체액 한 방울로 알츠하이머병 진단 가능해진다
체액 한 방울로 알츠하이머병 진단 가능해진다 윤대성 고려대 교수·황교선 경희대 교수 공동연구팀, 나노바이오센서 개발 주요 원인물질을 펨토그램 수준까지 한번에 검출 윤대성 고려대 교수, 황교선 경희대 교수 박동성 고려대 석박통합과정/고려대 제공 국내 연구진이 체액 한 방울로 알츠하이머병을 진단하는 고감도 센서 개발에 성공했다. 고려대(총장 정진택)는 윤대성 바이오의공학과 교수 연구팀과 황교선 경희대 의과대학 교수로 이뤄진 공동연구팀이 그래핀 전계효과 트랜지스터를 이용해 혈액과 뇌척수액 내 존재하는 알츠하이머병의 주요 원인 물질(아밀로이드베타, 타우)을 펨토그램(femtogram, 10-15g) 수준까지 한 번에 검출해낼 수 있는 고감도 나노바이오센서를 개발했다고 31일 밝혔다. 알츠하이머병은 치매의 약 70%를 차지하는 가장 흔한 퇴행성 뇌질환으로, 신경퇴화 및 유전적 요인들에 의해 비정상적으로 응집된 베타아밀로이드와 과인산화된 타우단백질이 원인 물질로 알려져 있다. 현재의 알츠하이머병의 진단 방법으로는 ▲신경심리학적 문답법 ▲양전자 단층촬영(PET) ▲자기공명영상진단(MRI) 영상이 사용되고 있다. 이들은 주관적일 수 있으며 고비용이라는 단점이 있다. 최근 미국 국립 노화 연구소 및 알츠하이머 협회 (NIA-AA)에서 정한 알츠하이머병 진단 가이드라인에 체액의 베타아밀로이드와 타우 단백질 검출 여부가 중요한 정보로 포함됨에 따라, 체액 내에 수 피코그램(picogram, 10-12g)으로 존재하는 바이오마커를 정확하게 분석해낼 수 있는 센서에 대한 필요성이 크게 증가했다. 특히, 꿈의 소재로 알려진 그래핀을 이용한 전계효과 트랜지스터는 고감도의 우수한 전기적 특성과 다양한 항체의 부착이 가능한 표면을 기반으로 활발히 연구되고 있다. 그래핀 바이오센서의 작동 모식도/고려대 제공 연구팀은 알츠하이머병의 주요 원인 물질인 베타아밀로이드와 타우 단백질이 체액의 생리학적 환경(산도 pH 7.4)에 따라 서로 다른 표면 전하 특성을 가진다는 점에 착안해 두 생체물질이 구별되는 검출 신호를 내는 그래핀 기반 전계효과트랜지스터 다중 검출 플랫폼을 개발했다. 연구팀은 뇌척수액과 혈액 내에서 수 펨토그램 수준의 검출 한계를 가지며 베타아밀로이드와 타우 단백질을 동시에 검출 해내는데 성공했다. 윤대성 교수는 "이번 연구 결과를 기반으로 경희대학교병원 신경과 이진산 교수와 임상시험를 통해 실제 환자와 정상인의 임상 혈액 및 타액 샘플 내에서의 베타아밀로이드와 타우 단백질의 농도를 분석해 알츠하이머병의 위험도를 진단하는 연구를 진행 중"이라고 밝혔다. 윤 교수는 "이번에 개발한 그래핀 기반 나노바이오센서는 플랫폼 기술로 다양한 질병 진단에 확장할 수 있는 장점을 갖고 있다. 즉, 알츠하이머병의 관련 인자 검출에 국한되지 않고, 다양한 질병의 원인 물질인 단백질과 핵산의 표면 전하 분석을 통한 정확한 질병 진단에 확장해 관련 임상연구에 크게 기여할 수 있을 것"이라고 기대했다. 이번 연구에는 ▲박동성 석박통합과정(제1저자, 고려대 바이오의공학과) ▲윤대성 교수 (공동교신저자, 고려대 바이오의공학과) ▲황교선 교수(공동교신저자, 경희대 의과대학)가 주저자로 참여했다. 연구 결과는 올해 8월 15일 Elsevier社에서 발행하는 전기화학(Electrochemistry)및 분석화학(Analytical chemistry)분야 최고 권위지인 『Biosensors & Bioelectronics』(IF=10.257, JCR 분야 상위 0.581%)에 온라인 공개됐다.
