역사보존위원회 기획연재

Bioassay를 이용한 임신 진단 기술 고찰

AACC News Trend and Technology

기획 대한진단검사의학회 역사보존위원회
편집 ㈜성현메디텍 진단검사의학 역사전시관

임신 진단검사의 역사는 신화와 마술, 정치 및 과학 등이 담겨 있는 인류사와 의학사의 의미 있는 역사 중 하나이다. 고대 이집트(1350 BCE)에서는 밀과 보리의 씨를 이용하여 임신여부를 확인하였다. 임신한 여자에게 밀과 보리 씨앗이 담겨져 있는 주머니에 소변을 보게 하여 밀이 발아되면 여아를, 보리가 발아되면 남아를 의미한다고 하였고 모두 발아되지 않으면 임신이 아니라고 판단하였다[1]. 이 고대 이론은 1963년 과학자들에 의한 확인시험에서 70%의 정확도를 나타낸다고 발표되었다[2].
Hippocratus는 물에 꿀을 넣어 섭취하게 한 후 아랫배가 팽만되면서 아프면 임신이라고 진단하였다.
이후 Galen은 Hippocratus의 임신검사에 대한 이론을 받아들였고 이는 중세까지 이어지고 응용 되었다. 그러나 이 비과학적인 기준들은 19세기 말 Ernest Starling의 호르몬 발견과 Fraenkel의 임신중 만들어지는 황체(corpus luteum)와 이를 지지하는 물질(현재의 hCG), 그리고 progesterone의 역할을 확인하면서 임신에 대한 과학적 근거들로 대체되기 시작하였다. 이와 같은 이론에 근거한 생식에 관한 연구가 관심을 받으면서 유럽의 여러 연구실에서 임신 진단을 위해 마우스, 랫드(rat), 토끼, 두꺼비와 개구리를 이용한 bioassay를 다양하게 시도하였다.

먼저 1927년 Aschheim와 Zondek은 “Aschheim-Zondek Test 혹은 A-Z test”라고 알려진 bioassay 임신 진단방법을 최초로 개발하였다. 이 방법은 미성숙한 마우스나 랫드의 피하에 임신한 여성의 소변을 주입하는 것인데 소변에 hCG가 존재하는 경우 발정기 반응으로 열이 나는 것을 확인하고, 자궁각 (uterine horns)의 비대와 난소에서의 황체화와 출혈소견을 관찰하였다 (Fig 1) [3]. Evans 등에 따르면 정상임신의 경우 A-Z test는 신뢰도가 높다고 보고하였으며, 24 개 그룹에서 실시한 3,088 건의 검사에서 오류는 통상 1-2%가 나타났다고 보고하였다. 무월경, 자궁종양 등 임신과의 감별진단에 대한 유용성과 포상기태(hydatid mole), 융모막상피종(chorioepithelioma)을 진단하는데 있어서도 유용하게 활용할 수 있다고 보고하였다[4].

Fig 1 Aschheim-Zondek (A-Z) test. 왼쪽: 비임신, 오른쪽: 임신. Selmar Aschheim과 Bernhard Zondek은 소변에서 hCG의 존재 여부를 확인하는 최초의 생물학적 검정법을 개발하였다. 임신 여부를 검사하기 위해 임신이 의심되는 여성의 소변을 미성숙한 마우스나 랫드에 피하 주사하였는데, 임신인 경우 쥐는 발정반응을 보이며 자궁 각이 커지고 난소의 황체화와 출혈을 관찰할 수 있었다.

Fig 2 임산부의 소변을 토끼 귀정맥에 주입하는 삽화(Friedman test). Roy Kracke’s Textbook of clinical pathology (Kracke, 1938, p. 513).

그러나 Hannan는 5%에서 7%의 오류가 발생한다고 보고하였고, 임상적으로 적합한 조건에 따라 채집된 검체를 사용하면 오류를 2%로 낮출 수 있다고 주장하였다[5]. A-Z test는 독일 베를린을 중심으로 유럽 전역과 뉴욕, 부에노스아이레스 등에서 광범위하게 실시되었다.
Friedman은 랫드를 토끼로 바꾸고 암컷 토끼의 귀 정맥에 임신이 의심되는 여성의 소변을 주입하는 시험(Fig. 2)을 시행하였다(Friedman test) [6].
소변에 hCG가 존재하면 토끼는 48 시간 이내에 배란을 하였다고 보고하였는데 불행히도 이와 같은 난소반응을 관찰할 수 있는 유일한 방법은 토끼를 해부 하는 것이었고 이로 인해 많은 토끼의 희생이 있었다.
Cabrera가 수행한 검사에서 Friedman test와 랫드 난소 충혈검사에서는 97.6%의 일치율을 보여준 결과가 발표되어 토끼와 랫드에서 유사한 결과를 보여주었음을 알 수 있었다[7].

Fig 3 Bufo test, 임신부의 소변을 두꺼비에 주입하여 배란된 알이 bottle의 바닥으로 떨어지는 것을 관찰하여 임신 여부를 확인하였다.

1930 년 Hogben은 암컷 아프리카 발톱 두꺼비(Xenopus laevis, African clawed toad 혹은 African clawed flog)에게 임신한 여성의 소변이나 혈청을 주입하여 배란을 유도하는 실험을 실시하였는데 24 시간 내에 알을 생산하는 경우 임신으로 진단하였다(Fig. 3).

두꺼비 속(genus)의 이름을 따서 Bufo test 라명명되었으며 후에 다른 두꺼비와 개구리 종 (species)도 사용되었다. 1938년 Elkan이 실시한 295 case의 Hogben test에서는 2,112마리의 개구리가 사용되었는데 임신을 나타내지 않는 명확한 결과를 하나도 관찰하지 못하였다는 보고와 2주 후 반복된 실험에서 몇 가지 부정 적인 결과가 있었지만, 이것을 실패로 간주하지 않는다는 발표가 있었다[8].
1 1947년 Galli-Mainini가 수컷 두꺼비(Bufo arenarum Hensel)의 피하에 임산부의 요를 주사하여 방광과 배설강에서 발생된 정자를 현미경으로 확인하는 실험(Galli-Mainini test)을 실시하였으며[9], 이 실험 후에 Bufo marinusRana pipiens등의 개구리에도 적용되었다 (Fig. 4) [10].

Fig 4 Galli-Mainini test, 임신 여부를 진단하기 위해 수컷 개구리의 임파낭에 소변을 주입하는 기술 삽화.

이어 Hainz가 이 실험의 유용성을 확인하는 실험을 실시하였는데 3시간 후에 정자발생 여부를 확인할 수 있었을 뿐만 아니라 실험개체를 5일 후 다시 사용할 수 있었으므로 bioassay 중 검사효율성과 경제적 측면에서 뛰어난 검사라고 평가하였다. 이때 추가로 두종의 유럽 두꺼비 Bufo bufo와 Rana temporaria의 적합 가능성이 제기되었다[11].

A-Z test나 Friedman test는 설치류나 토끼를 희생시켜야 진단을 내릴 수 있었지만 Bufo test나 Galli-Mainini test는 실험에 사용된 생명체를 희생시키지 않고 임신진단을 내릴 수 있어 1950년대에는 그 효용성이 더욱 확대되었다. 그러나 bioassay들은 많은 비용이 들었고 동물의 희생이 필요했으 며, 결과를 얻기 위해서는 비교적 상당한 시간이 걸렸다. 또한, 이 검사는 hCG와 다른 물질인 황체형성 호르몬(luteinizing hormone, LH)과의 유사성 때문에 임신 진단을 위한 호르몬 수치를 측정할 때 진단민감도가 낮은 단점이 있었다고 보고되었다. 실제로 대부분의 bioassay에서 hCG가 예외적으로 높은 경우를 제외하곤 두 호르몬의 영향을 구별할 수 없었다[12].

1960년대 bioassay를 이용한 임신진단 검사방법이 hCG를 직접 측정하는 면역검사 기술로 발전하자, 일부 의료기관에서는 남아프리카에서 수입한 불필요한 아프리카 발톱개구리들을 야생에 방류 하였다. Vredenburg 등의 연구에 의하면 이때 남아프리카에서 수입한 개구리에서 치명적인 곰팡이 Batrachochytrium dendrobatidis를 미국 토착 개구리에게 감염시켜 양서류 생태에 재앙을 불러 왔다. 이와 같은 현상은 미국뿐만 아니라 전세계적으로 유행하여 거대한 양서류의 감소를 일으켰다는 보고가 있다[13].

[참고문헌]
1. Bayon HP. Ancient Pregnancy tests in the light of contemporary knowledge. Proc R Soc Med. 1939;32:1527-1538.
2. Office of NIH History. A thin blue line. A timeline of pregnancy Testing. Bethesda: National Institute of Health; Office of NIH History. 2018 [cited 2018 October 1]. Available from: https://history.nih.gov/exhibits/thinblueline/timeline.html.
3. Ruediger EH. The Aschheim-zondek Test for Pregnancy. Cal West Med. 1936;44:157-159.
4. Evans HM, Simpson ME. Aschheim-Zondek test for pregnancy-Its present status. Cal West Med. 1930;32:145-148.
5. Hannan JH. The detection of the presence of the hormone of the anterior pituitary body in the urine as an aid to the diagnosis of pregnancy. Proc R Soc Med. 1930;3:634-639.
6. Friedman MH, Lapham ME. A simple, rapid procedure for the laboratory diagnosis of early pregnancies. Amer J ObstetGynec. 1931;21:405-410.
7. Cabrera HA. A comprehensive evaluation of pregnancy tests. Am J Obstet Gynecol. 1969;103:32-38.
8. Elkan ER. The Xenopus pregnancy test. Br Med J. 1938;2:1253-1256, 1274-2.
9. Galli-Mainini C. Pregnancy test using the male toad. J Clin Endocrinol. 1947;7:653–658.
10. Aznar-Ferreres J. Pregnancy test using male anura. Nature. 1949;163:881-882.
11. Haines M. Pregnancy test using the male toad. Nature. 1948;11:162:416.
12. Vaitukaitis JL, Braunstein GD, Ross GT. A radioimmunoassay which specifically measures human chorionic gonadotropin in the presence of human luteinizing hormone. Am J Obstet Gynecol. 1972;113:751-758.
13. Vredenburg VT, Felt SA, Morgan EC, McNally SV, Wilson S, Green SL. Prevalence of Batrachochytrium dendrobatidis in Xenopus collected in Africa (1871-2000) and in California (2001-2010). PLoS One. 2013;15;8:e63791. doi: 10.1371/journal.pone.0063791.