한양대 바이오메디컬공학부 최성용 교수팀이 소량의 혈액으로 다수의 암을 진단할 수 있는 기술을 개발했다고, 한양대가 8일 밝혔다. 커피링 효과에서 착안한 해당 기술은 고착 물방울 어레이를 이용해 암세포가 방출한 ‘세포 밖 소포체’를 고감도로 검출하는 기술로, 향후 폐암 등 여러 암의 진단에 활용할 수 있을 것으로 기대 받는다. 

세포 밖 소포체는 세포 간 신호전달을 위한 매개체로 세포에서 나오는 수십~수백 나노미터 크기의 미세 소포체다. 미세 소포체는 모세포에서 유래한 단백질·핵산·지질 등 다양한 바이오 마커(marker)를 포함하고 있으며, 혈액 내 높은 농도로 존재하기 때문에 질병의 진행을 실시간으로 추적하기에 적합한 물질로 주목받고 있다. 암세포는 특유의 단백질 마커를 가지고 있기 때문에 세포 밖 소포체를 암 진단에 활용하려는 연구는 국내외에서 활발히 진행 중이다. 

하지만 암세포에서 나오는 세포 밖 소포체 아형의 농도가 낮아 아형별 검출이 어렵고 종양 이질성으로 인해 단일 단백질 마커로는 암을 정확히 진단하기 어렵다는 한계를 가지고 있다. 

최 교수 연구팀은 일상생활에서 쉽게 관찰할 수 있는 ‘커피링 효과’에서 이러한 한계를 극복할 수 있는 아이디어를 얻었다. 커피링 효과는 커피잔에서 커피가 서서히 증발하며 음료에 녹아있는 커피가루가 가장자리로 몰리는 현상을 의미한다. 최 교수팀은 이 효과를 이용, 고착 물방울 가장자리로 세포 밖 소포체를 농축하고 항체로 포획해 고감도로 형광 검출할 수 있는 기술을 개발했다. 해당 기술은 항체를 달리해 손쉽게 세포 밖 소포체를 아형별로 검출할 수 있었다. 

연구 결과 세포 밖 소포체 검출 민감도는 기존 검사법 대비 5배 이상 향상했다. 특히 7종의 세포 밖 세포체 아형의 검사결과를 머신러닝 기법으로 분석해 3기 및 4기 암 환자(폐암 비롯한 5종 암) 대상으로 100% 진단 정확도를 달성했다. 

최 교수는 “현재 전 세계적으로 세포 밖 소포체를 이용한 암 진단 기술을 경쟁적으로 개발하고 있지만 다양한 암 진단에 적용하기에는 한계가 있었다. 이번 고감도 물방울 센서 기술은 소량의 혈액으로 정확하고 다양한 세포 밖 소포체의 단백질 마커를 검사할 수 있어 다양한 암의 진단에 활용할 수 있을 것”이라고 말했다. 

한국연구재단 중견연구 지원사업과 선도연구센터의 지원을 받아 수행된 이번연구는 바이오센서 분야 국제학술지 「Biosensors and Bioelectronics」에 9월 28일 게재됐다.