한국재료연구원(KIMS) 정호상 박사 연구팀이 혈액 내 극미량의 암세포 DNA를 고감도로 검출할 수 있는 광학 기반 바이오센서를 개발했다. 이 기술은 일반적인 액체생검보다 민감도와 특이도가 뛰어나며 복잡한 검사 과정 없이 빛의 신호와 인공지능 분석만으로 암 조기진단이 가능하다는 점에서 주목받고 있다.

암세포가 발생할 때 혈액 속 DNA 표면에는 메틸화(Methylation)라고 불리는 작은 화학적 변화가 생긴다. 초기 암 단계에서 메틸화된 DNA의 농도는 매우 낮아 기존 바이오센서로는 고감도 검출이 어려웠다. 연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 별도의 분석 과정 없이 고감도 광학 신호와 인공지능 분석으로 메틸화된 DNA를 검출하는 바이오센서 소재 기술을 개발했다.

이 기술의 핵심은 플라즈모닉 소재에 고감도 광학 신호와 인공지능 분석법을 접목한 것이다. 이 소재는 빛에 반응해 DNA 분자의 광학 신호를 1억 배 이상 증폭시킬 수 있어, 25fg/mL 수준의 극미량 DNA도 검출할 수 있다. 이는 한 방울의 물에 설탕 1000분의 25 알갱이를 넣은 농도에 비유할 수 있으며 기존 바이오센서보다 1000 배 더 세밀한 감지 능력이다.

개발된 바이오센서를 대장암 환자 60명에게 적용한 결과, 암 유무를 99%의 정확도로 진단했고, 1기부터 4기까지 암의 진행 단계도 정확하게 구분했다. 분석에 필요한 혈액량은 단 100uL로 매우 적으며 20분 이안에 진단을 완료할 수 있을 정도로 간단하고 신속한 공정이 특징이다.

이 기술은 전처리 없이 극미량의 암 DNA를 고감도로 검출할 수 있어 조기 암 진단 시장에서 임상 경쟁력을 확보할 수 있다. 또 기존 장비 대비 분석 시간과 비용을 크게 절감할 수 있어 병원, 건강검진센터, 자가진단 키트나 이동형 진단 장비에 적용 가능하다. 정밀 의료뿐만 아니라 현장진단(POCT)에도 효과적이다.

정호상 선임연구원은 "이번 기술은 암의 조기진단뿐 아니라 예후 예측이나 치료 반응까지 진단할 수 있는 차세대 진단 플랫폼"이라며 "앞으로 자가면역 질환이나 신경계 질환 등 다양한 질병으로의 적용을 넓혀갈 계획"이라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 바이오의료 기술 개발사업, 소재글로벌영커넥트사업, 한국재료연구원 기본사업의 지원을 받아 진행됐으며 그 결과는 세계적인 학술지 '어드밴스트 사이언스' 2025년 5월호에 지난 9일 게재됐다.