빛을 열로 바꾸는 소재로 4배 빨리 감염병 진단

생명연, '플라즈모닉 광열 기반 디지털 PCR' 개발

왼쪽부터 권오석 성균관대 나노공학과 교수, 고경철 한국생명공학연구원 책임연구원. 한국생명공학연구원 제공.

국내 연구팀이 기존 방식보다 정확하고 빠르게 유전자 정보를 분석할 수 있는 새 진단 플랫폼을 개발했다. 감염병, 암 등 다양한 분야에서 맞춤형 유전자 진단 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 

한국생명공학연구원은 고경철 국가전임상시험지원센터 책임연구원과 권오석 성균관대 나노공학과 교수 공동 연구팀이 빛을 활용한 빠른 온도 조절로 유전자를 증폭시켜 기존 '단일 유전자 중합효소연쇄반응(PCR)'보다 정밀하고 빠르게 유전자 정보를 분석할 수 있는 '플라즈모닉 광열 기반 디지털 PCR'을 개발하는 데 성공했다고 4일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 'ACS 나노(ACS Nano)'에 게재됐다. 연구팀이 개발한 기술은 'SNBTech'에 기술이전돼 사업화될 예정이다. 
 
현재 의료현장에서 사용되는 '리얼타임 PCR'은 가열과 냉각 과정에서 시간이 많이 소요된다. 장비가 복잡하고 크기가 커서 현장에서 바로 사용하기 어렵다. 조기 진단과 신속한 치료가 핵심인 감염병이나 치주 질환, 암 등에 빠르게 대응하는 데는 한계가 있다. 

연구팀은 빛을 열로 바꾸는 금속 소재 '플라즈모닉'을 활용했다. 금 나노필름 위에 올리고페닐렌에틸렌(OPE)이라는 화합물을 덮어 빛 에너지를 열로 빠르게 바꾸고 열전달 속도와 효율을 극대화했다. 

연구팀이 개발한 기술은 기존 PCR 기술보다 속도는 4배, 민감도는 10배를 기록했다. 치주질환의 주요 원인균인 충치 유발균, 치주염 유발균 등 4종의 세균 유전자를 대상으로 검증 실험을 진행한 결과 14분 만에 유전자 증폭을 완료했다. 이후 9분 내에 고해상도 형광 스캔을 통해 유전자 존재 여부까지 확인했다. 아주 극미량의 유전자만으로도 유전자 분석이 가능했다. 

권 교수는 "환자의 부담을 줄이고 현장 중심의 진단 환경에 실질적인 기여를 할 수 있을 것"이라고 말했다. 고 책임연구원은 "감염병, 암, 식중독 등 다양한 질환의 진단에 활용될 수 있는 플랫폼 기술"이라며 "컴퓨터 시뮬레이션 기반 플랫폼의 신약개발 예측률 향상에도 도움이 될 것"이라고 말했다. 

<참고 자료>
-doi.org/10.1021/acsnano.5c04674

[정지영 기자 jjy2011@donga.com]