이지원 고려대 교수팀은 단백질 나노입자(인간 훼리틴)로 3차원 프로브를 만들고, 이를 흡수성이 높은 젤(Hydrogel)과 화학적으로 융합함으로써 안정적인 3차원 입체형 프로브 시스템을 개발해 질환 진단에 성공했다. 특히 이 기술은 한 번에 2개 이상의 질환 표지인자를 검출할 수 있는 것이 특징이다. 

건강한 삶을 위해서는 질병 예방이 최선이지만, 일단 병에 걸리면 최대한 빨리 정확히 진단해 적절한 치료를 받는 것이 중요하다. 따라서 전 세계 연구자들은 다양한 질환을 조기에 정확히 감별하는 진단 기술개발에 노력해왔다.

대부분의 난치성 질병은 혈액 내에 질환을 나타내는 특이한 표지인자 물질이 소량 존재하는데, 이 극소량의 질환 표지인자를 정확히 검출하는 고감도 진단기술 개발이 절실했다.

정확한 진단기술을 개발하기 위해서는 혈액 속에 있는 무수히 많은 물질 중에서 질환을 나타내는 특이한 표지인자를 선택적으로 인식해 검출하는 프로브(Probe) 시스템 개발이 필요하다. 
 

▲이지원 고려대 교수. <사진=연구재단 제공> ⓒ2012 HelloDD.com

인간 훼리틴은 24개 요소들이 스스로 하나의 단백질로 구성된(자가조립) 나노크기의(10억분의 수미터) 원형 입자로, 사람으로부터 나온 단백질 나노입자이면서도 대장균을 이용해 대량생산할 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.

또한 2차원 평면소재에 비해 표면적이 크게 확장되어 많은 양의 프로브를 고정시킬 수 있다.

또한 연구팀은 증상만으로 정확히 진단하기 어려운 에이즈와 쇼그렌 증후군을 기존의 진단제품에 비해 최대 200배 낮은 농도에도 검출하고, 두 질환을 정확히 구분하여 동시에 진단하는데도 성공했다. 

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. 

이지원 교수팀의 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원(도약연구)과 선도연구센터지원(ERC) 사업의 지원으로 수행됐다. 연구 내용은 재료 및 응용분야의 국제 학술지인 'Advanced Materials (IF=13.877)'지 9월호(9월 11일자)에 게재됐다. 
 

▲바이오-나노 융합 새로운 3차원 입체형 프로브 소재를 이용한 진단 신기술 개발을 지도하고 있는 이지원 교수 (왼쪽부터) 이지원 교수, 이은정, 이종환 박사과정생. <사진=연구재단 제공>  ⓒ2012 HelloDD.com