AI 활용해 항체 없이 폐암 바이오마커 잡는다…압타머 센서 개발

• 국내 연구진이 폐암 바이오마커를 선택적으로 검출하는 압타머 기반 나노바이오센서를 개발했다. 실제 환자 조직 검증에서 높은 정확도를 보이며 폐암 조기 진단 기술로의 활용 가능성을 제시했다.

  울산의대 서울아산병원 생화학분자생물학교실 이창환 교수와 미생물학교실 진준오 교수 연구팀은 인공지능(AI) 기반 구조 분석과 나노기술을 결합해 폐암 바이오마커 ‘USE1’을 검출하는 바이오센서를 개발했다고 밝혔다.

  연구 결과는 국제학술지 Journal of Nanobiotechnology 최근호에 게재됐다.

  
  

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  ▲ 폐암 바이오마커 USE1을 검출하는 압타머 기반 나노바이오센서 개요. AI 기반 구조 분석과 DNA 증폭 기술, 양자점 기반 형광 신호 시스템을 활용해 USE1 존재 여부를 확인할 수 있도록 설계됐다. /이미지=서울아산병원

  
  

  USE1은 연구팀이 지난 2017년 세계 최초로 보고한 폐암 바이오마커다. 당시 연구에서는 USE1을 억제할 경우 종양의 증식과 이동, 침윤이 감소하는 결과가 확인되며 폐암 진단 및 치료 표적으로 주목받았다.

  이번 연구에서 연구팀은 USE1에 선택적으로 결합하는 고친화도 DNA 압타머를 선별했다. 압타머는 특정 단백질에 결합하는 짧은 DNA 조각으로, 기존 항체 기반 분석법 대비 생산 비용이 낮고 안정성이 높은 것이 특징이다.

  연구팀은 AI 딥러닝 기반 구조 예측을 통해 압타머가 USE1 단백질 특정 부위 인근에 결합한다는 점을 확인한 뒤, 실제 실험으로 USE1에 대한 선택적 결합 특성을 검증했다.

  이어 DNA 증폭 기술인 회전환복제기법(RCA)과 형광 나노입자인 양자점을 결합해 신호 증폭 시스템을 구현했다. USE1이 존재할 경우 강한 형광 신호가 발생하도록 설계해 UV 조명 환경에서 결과를 확인할 수 있도록 했다.

  연구팀은 폐암 조직과 정상 조직 각 30쌍을 대상으로 조직 기반 검증도 진행했다. 그 결과 진단 정확도(AUC)는 96%, 민감도는 100%, 특이도는 88.3%로 나타났다.

  이번 연구는 연구팀이 기존에 발굴한 폐암 바이오마커를 실제 검출 기술로 확장했다는 점에서 의미가 있다는 평가다. 특히 바이오마커 발견에 그치지 않고, 이를 탐지할 수 있는 압타머 기반 나노바이오센서로 발전시켰다는 점에서 기초연구와 응용기술 간 연결 가능성을 보여줬다.

  이창환 교수는 “압타머·양자점 기반 나노바이오센서는 향후 액체생검 기반 진단이나 USE1 과발현 환자군 선별을 위한 동반진단 기술로의 확장 가능성이 있다”고 말했다.

  다만 이번 연구는 단일기관 기반 조직 검증 단계로 진행됐으며, 혈액 기반 액체생검이나 실제 임상 적용을 위해서는 추가 검증이 필요하다.

  
  

• 김정아 기자 [e-mail]

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