[테라젠바이오-테라노트] 임상 NGS의 필수 자원인 FFPE에 대해 알아볼까요?

안녕하세요, 테라노트 입니다!😀 오늘은 임상 NGS의 필수 자원인 FFPE에 대해 알아보겠습니다.

2024. 12. 17.

안녕하세요 😊 테라노트 입니다.📖

오늘은 임상 NGS에서 필수적인 자원으로 여겨지는 FFPE(Formalin-Fixed Paraffin-Embedded)의 주요 특징과 도전 과제에 대해 논문을 기반으로 살펴보겠습니다.

또한, 이러한 어려움을 극복하기 위한 테라젠바이오의 혁신적인 기술도 함께 소개해드리겠습니다.

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<논문제목 : A critical spotlight on the paradigms of FFPE-DNA sequencing>

FFPE는 19세기 후반에 개발된 조직 보존 방법으로, 현재까지 임상 및 병리학 분야에서 표준적으로 사용되고 있습니다. 병원에서는 조직 생검 후 대부분의 샘플을 FFPE 블록 형태로 보관합니다.

이 방식은 조직을 10% 포름알데하이드로 고정(Formalin Fixation)한 후, 파라핀에 담가 보관(Paraffin Embedding)하는 절차로 이루어지며, 비용이 저렴하고 장기간 안정적으로 보관할 수 있다는 점에서 널리 활용되고 있습니다.

그러나 고정 과정에서 DNA가 화학적으로 변형되어 잘못된 염기서열이 생성되거나 데이터 분석 과정에서 오해석될 가능성이 높아 FFPE 샘플 분석에는 여러 어려움이 따릅니다.

▲ 그림 1. FFPE 샘플에서 발생하는 주요 DNA 손상 기전

FFPE 샘플에서 생기는 주요 손상은 다음과 같습니다 (그림 1).

DNA 불안정성 (DNA Instability)
AT-rich 영역에서 이중나선 구조가 풀리거나 염기쌍이 비정렬(Unstacking)되며 변이 Hot Spot이 형성됩니다.

(그림1.A) 염기 수정 (Base Modifications)
Formaldehyde가 염기의 Amino Group을 공격해 Hydroxymethyl을 형성하고, 이는 잘못된 염기쌍 결합을 유발합니다.
(그림1.B) 공유결합 교차결합 (Covalent Crosslink)
Formaldehyde가 염기나 단백질과 결합해 Methylene Bridge를 형성, DNA 복제와 증폭을 방해합니다.
(그림1.C) AP Site 형성 (Base Excision)
염기 가수분해로 AP Site(염기가 없는 당-인산 구조)가 생성되어 추가적인 DNA 손상을 유발합니다.
(그림1.D) 골격 손상 (Phosphate Backbone Damage)
Formaldehyde로 인한 Phosphodiester 결합의 가수분해로 DNA가 단편화됩니다.
(그림1.E) 염기 탈아미노화 (Base Deamination)
Cytosine이 Uracil로, 5-Methylcytosine이 Thymine으로 변환되며 돌연변이를 초래합니다.

▲ 그림 2. FFPE (Formalin-Fixed, Paraffin-Embedded) vs FF (Fresh Frozen) 샘플

그림 2는 FFPE (Formalin-Fixed Paraffin-Embedded) 샘플과 FF (Fresh Frozen) 샘플 간의 차이를 비교합니다.

(그림2.A) FFPE 샘플 5개의 Artifact 유형 비율을 비교합니다.
(그림2.B) FFPE-DNA에서 FF-DNA 대비 Artifact 수 증가 배율을 확인합니다.
(그림2.C) 품질이 낮은 FFPE 샘플에서 Artifact의 Allelic Frequency를 분석합니다.
(그림2.D) FFPE-DNA와 FF-DNA 샘플 간 Sequence Duplicate 비율을 비교합니다.
(그림2.E) FFPE-DNA에서 Insert Size가 더 짧음을 확인합니다.
(그림2.F) FFPE 샘플의 Systematic Coverage Bias를 Rolling Mean Coverage로 시각화합니다.

결론적으로, FFPE-DNA는 FF-DNA에 비해 더 많은 오류(artifacts)가 발생하며, 데이터 품질에 부정적인 영향을 미칩니다.

주요 특징을 정리하면 다음과 같습니다.

Allelic Frequency: 낮은 빈도의 변이가 관찰됩니다.
Insert Size: DNA가 더 심하게 단편화됩니다.
Sequence Duplication Ratio: Duplicate Reads의 비율이 증가합니다.
Coverage Bias: 특정 영역에서 Coverage Bias가 발생합니다.

이러한 한계를 극복하기 위해 핵산 복구 기술과 NGS 기술을 비롯한 다양한 기술이 발전해 왔습니다. 테라젠바이오 역시 FFPE 검체의 분석 정확도를 높이기 위해 AI 기반의 DEEPOMICS® FFPE 기술을 개발하며 혁신을 이어가고 있습니다.

📌 테라젠바이오의 솔루션 : DEEPOMICS® FFPE

이 기술은 FFPE 샘플에서 발생하는 인공 변이를 제거하여 정확한 체세포 변이 분석을 가능하게 합니다. DEEPOMICS® FFPE는 99%의 가짜 변이를 제거하고, 71%의 진짜 체세포 변이를 선별할 수 있습니다 (그림 3).

▲ 그림 3. 기존 기술과 DEEPOMICS® FFPE 성능 비교

자세한 내용은 아래 DEEPOMICS® FFPE 풀버젼 설명 또는 DEEPOMICS® Flyer 링크를 통해 확인하실 수 있습니다.

테라젠바이오는 FFPE 검체의 NGS 분석 정확도를 높여, FFPE 샘플 하나로 병리 진단과 NGS 분석을 동시에 수행할 수 있는 목표를 가지고 있으며, 이를 위해 지속적으로 기술 개발에 매진하고 있습니다. 앞으로 나올 관련한 소식들도 메일을 통해 전달드릴테니 많은 관심과 기대 부탁드립니다. 😉

추가적으로 궁금하신 사항은 이메일 또는 아래 ‘서비스 문의’ 버튼을 통해 문의해주시면 안내드리겠습니다.

그럼 다음 테라노트에서 뵙겠습니다. 😊

테라노트 올림

테라젠바이오는 국내 700여 의료 기관들과 해외 40여개국 연구 기관들을 대상으로 유전체 분석 서비스를 제공하며, 4세대 개인맞춤형 항암신약(NeoAntigen cancer vaccine) 개발을 전문으로 하는 바이오 기업입니다. 테라젠바이오는 2009년 테라젠이텍스 내의 바이오연구소로 처음 설립됐으며, 이후 10여년간 누적된 세계적 역량들을 기반으로 Therapeutics R&D라는 제2의 도약을 이루기 위해2020년 5월 테라젠바이오라는 독립 법인으로 승격되었습니다. 테라젠바이오는 유전체 기술을 기반으로 맞춤의학을 실현하고, 이를 통해 인류 복지와 건강에 참된 희망과 실질적인 솔루션을 제공하고자 합니다.