극소량 표지인자로 질환 진단
다양한 질환을 정확히 조기 감별
건강한 삶을 유지하기 위해서는 예방이 최선이지만, 일단 병에 걸리면 최대한 빨리 정확히 진단하여 적절한 치료를 받는 것이 중요하다. 따라서 전 세계 연구자들은 다양한 질환을 조기에 정확히 감별하는 진단 기술을 개발하고자 활발히 연구하고 있다.
교육과학기술부는 고려대 이지원 교수 연구팀이 증상만으로 진단하기 어려운 에이즈나 자가면역질환을 기존보다 200배나 낮은 농도의 표지인자만으로도 정확히 진단할 수 있는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.
바이오-나노의 소재와 기술을 융합해 다양한 질환의 표지인자를 정확히 검출하는 신기술이 개발됨에 따라, 에이즈나 자가면역질환(류머티즘, 소아당뇨병 등)을 한 번에 진단할 수 있는 의약품 개발이 가능해질 전망이다.
특히 난치성 질환인 암, 자가면역질환이나 신종플루와 같은 바이러스 감염질환은 환자가 증상을 느꼈을 때 이미 손을 쓸 수 없을 만큼 악화된 경우가 많아, 조기 진단이 더욱 중요하다. 대부분의 난치성 질병은 혈액 내에 질환을 나타내는 특이한 표지인자 물질이 소량 존재하는데, 이 극소량의 질환 표지인자를 정확히 검출하는 고감도 진단기술 개발이 절실하다.
우선 정확한 진단기술을 개발하기 위해서는 혈액 속에 있는 무수히 많은 물질 중에서 질환을 나타내는 특이한 표지인자를 선택적으로 인식하여 검출하는 프로브 시스템 개발이 필요하다.
프로브는 시료 속의 여러 물질 중에 특정 물질만 선택적으로 인식해 검출해내는 소재다. 질환에 걸려 비정상적인 생체물질, 유전자, 항체 등의 질환 표지인자가 생기면 프로브로 검출, 진단할 수 있다.
지금까지는 평면에 프로브를 고정해 질환 표지인자를 검출하는 2차원 프로브 시스템을 기반으로 한 진단제품이 대부분이었다. 그러나 이 제품은 평면에 충분한 양의 프로브를 고정하는데 한계가 있을 뿐만 아니라, 한 번에 한 가지 질환의 표지인자만을 검출할 수 있었다. 또한 고정된 프로브가 공기 중에 노출되면, 불안정해지거나 기능이 감소되는 등 장기간 충분히 사용하기에도 어려움이 있었다.
이지원 교수 연구팀은 단백질 나노입자(인간 훼리틴)로 3차원 프로브를 만들고, 이를 흡수성이 높은 젤(Hydrogel)과 화학적으로 융합함으로써 안정적인 3차원 입체형 프로브 시스템을 개발하여 질환 진단에 성공했다. 특히 이 기술은 한 번에 2개 이상의 질환 표지인자를 검출할 수 있는 것이 특징이다.
교육과학기술부는 고려대 이지원 교수 연구팀이 증상만으로 진단하기 어려운 에이즈나 자가면역질환을 기존보다 200배나 낮은 농도의 표지인자만으로도 정확히 진단할 수 있는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.
바이오-나노의 소재와 기술을 융합해 다양한 질환의 표지인자를 정확히 검출하는 신기술이 개발됨에 따라, 에이즈나 자가면역질환(류머티즘, 소아당뇨병 등)을 한 번에 진단할 수 있는 의약품 개발이 가능해질 전망이다.
특히 난치성 질환인 암, 자가면역질환이나 신종플루와 같은 바이러스 감염질환은 환자가 증상을 느꼈을 때 이미 손을 쓸 수 없을 만큼 악화된 경우가 많아, 조기 진단이 더욱 중요하다. 대부분의 난치성 질병은 혈액 내에 질환을 나타내는 특이한 표지인자 물질이 소량 존재하는데, 이 극소량의 질환 표지인자를 정확히 검출하는 고감도 진단기술 개발이 절실하다.
우선 정확한 진단기술을 개발하기 위해서는 혈액 속에 있는 무수히 많은 물질 중에서 질환을 나타내는 특이한 표지인자를 선택적으로 인식하여 검출하는 프로브 시스템 개발이 필요하다.
프로브는 시료 속의 여러 물질 중에 특정 물질만 선택적으로 인식해 검출해내는 소재다. 질환에 걸려 비정상적인 생체물질, 유전자, 항체 등의 질환 표지인자가 생기면 프로브로 검출, 진단할 수 있다.
지금까지는 평면에 프로브를 고정해 질환 표지인자를 검출하는 2차원 프로브 시스템을 기반으로 한 진단제품이 대부분이었다. 그러나 이 제품은 평면에 충분한 양의 프로브를 고정하는데 한계가 있을 뿐만 아니라, 한 번에 한 가지 질환의 표지인자만을 검출할 수 있었다. 또한 고정된 프로브가 공기 중에 노출되면, 불안정해지거나 기능이 감소되는 등 장기간 충분히 사용하기에도 어려움이 있었다.
이지원 교수 연구팀은 단백질 나노입자(인간 훼리틴)로 3차원 프로브를 만들고, 이를 흡수성이 높은 젤(Hydrogel)과 화학적으로 융합함으로써 안정적인 3차원 입체형 프로브 시스템을 개발하여 질환 진단에 성공했다. 특히 이 기술은 한 번에 2개 이상의 질환 표지인자를 검출할 수 있는 것이 특징이다.
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| ▲ 훼리틴 단백질 나노입자 프로브-하이드로젤 융합 3차원 입체형 소재를 이용한 동시 다중 진단 시스템. |
인간 훼리틴은 24개 요소들이 스스로 하나의 단백질로 구성된(자가조립) 나노 크기의 원형 입자로, 사람으로부터 나온 단백질 나노입자이면서도 대장균을 이용해 대량 생산할 수 있는 장점이 있다.
또한 유전공학기술을 이용해 훼리틴 나노입자 표면에 다양한 프로브를 입체적으로 표출할 수 있어 극소량의 질환 표지인자를 효과적으로 검출할 수 있다.
훼리틴과 융합한 하이드로젤은 구멍이 많은(다공성) 3차원 구조체로, 내부에 수분이 많아 물질이 쉽게 퍼지고, 고정된 프로브의 검지활성을 장기간 안정적으로 유지할 수 있다.(상온(25도)에서 10일간 활성 100% 유지, 기존 평면 대비 50배 이상) 또한 2차원 평면소재에 비해 표면적이 크게 확장돼 많은 양의 프로브를 고정시킬 수 있다.(기존 평면 대비 최대 수백 배 이상)
아울러 연구팀은 증상만으로 정확히 진단하기 어려운 에이즈와 쇼그렌 증후군을 기존의 진단제품에 비해 최대 200배 낮은 농도에도 검출하고, 두 질환을 정확히 구분하여 동시에 진단하는데도 성공했다. 대표적인 전신성 자가면역질환인 쇼그렌 증후군은 피부, 코, 생식선의 건조 및 혈관, 폐 등 기관에 악영향을 주며, 현재까지 완치시킬 수 있는 방법이 없어 조기 진단이 매우 중요한 질환이다.
이지원 교수는 “이번 연구는 단백질 나노입자와 하이드로젤을 융합함으로써 3차원 입체형 프로브 신소재를 개발해, 다양한 질환의 표지인자를 정확히 조기에 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 에이즈와 같은 난치성 질환을 2개 이상 한 번에 동시에 진단할 수 있는 것이 특징”이라며, “향후 난치성 질환의 치료와 예방뿐만 아니라 차세대 진단기술 개발에도 새로운 기반을 마련했다”고 연구의의를 밝혔다.
고려대 이지원 교수가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원(도약연구)과 선도연구센터지원(ERC) 사업의 지원으로 수행됐고, 재료 및 응용분야의 국제 학술지인 ‘Advanced Materials (IF=13.877)’지 9월호(9월 11일자)에 게재됐다.(논문명: A Novel Bioassay Platform Using Ferritin-Based Nanoprobe Hydrogel)
 저작권자 2012.09.13 ⓒ ScienceTimes |
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