장재성 UNIST 교수, 심근경색 진단 전기식 면역 센서 개발

혈청 한 방울로 1분 만에 심장마비를 진단하는 전기식 면역센서.<사진=연구팀 제공>
혈청 한 방울로 1분 만에 심장마비를 진단하는 전기식 면역센서.<사진=연구팀 제공>
피 한 방울로 1분 만에 심장마비를 진단하는 센서가 개발됐다.

UNIST(울산과학기술원·총장 정무영)는 장재성 기계 및 원자력공학부 교수 연구팀이 혈액 속 '트로포닌I'를 감지하는 전기식 면역 센서를 개발했다고 28일 밝혔다.

트로포닌I는 혈관이 막혀 심장 근육이 괴사할 때 혈액 속에 흘러나오는 단백질이다. 이 센서에 혈액에서 분리한 혈청을 떨어뜨리면 1분 만에 트로포닌I를 감지해낸다.

그동안 심장마비를 진단하는 방식으로 항체와 압타머를 이용한 면역 센서에 표적 단백질을 넣고 반응을 살폈다. 하지만 이 방식은 30~60분이 소요돼 심장마비 초기의 신속하고 효과적인 치료에 부적절하다.

연구팀이 개발한 이 센서는 항원-항체 면역 반응을 이용해 트로포닌I를 검출한다. 센서 내부에 트로포닌I에만 반응하는 항체가 내장돼 있다.

항원 양에 따라 높아지는 전기저항을 측정한다. 전기적인 힘으로 트로포닌I를 한 곳에 모아 효과적으로 농도를 측정한 것으로 유전 영동 원리가 적용됐다.

트로포닌I에 민감하게 반응하는 전기식 면역 센서. 0.0025배 TBE 용액(연두색)과 500배 희석된 사람 혈청을 기본으로 센서의 민감도를 측정했다. 첫 번째 막대는 대조군이고 두 번째는 미오글로빈(500ng/mL)을 섞은 것이다. 세 번째와 네 번째는 트로포닌I를 섞은 것이다. 이 센서는 트로포닌I에 민감하게 반응했으며, 트로포닌I의 양에 따라 결과값도 크게 달라졌다.<사진=연구팀 제공>
트로포닌I에 민감하게 반응하는 전기식 면역 센서. 0.0025배 TBE 용액(연두색)과 500배 희석된 사람 혈청을 기본으로 센서의 민감도를 측정했다. 첫 번째 막대는 대조군이고 두 번째는 미오글로빈(500ng/mL)을 섞은 것이다. 세 번째와 네 번째는 트로포닌I를 섞은 것이다. 이 센서는 트로포닌I에 민감하게 반응했으며, 트로포닌I의 양에 따라 결과값도 크게 달라졌다.<사진=연구팀 제공>
개발된 센서는 500배 희석한 인체 혈청과 완충액인 TBE 용액으로 성능 시험을 거쳤다. 연구팀은 두 용액에 트로포닌I와 다른 단백질을 섞어 전기저항을 측정했고 트로포닌I에만 높게 반응하는 결과값을 얻었다.

또 1mL의 혈청에 트로포닌I가 100ng(나노그램, 10억 분의 1g)에서 1pg(피코그램, 1조 분의 1)로 줄어들자 전기저항도 일정하게 낮아졌다. 트로포닌I 농도에 비례해 일정한 수준으로 변함을 확인했다.

연구에 참여한 한창호 석·박사통합과정 연구원은 "피 한 방울에 들어있는 트로포닌I의 양은 극히 미미하다"며 "전기적인 힘으로 트로포닌I를 끌어당겨 채집 전극으로 모은 덕분에 검출에 필요한 시간을 줄일 수 있었다"고 설명했다.

장재성 교수는 "이 센서가 트로포닌I만 선택적으로 빠르게 채집하고, 농도에 따른 전기저항이 일정하게 반영하고 있었다"며 "심장마비 진단 센서로 활용할 때 신뢰도가 높다는 것을 보여준다"고 말했다.

그는 "심장마비는 1시간 안에 손쓰면 사망률을 절반으로 낮출 수 있다"며 "전기식 면역 센서를 이용하면 1분 안에 진단할 수 있어 심장마비로 인한 사망률을 낮출 수 있을 것"이라고 말했다.

연구결과는 생명공학 센서 분야의 저널 '바이오센서 및 바이오전자'(Biosensors and Bioelectronics) 8월호에 게재될 예정이다.

저작권자 © 헬로디디 무단전재 및 재배포 금지