빛과 AI로 99% 암 진단 정확도…20분 이내 암 유무 확인

재료연, 광학 기반 고감도 바이오센서 개발
혈액 속 극미량 DNA로 진단..진단장비 활용

정호상 재료연 선임연구원(오른쪽), 살라후딘 학생연구원.

혈액 내 극미량 암 DNA 고감도 검출 및 AI 기반 분석법 이미지. 재료연 제공

혈액 속의 암세포 DNA를 빛과 AI로 검출해 진단할 수 있는 바이오 센서가 개발됐다. 극미량의 암 DNA를 고감도로 검출할 수 있어 조기 암 진단을 위한 건강검진센터나 자가진단 키트, 이동형 진단 장비 등에 활용할 수 있을 전망이다.

한국재료연구원은 정호상 박사 연구팀이 혈액에 존재하는 극소량의 암세포 DNA를 고감도로 검출해 암을 조기 진단할 수 있는 광학 기반 바이오센서를 개발했다고 13일 밝혔다.

암세포가 발생할 때 혈액 속 DNA 표면에 작은 화학적 변화가 생기는 데, 이를 메틸화 정도가 변화한다고 표현한다. 초기 암 단계에서 메틸화된 DNA의 농도는 매우 낮아 기존 바이오센서로는 고감도로 검출하기 어렵다.

연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 메틸화된 DNA를 별도의 분석과정 없이 고감도의 광학 신호와 AI 분석법을 플라즈모닉 소재에 접목한 바이오센서 소재 기술을 개발했다. 이 소재는 빛에 반응해 DNA 분자의 광학 신호를 1억 배 이상 증폭시킬 수 있어 매우 적은 양의 DNA도 검출할 수 있다.

이는 암 발생 초기에 메틸화된 DNA를 ㎖당 25fg(펨토그램) 수준까지 찾을 수 있는 것으로, 한 방울의 물에 설탕 1000분의 25 알갱이를 넣은 농도에 비유할 수 있다. 기존 바이오센서에 비해 1000배 가량 세밀한 고감도 수준에 해당한다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 개발한 바이오센서를 대장암 환자 60명에게 적용해 분석한 결과, 암을 99% 정확도로 진단했다. 또한 암 진행 단계도 1기부터 4기까지 정확하게 구분했다. 특히 분석 과정에서 필요한 혈액량은 100㎕(마이크로리터)로 매우 적고, 분석 시간도 20분 이내에 불과하다.

정호상 재료연 선임연구원은 "암 조기 진단뿐 아니라 예후 예측이나 치료 반응까지 진단할 수 있는 차세대 진단 플랫폼 기술로 활용될 것으로 기대한다"며 "앞으로 자가면역질환이나 신경계 질환 등 다양한 질병에도 적용할 수 있도록 연구를 이어갈 계획"이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스(지난 9일)'에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr