체액 한 방울로 알츠하이머병 진단 가능해진다

윤대성 고려대 교수·황교선 경희대 교수 공동연구팀, 나노바이오센서 개발

주요 원인물질을 펨토그램 수준까지 한번에 검출

국내 연구진이 체액 한 방울로 알츠하이머병을 진단하는 고감도 센서 개발에 성공했다.

고려대(총장 정진택)는 윤대성 바이오의공학과 교수 연구팀과 황교선 경희대 의과대학 교수로 이뤄진 공동연구팀이 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 뇌질환으로, 신경퇴화 및 유전적 요인들에 의해 비정상적으로 응집된 베타아밀로이드와 과인산화된 타우단백질이 원인 물질로 알려져 있다.

현재의 알츠하이머병의 진단 방법으로는 ▲신경심리학적 문답법 ▲양전자 단층촬영(PET) ▲자기공명영상진단(MRI) 영상이 사용되고 있다. 이들은 주관적일 수 있으며 고비용이라는 단점이 있다.

최근 미국 국립 노화 연구소 및 알츠하이머 협회 (NIA-AA)에서 정한 알츠하이머병 진단 가이드라인에 체액의 베타아밀로이드와 타우 단백질 검출 여부가 중요한 정보로 포함됨에 따라, 체액 내에 수 피코그램(picogram, 10-12g)으로 존재하는 바이오마커를 정확하게 분석해낼 수 있는 센서에 대한 필요성이 크게 증가했다.

특히, 꿈의 소재로 알려진 그래핀을 이용한 전계효과 트랜지스터는 고감도의 우수한 전기적 특성과 다양한 항체의 부착이 가능한 표면을 기반으로 활발히 연구되고 있다.

연구팀은 알츠하이머병의 주요 원인 물질인 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.

연구팀은 뇌척수액과 혈액 내에서 수 펨토그램 수준의 검출 한계를 가지며 베타아밀로이드와 타우 단백질을 동시에 검출 해내는데 성공했다.

윤대성 교수는 "이번 연구 결과를 기반으로 경희대학교병원 신경과 이진산 교수와 임상시험를 통해 실제 환자와 정상인의 임상 혈액 및 타액 샘플 내에서의 베타아밀로이드와 타우 단백질의 농도를 분석해 알츠하이머병의 위험도를 진단하는 연구를 진행 중"이라고 밝혔다. 윤 교수는 "이번에 개발한 그래핀 기반 나노바이오센서는 플랫폼 기술로 다양한 질병 진단에 확장할 수 있는 장점을 갖고 있다. 즉, 알츠하이머병의 관련 인자 검출에 국한되지 않고, 다양한 질병의 원인 물질인 단백질과 핵산의 표면 전하 분석을 통한 정확한 질병 진단에 확장해 관련 임상연구에 크게 기여할 수 있을 것"이라고 기대했다.

이번 연구에는 ▲박동성 석박통합과정(제1저자, 고려대 바이오의공학과) ▲윤대성 교수 (공동교신저자, 고려대 바이오의공학과) ▲황교선 교수(공동교신저자, 경희대 의과대학)가 주저자로 참여했다. 연구 결과는 올해 8월 15일 Elsevier社에서 발행하는 전기화학(Electrochemistry)및 분석화학(Analytical chemistry)분야 최고 권위지인 『Biosensors & Bioelectronics』(IF=10.257, JCR 분야 상위 0.581%)에 온라인 공개됐다.