100원도 안되는 센서...소변에 빛 쏘아 암 진단

한국재료연구원

소변. 게티이미지뱅크 제공

소변에 빛을 쏘아 쉽고 빠르게 암을 진단하는 기술이 개발됐다. 기존 혈액검사나 영상의학적 방법보다 신속한 진단이 가능하고 센서의 생산가격이 개당 100원 이하인 만큼 대량 검사에도 활용될 수 있을 전망이다. 

한국재료연구원(KIMS)은 정호상 나노표면재료연구본부 선임연구원 연구팀이 노준석 포스텍 교수, 최삼진 경희대 의대 교수와 공동으로 소변 내 대사체의 광신호를 증폭할 수 있는 스트립형 소변 센서를 개발하고 현장에서 암을 진단하는 데 성공했다고 25일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스’ 최신호에 게재됐다. 

현재 사용되는 다수의 암 진단은 혈액검사나 영상의학적 방법으로 암이 있는지 확인한 뒤 조직검사를 통해 이뤄진다. 매년 건강검진을 받지만 암을 늦게 발견해 치료가 늦거나 사망에 이르는 경우도 많다. 특히 의료사각지대에 놓여 있는 사람들은 정기적인 검진을 받기 어려워 이미 암이 상당히 진행된 이후에 발견하게 되는 경우도 잦다. 

연구팀은 쉽게 획득할 수 있는 생체시료인 소변에 주목했다. 암 환자와 정상인의 소변 내에 존재하는 대사체 구성성분에는 차이가 있다. 체내에 암세포가 증식한 환자는 비정상적인 물질대사가 이뤄져 정상인과 다른 대사체를 소변으로 분비하게 된다. 이를 기존의 기술로 구분하기 위해서는 고가의 큰 장비가 필요해 현장 적용이 어려웠다. 

연구팀은 다공성 종이 위에 산호초 모양의 플라즈모닉 나노소재를 형성해 소변 내 대사체 성분의 광신호를 10억 배 이상 증폭시키는 '표면증강라만산란 센서'를 개발했다.  '표면증강라만산란'은 분자 고유의 신호를 109~1011배 이상 증폭시키는 기술로 귀금속 나노 표면상에서 일어나는 전자기장 증폭 현상으로 초고감도 센서 개발에 응용되고 있다.

센서에 소변을 소량(10마이크로리터)으로 용적하고 빛을 비추면 암 대사체 신호가 센서 표면에서 증폭돼 암을 진단할 수 있다. 연구팀은 획득한 분광 신호에 인공지능 기반 분석법을 적용해 정상인과 전립선암, 췌장암 환자를 99%까지 구분하는 데 성공했다. 

검사기기는 스트립형으로 제작해 현장에서 바로 고감도로 암을 진단할 수 있으며 스트립형 센서의 생산가격이 개당 100원 이하여서 대량 검사에도 활용할 수 있다.

연구팀은 한국과 미국에 특허를 출원하고 전립선암, 췌장암을 시작으로 대장암, 폐암까지 확대해 연구하고 있다.

정호상 선임연구원은 “췌장암처럼 진단 방법이 잘 알려지지 않은 경우 발견이 어려워 최초 진단 후 생존율이 낮다"며 "본 기술로 현장에서 신속히 암 환자를 스크리닝하고 치료 후 재발 모니터링에도 활용할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 

소변 내 대사체 광신호 증폭을 위한 스트립형 소변 센서와 현장 암 진단 기술의 모식도. 한국재료연구원 제공

[윤영혜 기자 yyh@donga.com]