빛·AI로 20분 이내 암 진단…재료연, 초고감도 바이오센서 개발

혈액 속 극소량 암 DNA, 고감도 바이오센서로 검출
예후 예측·치료 반응도 진단…"다른 질병도 적용 계획"

혈액 내 극미량 암 DNA 고감도 검출 및 인공지능 기반 분석 방법을 나타내는 이미지.(재료연 제공. 재판매 및 DB금지)

(창원=뉴스1) 강정태 기자 = 한국재료연구원은 바이오·헬스재료연구본부 정호상 박사 연구팀이 혈액 내에 존재하는 아주 적은 양의 암세포 DNA를 고감도로 검출해 암 조기진단이 가능한 광학 기반 바이오센서를 개발했다고 13일 밝혔다.

암세포가 발생할 때 혈액 속 DNA 표면에 작은 화학적 변화가 생긴다. 이를 메틸화(Methylation) 정도가 변화한다고 표현한다.

초기 암 단계에서 메틸화된 DNA의 농도는 매우 낮아서 기존 바이오센서를 사용해 고감도로 검출하기 어렵다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 메틸화된 DNA를 별도의 분석 과정 없이 고감도의 광학 신호와 인공지능 분석으로 검출하는 바이오센서 소재 기술을 개발했다.

연구팀은 고감도 광학 신호와 인공지능 분석법을 플라즈모닉 소재에 접목했다. 이 소재는 빛에 반응해 DNA 분자의 광학 신호를 1억 배 이상 증폭시킬 수 있어, 매우 적은 양의 DNA도 검출할 수 있다.

연구팀은 암 발생 초기에 메틸화된 DNA를 25fg/mL 수준까지 찾을 수 있다고 설명했다. 25fg/mL는 한 방울의 물에 설탕 1000분의 25 알갱이를 넣은 농도로 비유할 수 있다. 이는 기존 바이오센서에 비해 1천 배 세밀한 고감도 수준이다.

연구팀이 개발한 바이오센서를 대장암 환자 60명에게 적용해 분석한 결과 암 유무를 99%의 정확도로 진단됐다. 암의 진행 단계도 1기부터 4기까지 정확하게 구분하는 데 성공했다. 해당 분석 과정에서 필요한 혈액량은 100uL로 매우 적으며, 20분 이내에 진단을 끝낼 수 있을 정도로 간단하고 신속한 공정으로 이뤄진다.

연구팀은 이 기술이 기존에 사용되던 장비 대비 분석 시간과 비용을 크게 절감할 수 있어 병원과 건강검진센터, 자가진단 키트나 이동형 진단 장비에 적용할 수 있다고 설명했다. 또 정밀 의료뿐만 아니라 현장 진단에도 효과적일 것으로 본다.

연구책임자인 재료연 정호상 선임연구원은 “이번 기술은 암의 조기진단뿐 아니라 예후 예측이나 치료 반응까지 진단할 수 있는 차세대 진단 플랫폼”이라며 “앞으로 자가면역 질환이나 신경계 질환 등 다양한 질병으로의 적용을 넓혀갈 계획”이라고 말했다.

jz1@news1.kr