그래핀 바이오센서의 작동 모식도.국내 연구팀이 피나 침 한 방울로 알츠하이머를 진단할 수 있는 고감도 나노바이오센서를 개발했다. 혈액과 뇌척수액 에 존재하는 알츠하이머병의 주요 원인 물질을 펨토그램(1펨토는 1,000조분의 1) 수준까지 한 번에 검출해낼 수 있다.
나아가 알츠하이머 이외 다양한 질병의 원인 물질(단백질, 핵산)의 표면 전하 분석에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
윤대성 고려대학교(총장 정진택) 바이오의공학과 교수 연구팀과 황교선 경희대학교(총장 한균태) 의대 임상약리학과 교수로 이뤄진 공동연구팀은 꿈의 소재로 알려진 그래핀을 활용한 전계효과 트랜지스터 다중 거물 플랫폼을 개발해 체액 한 방울로 알츠하이머를 진단할 수 있는 센서를 개발했다고 31일 밝혔다.
알츠하이머병은 치매의 약 70%를 차지하는 퇴행성 뇌질환으로 신경퇴화와 유전적 요인에 의해 비정상적으로 응집된 베타아밀로이드(아미노산 펩타이드)와 과인산화된 타우단백질(세포 내 미세소관 결합단백질)이 원인 물질로 알려져 있다. 현재는 신경심리학적 문답법이나 고가의 양전자 단층촬영(PET)/자기공명영상진단(MRI) 영상으로 진단하는데 주관적일 수 있고 비용이 많이 든다.
최근 ‘미국 국립노화연구소·알츠하이머협회(NIA-AA)’에서 정한 알츠하이머병 진단 가이드라인에 체액의 베타아밀로이드와 타우 단백질 검출 여부가 중요한 정보로 포함돼 체액 내 수피코그램(1피코는 1조분의 1)으로 존재하는 바이오마커를 정확하게 분석해낼 수 있는 센서가 중요해졌다. 이 중 꿈의 소재로 알려진 그래핀을 이용한 전계효과 트랜지스터는 고감도의 우수한 전기적 특성과 다양한 항체의 부착이 가능한 표면을 기반으로 활발히 연구되고 있다.
완충용액, 뇌척수액, 혈장 내에서의 베타아밀로이드와 타우 단백질의 검출.
제1저자인 박동성 고려대 바이오의공학부 석박사통합과정생
윤대성 고려대 보건과학대학 바이오의공학부 교수
황교선 경희대 의대 임상약리학과 교수연구팀은 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. 대부분의 단백질 혹은 펩타이드 구성물은 환경에 따라 양(+) 혹은 음(-)의 표면전하를 갖게 되는데, 뇌척수액과 혈액 내에서 베타아밀로이드와 타우 단백질을 동시에 검출하는 데 성공한 것이다.
현재 이진산 경희대학교병원 신경과 교수와 임상시험을 통해 환자와 정상인의 혈액과 타액 샘플로 베타아밀로이드와 타우 단백질의 농도를 분석해 알츠하이머병의 위험도를 진단하는 연구를 하고 있다.
윤대성 고려대 교수는 “이번에 개발한 그래핀 기반 나노바이오센서는 플랫폼 기술로 다양한 질병 진단에 확장할 수 있는 장점을 갖고 있다”고 설명했다. 이번 연구는 박동성 고려대 바이오의공학과 석박통합과정이 제1저자이며 국제학술지인 ‘Biosensors & Bioelectronics’에 실렸다. /고광본 선임기자 kbgo@sedaily.com
