체액 한 방울로 알츠하이머병 진단한다

↑ 그래핀 바이오센서의 작동 모식도 [사진 = 고려대학교]

고려대학교(바이오의공학과 윤대성 교수)·경희대학교(의과대학 황교선 교수) 공동연구팀은 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 뇌질환이다. 신경퇴화·유전적 요인들에 의해 비정상적으로 응집된 베타아밀로이드와 과인산화된 타우단백질이 원인 물질로 알려져 있다. 현재 알츠하이머병의 진단 방법으로는 신경심리학적 문답법과 양전자 단층촬영(PET)/자기공명영상진단(MRI) 영상이 사용되고 있는데, 이들 진방 방법은 의사의 주관이 개입될 가능성과 비용이 높다는 단점이 있다.
공동연구팀은 베타아밀로이드와 타우단백질이 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 또는 펩타이드 구성물은 환경에 따라 양(+) 혹은 음(-)의 표면전하를 갖게 되며, 그 기준이 등전점(pI; isoelectric point)이다. 그래핀 전계효과트랜지스터는 표면에 부착된 생체물질의 표면전하가 양(+) 혹은 음(-)의 성질을 갖게 되면 이에 따라 그래핀의 전기적 성질이 변화하는 방향 (양 혹은 음)이 결정된다. 이를 이용해 연구팀은 뇌척수액과 혈액 내에서 수 펨토그램 수준의 검출 한계를 가지며 베타아밀로이드와 타우 단백질을 동시에 검출 해내는데 성공했다.
윤대성 고려대 교수는 "이번 연구 결과를 기반으로 경희대학교병원 이진산 교수와 임상시험를 통하여 실제 환자·정상인의 임상 혈액 및 타액 샘플 내에서의 베타아밀로이드와 타우 단백질의 농도를 분석하여 알츠하이머병의 위험도를 진단하는 연구를 진행 중"이라며 "이번에 개발한 그래핀 기반 나노바이오센서를 이용할 경우 알츠하이머병의 관련 인자 검출에 국한되지 않고, 다양한 질병의 원인 물질(단백질, 핵산)의 표면 전하 분석을 통한 정확한 질병 진단에 확장하여 관련 임상연구에 크게 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.
이번 연구에는 박동성 석박통합과정(제1저자, 고려대 바이오의공학과), 윤대성 교수 (공동교신저자, 고려대 바이오의공학과), 황교선 교수(공동교신저자, 경희대 의과대학)가 주저자로 참여했다. 연구 결과는 15일 Elsevier에서 발행하는 전기화학·분석화학분야 최고 권위지인 'Biosensors & Bioelectronics' 온라인판에 게제됐다.
[조성신 기자 robgud@mkinternet.com]