 산출하고, 출력 모듈(426)은 미리 정해진 기준에 따라 예를 들어, 방사선 감수성 지수가 -100 내지 -10%일 경우 치료 반응 정도를 '하'로 결정하고, 감수성 지수가 -10 내지 +10%일 경우 치료 반응 정도를 '중'으로 결정하고, 감수성 지수가 +10 내지 +100%일 경우 치료 반응 정도를 '상'으로 결정하도록 구성될 수 있다.
또는 분석 모듈(424) 및 출력 모듈(426)은 치료 반응성을 확율적으로 출력할 수도 있다. 나아가, 출력 모듈(426)은 방사선에 대한 감수성 정도를 도표로서 나타내는 방사선의 효능 진단 도표를 더욱 결정할 수도 있다.
이어서, 방사선 감수성 진단 모듈(135)은 개체에 대한 방사선 감수성에 대한 진단 결과를 사용자 단말로 제공하고, 사용자의 인증을 종료시킨다.
구체적으로, 방사선 감수성 진단 모듈(135)은 개체의 방사선에 대한 감수성 정도(상, 중 또는 하), 또는 치료 반응 양성 여부, 나아가 방사선에 대한 감수성 정도를 도표로서 나타내는 방사선의 효능 진단 도표를 사용자에게 제공할 수 있다.
예를 들어, 도 11의 진단 결과(428)는 출력 모듈(426)에 의하여 사용자 단말에 송신되고, 사용자 단말의 표시부를 통해 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 방사선 감수성에 대한 정보가 제공되는 단계이후에 사용자 인증 종료(로그아웃)이 수행될 수도 있다.
이하에서는 분석 모듈(424)의 방사선 감수성 진단 모델에 관하여 도 12 내지 도 14를 활용하여 상세하게 설명한다. 도 12 내지 14는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 감수성 진단 모델을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 발명자들은 암 세포의 다중 인자들, 예컨대, 세포 성장 인자 및 방사선 반응 인자에 대한 다양한 인자들 중 어떤 것이 환자의 방사선 치료 감수성과 관련이 있는지에 대한 광범위한 연구를 수행한 바 있으며, 그 중, 세포 성장 인자 및 방사선 반응 인자를 동시에 고려하는 경우에, 방사선 치료 효과의 예측이 가장 정확하다는 점에 주목했다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 12과 같이 방사선 반응인자 및 세포 성장인자를 X축 및 Y축으로 각각 설정한 그래프가 방사선 감수성 진단 모델로서 제공될 수 있다.
방사선 감수성 진단 모델은, 방사선에 따른 민감도 기준선(Sensitivity baseline)을 포함하는 감수성 특징에 기초하여 방사선 감수성을 결정할 수 있다. 본 모델에서는 방사선 반응인자만으로 방사선의 민감도를 결정하는 것이 아니라 방사선 반응 인자와 세포 성장인자로 만들어진 상기 방사선 민감도 기준선(Sensitivity Baseline)을 기준으로 방사선 민감도를 결정한다. 도 12에서와 같이 동일한 방사선 방응인자(RT50 or RTAUC)를 갖는 샘플이라도 세포성장인자(세포 성장율)이 고려된 방사선 민감도 기준선에 따라서 방사선 민감도가 양성(치료 효과가 있음)과 음성(치료 효과가 없음)으로 다르게 판단될 수 있다.
이처럼 방사선 반응성의 양성군과 음성군을 구분하는 방사선 민감도 기준선(핏팅 라인)은, 예컨대, 방사선 반응인자(RT50값 또는 RTAUC값)가 증가함에 따라 세포 성장인자(%)가 감소하도록 형성될 수 있다. 따라서, 방사선 반응인자(RT50값 또는 RTAUC값)가 증가할 경우, 방사선 반응성의 양성 군과 음성 군을 구분하는 세포 성장인자(%)는 감소될 수 있다. 이에, 동일한 방사선 반응인자(RT50값)를 가지더라도 해당 개체(샘플)가 가지는 세포 성장인자에 따라 개체는 방사선 치료에 대해 양성(치료 효과가 있음)과 음성(치료 효과가 작거나 없음)으로 분류 가능할 수 있다.
이 경우, 예를 들면, 감수성 특징의 방사선 민감도 기준선은 세포 성장인자 및 방사선 반응인자를 포함하는 세포 실험 기반 데이터에 대한 커브 핏팅을 수행하여 생성된 핏팅 라인 일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 커브 피팅은 다중인자 회기분석법(Regression Analysis)을 사용하여 진행되었다.
단, 커브 피팅은 이에 한정되지 않으며, 방사선에 대한 감수성이 진단되는 단계(S150)에서, 커브 핏팅은 LR(LogistRT regression), PR(Probit regression), QuadratRT classifiers, Kernel estimation, LVQ(Learning vector quantization), ANN(ArtifRTial neural networks), RF(random forest), Bagging(bootstrap aggregating), AdaBoost, Gradient Boosting, XGBoost, SVM(support vector machine), LASSO(least absolute shrinkage and selection operator), Ridge(ridge regression)및 ElastRT Net 중 적어도 하나에 의하여 수행될 수 있다. 이 경우, 방사선 감수성 정도는 커브 핏팅에 의하여 결정된 핏팅 라인에 의해 결정될 수 있다.
그리고, 도 13을 참조하면, 방사선 감수성 진단 모델은 방사선 반응인자 및 세포 성장인자에 기초하여 치료 반응 여부를 진단하는 모델(도 13의(a)), 및 세포 성장인자 역수 및 방사선 반응인자에 기초하여 치료 반응 여부를 진단하는 모델(도 13의 (b)) 중에 선택될 수 있다. 즉, 도 12과 같이 세포 성장인자(%)와 방사선 반응인자(%)와의 관계에 따라 방사선 민감도 기준선이 반비례하는 형태의 도 13의 (a)와 같은 그래프에 기초하여 방사선 치료 반응 여부(양성 군 또는 음성 군)을 진단하는 모델이 이용될 수 있으며, 이와 달리, 세포 성장인자의 역수(1/%)와 방사선 반응인자와의 관계에 따라 방사선 민감도 기준선(핏팅 라인)이 비례하는 형태의 도 13의 (b)와 같은 그래프에 기초하여 방사선 치료 반응 여부(양성 군 또는 음성 군)을 진단하는 모델이 이용될 수 있다.
도 14a를 참조하면, 방사선 반응인자 및 세포 성장인자에 기초하여 치료 반응 여부를 진단하는 모델(도 12과 도 13의(a))에서 방사선 감수성 지수는, 결정된 방사능 민감도 기준선, 또는 핏팅 라인과의 신규 데이터의 최단 거리에 기초하여 하기 수학식1에 의해 산출할 수도 있다.
[수학식 1]
방사선 감수성 지수(%) =
Figure PCTKR2022010503-appb-img-000001
즉, 세포 성장인자 및 방사선 반응인자에 따른 개체의 위치와 예측 구분선(핏팅 라인)과의 최단 거리에 따라 방사선 감수성 지수가 결정될 수 있다.
이때, 퍼센트로 방사선 감수성 지수를 정규화 하기 위해 기준을 x축 100%와 y축 100%에서의 거리인
Figure PCTKR2022010503-appb-img-000002
의 반거리(1/2을 곱한 값)를 최대거리로 사용할 수 있다. 이에, 예측 구분선과의 최단거리의
Figure PCTKR2022010503-appb-img-000003
에 대한 비율[%]을 방사선 감수성 지수로 결정할 수 있다.
예측 구분선과의 최단거리는, 예측 구분선을 기준으로 치료 반응 양성의 개체들이 배치된 영역(X축과 Y축의 교점과 인접한 영역)에서 양수일 수 있고, 예측 구분선을 기준으로 치료 반응 음성 개체들이 배치된 영역(X축과 Y축의 교점과 이격되는 영역)에서 음수일 수 있다. 따라서, 방사선 감수성 지수는 예측 구분선에서 0일 수 있고, 예측 구분선을 기준으로 치료 반응 양성 영역에서 양수일 수 있고, 예측 구분선을 기준으로 치료 반응 음성 영역에서 음수일 수 있다. 그리고, 예측 구분선과의 최단 거리가 증가할수록, 즉, 예측 구분선에서 멀리 이격된 개체일수록 방사선 감수성 지수의 절대값이 증가할 수 있다. 이에, 방사선 감수성 지수는 -100% 내지 +100%의 수치를 가질 수 있다.
또 다른 예로, 정규화에서는 방사선 민감도 기준선의 x절편과 y절편의 반거리를 최대거리로 사용할 수 있고, 또는 데이터 범위에서 x축과 y축의 최대값을 연결하는 거리의 반(도 13a에서는
Figure PCTKR2022010503-appb-img-000004
)을 사용할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예인 도 14b를 참조하면, 방사선 반응인자(약물 반응 인자) 및 세포 성장인자에 기초하여 치료 반응 여부를 진단하는 모델(도 12과 도 13의(a))에서 방사선 감수성 지수는, 기준점(세포 성장인자 축과 약물 반응인자 축의 교점인 원점)과의 거리(기준점 까지의 거리)에 기초하여 하기 수학식 2에 의해 산출될 수 있다. 이때 기준점은 (0,0)인 원점일수 있고, 경우에 따라서는 다른값을 가질수 있다.
[수학식 2]
방사선 감수성 지수 (%) =
Figure PCTKR2022010503-appb-img-000005
즉, 세포 성장인자 및 방사선 반응인자에 따른 개체의 위치와 기준점과의 최단 거리에 따라 방사선 감수성 지수가 결정될 수 있다.
한편, 이러한 방사선 감수성 진단 모듈(135)는 상술한 바와 같이 구한 방사선 감수성 지수에 따라 치료 반응 양성 영역, 치료 반응 음성 영역 및 불확실 영역 중 어느 영역에 속하는지 판단하도록 구성될 수 있다. 불확실 영역은 양성 영역 및 음성 영역 중 어느 영역에도 속하지 못하는 개체에 대응되는 영역일 수 있다. 불확실 영역은, 예측 구분선까지의 최단 거리가 미리 설정된 거리 이하인 영역일 수 있다. 즉, 예측 구분선을 기준으로 어느 쪽에 속하는지에 관계없이 예측 구분선까지의 최단 거리가 미리 설정된 거리 이하인 경우라면 양성 또는 음성으로 판단하지 않고 불확실한 개체로 판단할 수 있고, 이에, 해당 개체는 양성 또는 음성 어느쪽으로도 판단하지 않아 진단에서 제외시킬 수 있다. 따라서, 전체적인 치료 반응 예측의 정확도가 높아질 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따르면, 방사선 감수성 진단 모듈(135)는 방사선 감수성 지수가 -100% 내지 -10%일 경우 치료 반응 정도를 '하'로 결정하고, 감수성 지수가 -10% 내지 +10%일 경우 치료 반응 정도를 '중'으로 결정하고, 감수성 지수가 +10% 내지 +100%일 경우 치료 반응 정도를 '상'으로 결정할 수도 있다. 즉, 미리 결정된 기준에 따라 방사선 감수성 지수를 상/중/하로 결정하여 감수성 진단을 수행할 수도 있다.
이상의 다양한 실시예에 따른 방사선 감수성 진단키트(100)는 방사선 감수성을 높은 정확도로 예측하여 제공할 수 있다. 이에, 본 발명에 따른 방사선 감수성 진단키트(100)에 의해 의료진은 진단 결과에 따라 적절한 치료 방사선량를 빠르게 선택할 수 있어, 본 발명의 방사선 감수성 진단 시스템은 조기 치료 및 좋은 치료 예후에 기여할 수 있는 현저한 효과가 있다.
이하에서는 도 15a 및 15b를 참조하여 상술한 방사선 감수성 진단키트(100)를 활용하여 다양한 객체의 방사선 감수성을 진단한 결과에 대하여 설명한다.
먼저, 도 15a를 참조하면, 도 15a의 표는 두경부암 환자의 방사선 감수성 진단 결과 및 임상 파라미터를 나타낸 표이다. 표의 세로축은 임상 결과(굵은 선으로 표시한 항목에 포함되는 환자(#15 ~ #37)일수록 방사선 감수성이 낮아 치료가 잘 되지 않는 환자임)들을 나타내며, 표의 가로축은 두경부암 환자 각각의 감수성 지수를 나타낸다. 임상 결과 1 내지 임상결과 8은 예컨대, 수술 후 재발 여부, 미분화 여부 등의 환자의 예후를 판단할 수 있는 임상 결과들을 의미한다. 도 15a에 표시한 임상 결과들을 통해, 방사선 반응인자의 값에 클수록 실제 임상에서 암환자의 임상결과가 좋지 않아 방사선 감수성이 낮음을 확인할 수 있었다.
그리고, 도 15b를 참조하면, 방사선 지수에 따라서 방사선에 민감한 환자군(방사선 민감군, 치료 반응 양성군) 및 이외의 방사선에 민감하지 않은 환자군(방사선 저항군, 치료 반응 음성군)에 따른 두경부 암환자의 생존율을 나타낸다. 방사선 감수성 검사에서 방사선 민감군으로 분류된 환자군이 60월 동안 생존율을 비교했을 때 통계적으로 유의미하게 생존율이 높게 측정되었다.
이러한 결과는, 방사선 반응인자 및/또는 세포 성장인자 기반의 감수성 지수가 방사선 감수성을 진단하기 위한 지표가 될 수 있음을 시사할 수 있다.
이어서, 방사선 감수성 진단키트(100)를 포함하는 본 발명 일 실시예에 따른 방사선 감수성 진단 시스템(1000)에 대하여 상세히 설명한다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 감수성 진단 시스템(1000)을 예시적으로 도시한 것이다. 구체적으로, 도 16을 참조하면, 방사선 감수성 진단 시스템(1000)은, 암 세포에 대한 세포 실험 기반 데이터를 생성하고 이러한 데이터를 이용하여 암 세포의 개체에 대한 방사선 감수성을 결정하고, 관련된 정보를 제공하는 시스템이다.
방사선 감수성 진단 시스템(1000)은, 세포 실험 기반 데이터에 기초하여, 개체에 대한 방사선의 감수성의 정도를 결정하도록 구성된 방사선 감수성 진단키트(100), 방사선의 감수성에 대한 정보를 수신하는 사용자 단말(200) 및 세포 실험 기반 데이터 및/또는 임상 결과 기준 데이터를 제공하는 데이터 베이스 제공 서버(300)로 구성될 수 있다.
이 경우, 방사선 감수성 진단키트(100)는 방사선 조사 장치(140) 및 제어부(150)를 포함하며, 이 때, 제어부(150)는 상기 방사선 조사 장치(140) 및/또는 데이터 베이스 제공 서버(300)로부터 제공된 특정 사용자의 세포 실험 기반 데이터 및/또는 기준 데이터에 기초하여 방사선의 감수성의 정도를 진단하기 위해 다양한 연산을 수행하는 범용 컴퓨터, 랩탑, 및/또는 데이터 서버 등을 포함할 수 있다.
그리고 방사선 감수성 진단키트(100)는 개체에 대한 방사선의 감수성에 대한 진단 정보를 사용자 단말(200)으로 제공할 수 있다. 방사선 감수성 진단키트(100)으로부터 제공되는 데이터는, 사용자 단말(200)에 설치된 웹 브라우저를 통해 웹 페이지로 제공되거나, 어플리케이션, 또는 프로그램 형태로 제공될 수 있다. 다양한 실시예에서 이러한 데이터는 클라이언트-서버 환경에서 플랫폼에 포함되는 형태로 제공될 수 있다.
한편, 사용자 단말(200)은 개체에 대한 방사선의 감수성에 대한 정보 제공을 요청하고 진단 결과 데이터를 나타내기 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 전자 시스템으로서, 스마트폰, 태블릿 PC(Personal Computer), 노트북 및/또는 PC 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 사용자 단말(200)은 의료진 등과 같은 사용자, 또는 객체에 대응되는 환자가 이용하는 단말일 수 있다.
사용자 단말(200)은 통신부, 표시부, 저장부 및 프로세서를 포함할 수 있다.
사용자 단말(200)의 통신부는 사용자 단말(200)가 외부 시스템과 통신이 가능하도록 구성될 수 있다. 통신부는 유/무선 통신을 이용하여 방사선 감수성 진단키트(100)와 연결되어 방사선 감수성과 연관된 다양한 데이터를 송신할 수 있다. 구체적으로, 통신부는 방사선 감수성 진단키트(100)으로부터 개체의 방사선 감수성과 연관된 진단 결과, 예를 들어 개체의 방사선에 대한 감수성 정도(상, 중 또는 하), 또는 치료 반응 양성 여부, 나아가 방사선에 대한 감수성 정도를 도표로서 나타내는 방사선의 효능 진단 도표 등을 수신할 수 있다.
사용자 단말(200)의 표시부는 개체의 방사선 감수성과 연관된 진단 결과를 나타내기 위한 다양한 인터페이스 화면을 표시할 수 있다. 예를 들어, 표시부는 개체의 방사선에 대한 감수성 정도(상, 중 또는 하), 또는 치료 반응 양성 여부, 나아가 방사선에 대한 감수성 정도를 도표로서 나타내는 방사선의 효능 진단 도표 등을 표시하여 제공할 수 있다.
다양한 실시예에서 표시부는 터치스크린을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 전자 펜 또는 사용자의 신체의 일부를 이용한 터치(touch), 제스처(gesture), 근접, 드래그(drag), 스와이프(swipe) 또는 호버링(hovering) 입력 등을 수신할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 하나 이상이 서로 결합되어 새로운 실시예를 구성할 수 있음은 물론이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(부호의 설명)
1000: 방사선 감수성 진단 시스템 100: 방사선 감수성 진단키트
110: 저장부 120: 프로세서
130: 통신부 140: 방사선 조사 장치
141: CRS 플레이트 143: 방사선 조절유닛
145: 방사선 발생유닛 147: 이미징 장치
200: 사용자 단말 300: 데이터 베이스 제공 서버
1041: 암 오가노이드 1042: 배양액
422: 입력 모듈 424: 분석 모듈
426: 출력 모듈 428: 분석 결과
432: 기준 데이터
따라서, 본 발명에 따르면, 환자의 암 세포의 방사선 감수성을 효과적으로 진단하여 방사선 치료의 효과를 시행 전에 미리 예측할 수 있으며, 따라서, 보존치료 전략에 적합한 두경부암, 폐암, 식도암, 직장암, 항문암 및 자궁경부암 등의 암에 대하여 방사선 치료 시행 여부가 정확하고 효과적으로 결정될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 방사선 반응인자와 세포 성장인자를 동시에 고려함으로서 기존에 연구되었던 여러가지 인자 중에서 가장 방사선 감수성 진단에 가장 효과적인 인자들로 개별환자에 대한 방사선 감수성을 정확하게 결정할 수 있는 방사선 감수성 진단 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 플레이트부와 방사선 차폐막의 상대적인 위치 변화에 의하여 복수의 암 오가노이드 각각에 조사되는 총 방사선량이 서로 상이하도록 구성된 특징적인 감수성 진단키트를 이용하여 적은 수의 샘플, 제한된 시간의 제약을 극복하고 방사선 감수성 진단에 필요한 데이터가 획득될 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

Claims (12)

  1. 방사선 조사 장치 및 제어부를 포함하는 방사선 감수성 진단키트를 사용하는 방사선 감수성 진단방법에 있어,
    (a) 상기 진단키트의 CRS 플레이트에 개체로부터 분리된 하나 이상의 암 세포를 분주하는 단계;
    (b) 상기 CRS 플레이트에 배양액을 채워 넣거나 또는 배양액이 채워져 있는 별도의 웰에 상기 CRS 플레이트를 침지시켜 상기 하나 이상의 암 세포를 배양하여 하나 이상의 암 오가노이드를 형성하는 단계;
    (c) 상기 방사선 조사 장치의 방사선 발생 유닛으로부터 방사선량 조절 유닛을 통과시킨 방사선을 상기 CRS 플레이트에 조사하는 단계;
    (d) 상기 하나 이상의 암 오가노이드의 세포 활성도를 측정하는 단계;
    (e) 상기 측정된 세포 활성도에 기초하여 세포 실험 기반 데이터를 획득하는 데이터 획득 단계; 및
    (f) 상기 제어부가 상기 세포 실험 기반 데이터에 기초하여 상기 개체에 대한 방사선 감수성을 진단하는 단계를 포함하는, 방사선 감수성 진단방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세포 실험 기반 데이터는 상기 측정된 세포 활성도에 기초하는 방사선 반응인자 및 세포 성장인자를 포함하는,
    방사선 감수성 진단방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방사선 반응인자는, RT50, %RT50, RTAUC 및 방사선 감수성 지수 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 RT50 및 상기 %RT50은 상기 암 세포의 활성도가 50%로 줄어든 경우의 방사선량에 대응되고, 상기 RTAUC는 방사선량에 따른 세포 활성 곡선의 면적에 대응되는,
    방사선 감수성 진단방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 세포 성장인자는, 세포 활성 증가율, 세포 성장률, 세포 활성도 및 세포 크기 증가율 중 적어도 하나인,
    방사선 감수성 진단방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (f) 단계에서, 상기 제어부는 상기 세포 실험 기반 데이터 중 방사선 반응인자 및 세포 성장인자를 이용하여 추출된 감수성 특징을 포함하는 감수성 진단 모델을 이용하여 상기 방사선 감수성을 진단하는, 방사선 감수성 진단방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 감수성 특징은 상기 방사선 반응인자 및 세포 성장인자를 포함하는 세포 실험 기반 데이터에 대한 커브 핏팅을 수행하여 생성된 방사선 민감도 기준선인,
    감수성 진단방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 감수성 진단 모델은 상기 방사선 민감도 기준선과 상기 개체의 세포 실험 기반 데이터인 신규 데이터와의 최단 거리에 기초하여 방사선 감수성 지수를 산출하는,
    방사선 감수성 진단방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 감수성 진단 모델은 기준점과 상기 개체의 세포 실험 기반 데이터인 신규 데이터와의 거리에 기초하여 방사선 감수성 지수를 산출하는,
    방사선 감수성 진단방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 방사선 진단 모델은 다른 개체의 세포 실험 기반 데이터인 기준 데이터를 더 입력받아 상기 감수성 특징을 추출하도록 학습되는,
    방사선 감수성 진단 방법
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는
    상기 하나 이상의 암 오가노이드의 세포 활성도 초기값을 측정하는 단계;
    5 내지 7일의 추가 배양 시간을 가지는 단계; 및
    배양 기간 동안의 세포 활성도의 결과값을 측정하는 단계를 포함하는,
    방사선 감수성 진단방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서, 상기 하나 이상의 암 오가노이드는 상기 방사선량 조절 유닛에 의하여 각각 서로 다른 방사선량으로 방사선이 조사되는,
    방사선 감수성 진단방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방사선량 조절 유닛은
    상기 CRS 플레이트에 대해 상대적 위치를 이동하는 슬릿을 통해 방사선량을 제어하는 슬릿형 방사선량 모듈레이터; 직선운동으로 이동하여 암 오가노이드 별 방사선 조사 시간을 조절하는 차폐막 이동형 방사선량 모듈레이터; 특정 영역에 대하여 방사선 투과율을 달리하는 투과 차폐판에 의해 방사선을 선택적으로 차폐하도록 구성된 밀도 조절형 방사선 차폐막; 및 조절하고자 하는 방사선량에 따라 적층하는 투과 차폐판의 수를 달리하는 적층형 방사선 차폐막 중 어느 하나를 포함하는,
    방사선 감수성 진단방법.
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