피 한 방울로 현장에서 암 진단하는 바이오센서 개발돼

기초과학연구원(IBS) 조윤경 교수(UNIST 바이오메디컬 공학과) 연구팀이 혈액·소변을 이용해 암과 같은 질병을 현장에서 바로 진단할 수 있는 바이오센서를 개발했다. 연구진은 이번에 개발한 바이오센서로 전립선암 진단에 성공했고 이 기술은 앞으로 병원체 및 기타 질병진단 분야에서 활용 가능할 것으로 기대된다고 밝혔다.

소변·혈액에는 건강 상태를 알려주는 바이오마커가 포함되어 있어 이를 분석하면 질병 여부를 알 수 있다. 정확한 진단을 위해서는 질병과 관련이 있는 바이오마커를 분리·정제해야 하지만 현재는 대형 의료시설이나 실험실에서 샘플 분석이 가능해 시간과 비용이 많이 소요된다. 특히 코로나19와 같은 전염병 대유행 시기에는 동시에 수많은 샘플을 분석해야하기에 의료 시스템이 포화 상태에 이를 수 있다. 

현장 진단기기는 간단하고 빠르게 진단할 수 있고 비용측면에서 효율적이지만, 암이나 감염성 질환을 진단하기에는 기술적인 어려움이 있었다. 암이나 감염성 질환 관련 바이오마커는 혈액 등 생체시료에 매우 소량만 존재해 극도로 민감한 탐지 기술이 필수적이기 때문이다. 또한 민감도를 높이기 위해선 전극의 표면적을 늘리면 되지만, 이는 오염도 역시 증가시키는 문제가 있었다.

이에 따라 연구진은 민감도와 정확도가 높은 바이오센서 제작을 위해 다공성 금 나노 전극을 개발했다. 이를 활용해 세포 간의 신호전달 물질인 엑소좀과 같은 바이오마커를 분리 정제하는 복잡한 단계를 거치지 않고도 생체시료로 현장에서 전립선 암 진단이 가능함을 확인했다.

이번에 개발한 다공성 금 나노전극은 미셀이 있는 염화나트륨 용액에 평평한 금 표면을 넣고 반복적인 전기를 가해 구현했다. 미셀은 민들레씨 같은 구형태로 머리는 물과 친하고 꼬리는 기름과 친한 막대 모양의 계면활성제가 모여있는 집합체를 말한다.

연구진은 이를 이용해 소변과 혈장에서 암세포 유래 엑소좀에 붙어있는 단백질을 검출하며 전립선암 환자 그룹과 건강한 기증자 그룹을 구별하는데 성공했다.

조윤경 교수는 “이번 기술은 현장 진단기기의 핵심 발판을 제공할 것”이라며 “앞으로 다공성 금나노 구조의 잠재력을 활용해 혈액·타액 샘플을 분석하는 진단 칩 개발 등으로 연구를 확대할 예정”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 세계적인 권위지인 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 5월 17일 온라인 게재됐고 표지 논문(frontispiece)으로 선정됐다.