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국내 의료진이 수초 만에 코로나19 바이러스와 수십 종의 변이체를 진단할 수 있는 바이오센서를 개발했다.
분당서울대병원은 외과 한호성 교수와 김상태 수석연구원, 진단검사의학과 박정수 교수 연구팀이 코로나19 진단용 멀티 바이오센서 시스템을 개발했다고 7일 밝혔다. 압타머(aptamer)를 반도체 칩에 접목해 전기·화학적 반응을 일으킴으로써 환자 타액(침)과 콧물, 땀, 소변 등으로부터 다양한 항원을 검출하는 비표지식 멀티바이오센서를 개발한 세계 첫 사례다.
연구진에 따르면 현재 코로나19 진단에 쓰이는 신속진단키트와 유전자증폭검사(PCR), 효소면역측정법(ELISA) 등은 빠르게 확산하는 변이체를 정확하고 신속하게 식별할 수 없다는 한계가 있었다. 연구팀은 코로나19의 다양한 변종이 지속적으로 발생하고 있는 만큼 변이체를 즉각적으로 정확하게 탐지하는 센싱 기술을 확보하기 위해 압타머를 활용했다. 압타머는 항체처럼 표적분자에 잘 결합해 화학 항체로 불린다. 단일 부위에 결합하는 항체와 달리 표적 단백질의 3차원적 형체를 인식하기 때문에 표적 선택성이 높고 저렴한 비용으로 대량생산이 쉽다는 장점을 갖는다.
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연구팀은 코로나19 양성 환자 60명의 검체를 사용해 스파이크(spike), 뉴클레오캡시드(Nucleocapsid) 등 주요 항원에 특이적으로 결합하는 압타머를 만들었다. 이를 화학적으로 처리해 유리기판에 고정시키고 전류를 흘린 뒤 전기용량(Capacitance)을 측정해 항원 검출을 확인하는 바이오센싱 시스템을 완성했다.
연구팀은 다양한 검사를 통해 해당 시스템이 코로나19 변이체를 10펨토몰(fM) 농도까지 검출한다는 점을 밝혔다. 펨토몰은 체내 물질의 농도를 표기하는 ‘몰(mol)’ 단위로 환산할 때 1000조 분의 1몰을 뜻한다. 다양한 코로나19 변종 바이러스를 진단하는 민감도와 특이성이 그만큼 높다는 의미다. 연구팀은 “다양한 항원을 구조적 형태로 인식하도록 압타머를 자체 제작한 덕분에 수십 종의 변이체를 탐지할 수 있다”며 “극미량의 항원도 검출 가능할 뿐 아니라 항체 기반의 신속진단키트나 ELISA보다 진단 속도가 1000배 이상 빠르다”고 설명했다. 현장에 도입되면 질병을 조기에 발견해 전염병 확산을 막는데 크게 기여할 것으로 기대된다.
한 교수와 김 연구원은 “저렴하고 신속하게 변이체 항원까지 검출할 수 있는 효율적인 진단 도구로 쓰일 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스’ 최신호에 실렸다.
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