광운대 이택 교수 연구팀, 엑소좀 검출을 위한 신개념 바이오마커 등 개발

사진제공=광운대

광운대학교 이택 교수(화학공학과) 연구팀(안정윤 석사 과정, 박현준 박사 과정생)이 엑소좀 표면 단백질인 cluster of differentiation (CD) 9 단백질을 검출할 수 있는 DNA 앱타머를 최초로 개발하였으며, 이를 적용하여 암을 진단할 수 있는 바이오센싱 플랫폼을 개발했다.

암은 지난 수십 년 동안 전세계적으로 높은 사망률의 원인이 되는 질환으로, 정상세포의 종양유전자 및 종양억제유전자의 돌연변이로 인해 발생되는 것으로 알려져 있으나, 명확한 원인은 밝혀지지 않았다. 암세포가 발현된 환자에서는 수술이 불가능한 말기까지 암을 진단할 수 있는 증상이 나타나지 않을 수 있기 때문에, 암의 조기진단은 생존율을 높일 수 있다. 따라서, 현재 의학의 패러다임 변화는 암의 조기진단을 통한 빠른 치료 및 처치에 초점을 두고 있다.

현재, 효과적인 암 진단을 위해서는 방사선 영상, 컴퓨터 단층촬영(CT) 검사, 자기공명영상(MRI), 종양 표지자 검사, 그리고 핵의학 검사가 일반적으로 사용되고 있다. 하지만, 상기의 기술들은 분석 결과 확인까지 많은 시간이 소요되고, 전용 분석 플랫폼 및 숙련된 기술자가 필요하여 보편적이고 일상적인 이용이 제한된다. 바이오센서를 통한 암 진단 플랫폼은 상기의 한계점을 극복할 수 있게 해준다. 다양한 질병의 임상 진단에서 바이오센서는 기존 방법보다 저렴한 분석 비용, 장치의 소형화, 짧은 분석 시간, 그리고 신속한 감지를 제공하여 신뢰성과 재현성이 높은 결과를 도출할 수 있다.

이에 이택 교수(화학공학과) 연구팀은 암을 조기 진단하기 위해 암세포 및 종양 초기에 활발하게 방출되는 세포 외 소포체인 엑소좀의 표면 단백질 CD9을 표적할 수 있는 앱타머 서열을 최초로 규명하고, 이를 적용한 확장 게이트 전계효과 트랜지스터로 구성된 바이오센서를 제작하였다. 측정 속도와 검출 민감도를 향상하기 위해, 확장된 게이트의 감지막 표면에 MXene 나노 입자를 적용하였다.

앱타머는 항체와 유사한 결합 친화력을 가지는 단일 가닥의 핵산으로 제작과정에서 항체보다 저렴한 비용, 신속한 생산 시간, 그리고 쉬운 변형이 가능하다는 장점을 갖는다. 본 연구에서 최초로 개발된 CD9 단백질을 표적하는 CD9-26 앱타머는 혈액내의 비표적 단백질에 결합되지 않아 높은 결합 선택성이 확인되었다. 또한, 인산완충생리식염수에서 10.64 pM의 낮은 검출한계 값이 확인되었으며, 항체를 이용하여 CD 계열 단백질을 표적화한 선행 연구보다 향상된 검출 능력을 보였다.

이를 이용하여 인간 혈청에서 진행된 엑소좀의 검출한계는 6.41 × 102 exosomes/mL로 확인되었으며, 블라인드 테스트에서 각각 5.10, 2.58, 2.56 %의 낮은 오차율로 제안된 센싱 플랫폼의 높은 재현성을 나타냈다. 따라서, 본 연구팀이 제안한 CD9 단백질을 통한 엑소좀 바이오센싱 플랫폼은 유의하게 낮은 검출한계와 신뢰성 있는 높은 재현성의 검출 결과로 임상 환경에서 암의 조기진단에 잠재적인 가능성을 가진 혁신적인 플랫폼을 제공하였다.

본 연구는 한국 환경부(MOE)의 수생태계 건강 관리 프로그램을 통한 한국환경산업기술원(2020003030001)의 지원과 산업통상자원부 산업핵심기술개발사업(20009121) 및 한국연구재단(2021R1C1C1005583)으로 수행되어 연구 결과는 ACS에서 발행하는 화학 센서 및 분석 분야에 저명한 국제 학술지인 ACS sensors (IF : 9.618, JCR: 4.1%)에 ‘Extended-Gate Field-Effect Transistor Consisted of a CD9 Aptamer and MXene for Exosome Detection in Human Serum’ 라는 제목으로 게재되었다

온라인 중앙일보