피·소변으로 빠르게 암 진단하는 바이오센서 개발

IBS 첨단연성물질연구단

조윤경 IBS 첨단연성물질연구단 그룹리더. IBS 제공.

국내 연구진이 혈액이나 소변을 이용해 암 진단을 현장에서 할 수 있는 바이오센서를 개발했다. 전립선암 진단에 성공한 이 기술은 다양한 병원체와 질병 진단에 활용 가능할 것으로 기대된다. 

기초과학연구원(IBS)은 조윤경 첨단연성물질연구단 그룹리더(울산과학기술원 바이오메디컬공학과 교수) 연구진이 혈액이나 소변 등 생체 시료를 전처리 하지 않고 현장에서 바로 진단할 수 있는 다공성 금 나노전극 기반 바이오센서를 개발했다고 18일 밝혔다. 

소변이나 혈액에는 건강 상태를 알려주는 바이오마커가 있다. 이를 이용해 질병을 진단하려면 질병과 관련 있는 바이오마커를 분리·정제해야 한다. 대형의료시설이나 실험실에서 샘플 분석이 가능하지만 시간과 비용이 많이 든다. 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19)과 같은 감염병 대유행 시기에는 의료 시스템 부하로 어려움이 가중된다. 

특히 암이나 감염성 질환을 생체 시료로 현장에서 빠르게 진단하기에는 기술적인 어려움이 있다. 암이나 감염성 지환 관련 바이오마커는 혈액 등 생체시료에 극소량만 존재해 극도로 민감한 탐지 기술이 필요하다. 민감도를 높이려면 바이오센서의 전극 표면적을 늘리면 되지만 이럴 경우 오염도가 증가하는 문제가 있다. 

조윤경 그룹리더 연구진은 민감도와 정확도가 높은 바이오센서 제작을 위해 다공성 금 나노전극을 개발했다. 민들레씨 같은 구 형태로 머리는 물과 친하고 꼬리는 기름과 친한 막대 모양의 계면활성제가 모여있는 집합체인 ‘미셀’이 있는 염화나트륨 용액에 평평한 금 표면을 넣고 전기를 반복적으로 가하는 방법으로 다공성 금 나노전극을 제작한 것이다. 

이같은 방식으로 넓은 표면적의 전극으로 센서의 민감도를 높이고 나노미터 크기의 구멍을 형성해 샘플의 오염을 억제했다. 

연구진은 이를 통해 세포가 분비하는 세포 간 신호전달 물질로 다양한 생체활성물질을 포함하는 ‘엑소좀’과 같은 바이오마커를 분리 정제하는 복잡한 단계를 거치지 않고도 생체 시료만으로 현장에서 전립선암 진단에 성공했다. 소변과 혈장에서 암세포 유래 엑소좀에 붙어있는 단백질을 검출하며 전립선암 환자 그룹과 건강한 그룹을 구별했다. 

조윤경 그룹리더는 “이번 기술은 현장진단기기의 미래 기술 개발에 핵심 발판을 제공할 것”이라며 “이번에 개발한 다공성 금나노 구조의 잠재력을 활용해 혈액과 타액 샘플을 분석하는 진단 칩 개발 등으로 연구를 확대할 예정”이라고 밝혔다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 5월 17일자에 온라인 게재됐으며 표지논문에 선정됐다. 

[김민수 기자 reborn@donga.com]