UNIST 등, 재 사용 가능한 감지 센서로 암 전이 잡아낸다

-  단일 가닥 DNA 검출하는 재사용 액체 생검 센서 개발

- 민감도·가격 경쟁력 갖춰

연구진 사진. 좌측부터 김명수 교수, 신우정 교수(KAIST), 이승찬 연구원, 최은호 연구원(KAIST). (자료제공: UNIST)

재사용 할 수 있는 액체 생검 센서의 구조와 작동 및 재생 과정. (자료제공: UNIST)

씻어서 다시 쓸 수 있는 저렴한 센서를 이용한 액체 생검 기술이 개발됐다. 고가의 액체 생검 비용을 낮출 수 있게 됐다.

UNIST 전기전자공학과 김명수 교수팀은 KAIST 신우정 교수팀, 연세대학교 강주훈 교수팀과 공동으로 이황화몰리브덴(MoS₂)과 고주파(RF)를 이용해 재사용 가능한 고감도 액체 생검 센서를 개발했다고 2월 12일 밝혔다.

액체 생검은 실제 조직을 떼어내지 않고도 혈액이나 체액 속에 떠다니는 DNA 조각을 감지해 암을 찾아내는 기술이다. 하지만 기존 검사법은 감지 센서가 일회용이거나 센서 제작 비용이 커 비용 부담이 있었다. 

연구팀이 개발한 이황화몰리브덴 센서는 특수 용액에 씻어내기만 하면, 5회 재사용할 수 있다. 제작도 쉬워 공정 비용도 저렴하다. 이황화몰리브덴 잉크를 기판에 발라 회전시킨 뒤 잉크 속 용매를 날려버리기만 하면 된다. 

진단은 센서에 환자 체액을 떨어뜨린 뒤 고주파(RF)를 쏘아 반응을 살피는 방식인데, 표적 DNA가 센서에 달라붙을 때 발생하는 유전율과 저항의 변화가 고주파 신호의 공진 주파수를 이동시키는 원리다. 

개발된 센서는 기존 유전자 분석 기술이 놓치기 쉬웠던 '단일 가닥 DNA'만을 검출해낸다. 단일 가닥 DNA는 말기 암이나 림프절 전이 환자에게서 고농도로 발견되는 바이오마커다. 일반적으로 DNA는 단일 가닥이 서로 마주 보고 결합한 이중 나선 가닥 형태로 존재한다. 실험에서 이 센서는 암 진단 지표인 'AluSx1' 유전자 DNA 조각을 154.67nM (나노몰)의 매우 낮은 농도까지 정확하게 검출해냈다.

한편, 센서를 세척 하는 특수 용액에는 상보 염기가 들어가 있다. DNA의 이중 나선은 염기라는 분자가 서로 마주 보고 결합해 생긴 구조인데, 서로 짝을 이룰 수 있는 조합, 즉 상보 조합이 정해져 있다. 센서 표면에 붙어 있던 단일 가닥 DNA가 세척액 속의 짝을 만나 결합하면서 이중 나선이 완성되고, 이중 나선 DNA는 별도 처리를 하지 않아도 센서에서 저절로 떨어진다.

이번 연구는 김명수 교수와 신우정 교수가 교신저자로, UNIST 이승찬 연구원과 KAIST 최은호 연구원이 제1저자로 주도했다. 공동 연구팀은 “암 전이와 밀접한 단일 가닥 DNA를 저비용으로 검출할 수 있게 돼, 향후 실제 임상에서 암전이 조기 진단과 예후 모니터링 비용을 획기적으로 낮출 수 있을 것”이라며 “병원을 넘어 가정에서도 손쉽게 암 예후를 관리할 수 있는 자가 진단 기기와 스마트 헬스케어 시스템으로 발전시켜 나갈 계획”이라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 개인기초연구(신진연구) 국가아젠다 기초연구, 기초연구실지원사업, BRIDGE융합연구개발사업, 정보통신기획평가원(IITP)의 지역지능화혁신인재양성사업의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 센서 분야의 국제학술지인 ‘센서 앤 액추에이터 B: 케미컬(Sensors and Actuators B: Chemical)’에 1월 22일에 온라인 게재됐다.

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]