암을 조기에 정밀하게 진단할 수 있는 나노바디 기반의 초정밀 바이오센서가 국내연구진에 의해 개발됐다.
뉴시스 보도에 따르면, 한국생명공학연구원은 바이오디자인교정연구센터 우의전 박사팀이 암과 염증반응의 주요 진단지표 중 하나인 '인터루킨-6(Interneukin-6·IL-6)' 단백질을 초정밀하게 감지할 수 있는 나노바디 기반 바이오센서를 개발했다고 12일 밝혔다.
IL-6는 면역반응을 조절하는 단백질로 몸이 염증이나 암세포에 반응할 때 수치가 급격히 높아지는 특징이 있어 췌장암, 신장암, 자가면역질환, 패혈증 등 다양한 질환의 조기진단과 예후 모니터링의 핵심 지표로 활용되고 있다.
하지만 기존 진단기술(ELISA, PCR 등)은 분석시간이 길고 숙련된 인력이 필요하며 극미량의 단백질을 탐지하는데는 한계가 있었다.
이번에 우 박사팀은 기존 항체의 핵심 부분(인식 부위)만을 정밀하게 복제해 나노바디로 직접 바꿀 수 있는 'CDR 그래프팅(CDR grafting)' 기술을 활용해 면역 동물실험 없이도 고정밀 나노바디를 신속하게 제작할 수 있는 기술을 확보했다.
연구팀은 "기존 항체보다 10분의 1 크기인 나노바디에 주목했다며 "나노바디는 낙타과 동물의 항체에서 유래한 초소형 단백질로 일반 항체보다 훨씬 작고 구조적으로 단단하며 세균에서도 쉽게 생산할 수 있어 진단기기 개발에 매우 유리하다"고 설명했다.
이 기술은 작은 크기 덕분에 센서표면에 더 촘촘히 부착할 수 있고 온도와 환경 변화에도 안정적이어서 현장 진단(POCT) 기기로 적용 가능하다.
이어 연구팀은 제작한 나노바디를 액체 속 반응을 직접 감지할 수 있는 실리콘 센서(Solution-Immersed Silicon·SIS) 기술과 결합해 세계 최고 수준의 민감도를 갖춘 바이오센서를 구현하는 데 성공했다.
SIS 센서는 액체 환경에서 실리콘 표면의 빛 반사 변화를 정밀하게 측정, 단백질 결합을 실시간으로 감지하는 첨단 광학 기술로금속막이 필요하지 않아 신호간섭이 적고 안정성이 높다.
개발된 센서는 검증 결과, 극미량의 단백질도 탐지할 만큼 매우 민감해 IL-6 단백질이 1조분의 1그램(4.5fg/㎖) 수준으로 존재해도 감지할 수 있다. 이는 현재 사용되는 ELISA 진단키트 대비 약 1000배 높은 감도다.
특히 췌장암과 신장암 환자의 혈청을 분석한 결과, 건강한 사람과 환자를 명확히 구분해 내 임상진단에 직접 활용할 수 있는 가능성도 입증됐다.
이번 연구에는 생명연의 나노바디 설계 기술, 표준연의 용액침지형 실리콘(SIS) 센서 기술, 한국기초과학지원연구원과 국립암센터의 단백질 분석 및 임상 검증 기술이 결합돼 다기관 융합연구의 대표적인 사례로 평가받고 있다.
연구책임자인 우의전 박사는 "이번 연구는 항체공학과 정밀계측기술을 결합해 생체신호를 극미량에서도 감지할 수 있는 새로운 패러다임을 제시한 것"이라며 "이 기술을 통해 암이나 염증성 질환 등 다양한 질병의 초기 단계에서 발생하는 미세한 생체변화를 빠르고 정확하게 진단할 수 있는 기반을 마련했다"고 밝혔다.
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