Can identifying recent Mycobacterium tuberculosis infection support faster tuberculosis vaccine trials?

결핵은 인류의 상당 부분에 감염되는 박테리아에 의해 발생하지만, 대개 사람을 병들게 하지는 않는, 세계에서 가장 지속적인 감염병 중 하나로 남아 있습니다. 대부분의 경우, 면역 체계는 박테리아를 휴면 상태로 유지하며, 감염된 사람은 질병이 활성화되지 않은 채 수년 또는 평생 동안 균을 보유하게 됩니다. 감염된 사람 중 아주 적은 비율만이 결국 병에 걸리게 되며, 병이 발생할 위험은 초기 감염 후 첫 몇 년 동안 가장 높습니다. 이러한 생물학적 현실은 새로운 백신을 개발하려는 과학자들에게 거대한 장애물이 됩니다. 백신의 효과를 입증하려면, 연구자들은 백신을 접종받은 사람들이 그렇지 않은 사람들에 비해 실제로 병에 걸리는지를 확인하기 위해 기다려야 합니다. 감염된 사람 중 실제로 발병하는 경우가 매우 드물기 때문에, 결론을 도출할 만큼 충분한 사례를 수집하려면 수천 명의 참가자를 모집하고 수년간 연구를 진행해야 합니다. 이 느리고 비용이 많이 드는 과정은 수십 년 동안 더 나은 백신 개발을 지연시켜 왔습니다.

콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스, 케임브리지 대학교, 에모리 대학교의 연구팀은 임상 시험에 참여할 대상을 바꿈으로써 이 과정을 가속화할 수 있는 방법을 제려했습니다. 현재 대부분의 백신 연구는 인터페론 감마 방출 검사(interferon-gamma release assay)라는 혈액 검사를 사용하여 참가자를 선별합니다. 이 검사는 결핵균에 감염된 적이 있는지 여부를 감지하는 데는 탁월하지만, 감염이 언제 일어났는지는 알려주지 못합니다. 20년 전에 감염된 사람과 지난주에 감염된 사람 모두 양성 반응을 보입니다. 최근에 감염된 사람의 경우 질병이 발생할 위험이 훨씬 높기 때문에, 오래된 원격 감염자를 포함하는 것은 고위험군 참가자 풀을 희석시키는 결과를 초래합니다. 연구진은 간단한 질문을 던졌습니다. 만약 우리가 최근 감염된 사람만을 식별하여 참여시킬 수 있다면 어떻게 될까?

이 질문에 답하기 위해 연구팀은 결핵 발생률이 높은 세 국가인 남아프리카 공화국, 케냐, 인도를 대상으로 백신 임상 시험이 어떻게 진행될지 시뮬레이션하는 통계 모델을 구축했습니다. 그들은 과거의 어떤 감염이라도 양성 반응을 보이는 사람을 모집하는 기존 방식과, 최근 감염을 구별할 수 있는 가상의 검사를 사용하는 새로운 전략을 비교했습니다. 이 새로운 검사는 감염 후 약 2년 동안만 양성 상태를 유지하여, 오래된 감염자를 걸러내는 역할을 할 것입니다. 또한 연구진은 젊은 층만을 모집하거나 현재 환자의 가족만을 모집하는 등의 다른 방법들과 비교하여 이 전략들이 어떻게 다른지 살펴보았습니다.

시뮬레이션 결과, 최근 감염을 판별하는 검사를 사용하는 것이 명확한 답을 얻기 위해 필요한 임상 시험의 규모를 획기적으로 줄여준다는 사실이 밝혀졌습니다. 연구진의 모델에 따르면, 백신의 효과를 평가할 만큼 충분한 질병 사례를 찾는 데 있어, 단순히 양성 반응을 보이는 모든 사람을 모집하는 기존 방식에 비해 최근 감염자만을 모집할 경우 참가자 수가 4~6배 적게 필요했습니다. 이러한 감소는 매우 중요한데, 이는 추적 관찰해야 하는 인원이 줄어든다는 것을 의미하며, 결과적으로 연구 기간을 단축하고 막대한 비용을 절감할 수 있기 때문입니다. 연구진은 이 접근 방식이 고위험군을 찾기 위해 흔히 사용되는 전략인 환자의 가구 구성원을 모집하는 것보다도 더 효율적이라고 언급했습니다.

그러나 이러한 효율성에는 상충 관계(trade-off)가 존재합니다. 새로운 검사는 최근 감염만을 식별하기 때문에, 임상 시험에 적합한 소수의 인원을 찾아내기 위해 훨씬 더 많은 사람을 스크리닝해야 합니다. 모델에 따르면, 백신의 효과를 입증하는 데 필요한 단 하나의 질병 사례를 얻기 위해, 과학자들은 기존 검사를 사용할 때 약 130명을 테스트하는 것에 비해 새로운 최근 감염 검사를 사용할 경우 약 600명의 사람을 테스트해야 합니다. 이러한 스크리닝 증가에도 불구하고, 연구진은 전반적인 비용은 여전히 더 낮을 것이라고 계산했습니다. 그들은 임상 시험 참가자 한 명을 관리하는 비용이 매우 높기 때문에, 새로운 검사가 기존 검사보다 5~10배 더 비싸지만 않다면 추가적인 검사 비용을 상쇄할 수 있다고 판단했습니다.

이 연구는 이 방법이 즉시 사용될 준비가 되었다고 주장하는 것은 아닙니다. 연구진은 모델링에 사용된 최근 감염 검사가 아직 개발 단계에 있으며, 실제 성능 특성이 아직 완전히 알려지지 않았음을 강조합니다. 연구진은 모델에서 검사가 완벽하다고 가정했지만, 실제 환경에서의 검사는 일부 감염을 놓치거나 가짜 양성 반응을 보일 수 있습니다. 또한, 백신이 매우 최근의 감염자와 오래된 감염자에게 동일하게 효과적인지에 대해서도 여전히 불확실성이 존재합니다. 만약 백신이 감염 기간에 따라 다르게 작용한다면, 최근 감염자에게만 집중된 임상 시험은 전체 인구에 적용하기 어려운 결과를 낼 수도 있습니다.

저자들은 최근 감염 진단 도구가 임상 시험을 더 빠르고 효율적으로 만드는 데 큰 가능성을 지니고 있지만, 이러한 도구들을 검증하기 위한 추가적인 작업이 필요하다고 결론지었습니다. 그들은 이 검사들이 임상 현장에서 신뢰받기 위해 갖추어야 할 구체적인 특성들, 예를 들어 양성 유지 기간과 감염 감지 정확도 등을 제시했습니다. 적절한 연구 집단을 식별함으로써, 과학은 마침내 결핵의 자연사를 극복하고 더 빨리 새로운 백신을 세상에 선보일 수 있을 것입니다.