나노바디 이용한 초정밀 암진단 센서 등장

시사위크=박설민 기자  국내 연구진이 나노기술을 활용한 암 진단 초정밀 센서 개발에 성공했다. ‘침묵의 살인자’라 불리는 췌장암, 대장암, 신장암 등 여러 난치성 암 질환의 조기 진단에 새로운 해법이 될지 주목된다.

한국생명공학연구원(생명연)은 우의전 바이오디자인교정연구센터 박사 연구팀이 암과 염증 반응의 주요 진단 지표 중 하나인 인터루킨-6(Interneukin-6, IL-6) 단백질을 초정밀하게 감지할 수 있는 나노바디 기반의 바이오센서를 개발했다고 12일 밝혔다.

IL-6는 면역반응을 조절하는 단백질이다. 우리 몸이 염증이나 암세포에 반응할 때 그 수치가 급격히 높아진다. 이 특성을 이용, 췌장암, 신장암, 자가면역질환, 패혈증 등 다양한 질환의 조기진단과 예후 모니터링의 핵심 지표(biomarker)로 활용한다. 하지만 분석 시간이 길고, 숙련된 인력이 필요하며, 극미량의 단백질을 탐지하기에는 한계가 있다.

이 같은 문제를 해결하고자 생명연 연구진은 기존 항체보다 10분의 1 크기인 나노바디에 주목했다. 나노바디는 낙타과 동물의 항체에서 유래한 초소형 단백질로 일반 항체보다 훨씬 작고 구조적으로 단단하다. 또한 세균에서도 쉽게 생산할 수 있어 진단기기 개발에 매우 유리하다. 특히, 작은 크기 덕분에 센서 표면에 더 촘촘히 부착할 수 있다. 온도와 환경 변화에도 안정적이어서 현장 진단(POCT) 기기로 발전시킬 가능성이 크다.

연구팀은 기존 항체의 ‘핵심 부분(인식 부위)’만을 정밀하게 복제하여 나노바디로 직접 바꿀 수 있는 ‘CDR 그래프팅(CDR grafting)’ 기술을 고안했다. 이를 통해 면역 동물실험 없이도 고정밀 나노바디를 신속하게 제작하는데 성공했다.

생명연 연구팀은 새롭게 설계한 나노바디를 한국표준과학연구원(표준연)이 보유한 액체 속 반응을 직접 감지할 수 있는 실리콘 센서(Solution-Immersed Silicon; SIS) 기술과 결합했다. 그 결과, 세계 최고 수준의 민감도를 갖춘 바이오센서를 구현하는 성과를 이뤘다.

연구진에 따르면 이번에 개발된 센서는 극미량의 단백질도 탐지할만큼 매우 민감했다. IL-6 단백질이 1조분의 1그램(4.5 fg/mL) 수준으로 존재해도 감지할 수 있을 만큼 정밀했다. 이는 현재 사용되는 ELISA 진단키트 대비 약 1,000배 높은 감도에 해당한다.

새로운 센서는 조기 진단이 어려운 암 진단에도 효과적이었다. 연구진은 신규 센서로 췌장암과 신장암 환자의 혈청을 분석했다. 그 결과, 건강한 사람과 환자를 명확히 구분할 수 있었다. 또한 임상 진단에 직접 활용될 수 있는 가능성도 확인됐다.

연구책임자인 우의전 박사는 “이번 연구는 항체공학과 정밀계측기술을 결합해 생체신호를 극미량에서도 감지할 수 있는 새로운 패러다임을 제시한 것”이라며 “이 기술을 통해 암이나 염증성 질환 등 다양한 질병의 초기 단계에서 발생하는 미세한 생체변화를 빠르고 정확하게 진단할 수 있는 기반을 마련했다”고 밝혔다.

이번 연구 성과는 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’ 온라인판에 지난달 23일 게재됐다.