Ученые из Кореи разработали технологию сверхбыстрого анализа жидкой биопсии для ранней диагностики рака

중앙대학교(총장 박세현)는 화학과 주재범 교수 연구팀이 암을 비롯한 다양한 질환의 액체생검 (liquid biopsy)에 활용될 수 있는 세포외 소포체 (Extracellular Vesicle, EV)를 정확하고 간편하게 정량 분석하는 새로운 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구 결과는 Wiley가 발간하는 화학·소재 분야 국제학술지 Advanced Functional Materials (IF=19.9)에 표지 논문으로 게재됐다. 이번 연구는 중국과학원의 Lingxin Chen 교수 연구팀 (M. Arabi, A. Ostovan 연구교수)과 공동으로 수행했으며, 중앙대학교 화학과 Jiadong Chen 박사과정생이 제1저자로 참여했다. EV는 세포가 외부로 분비하는 나노 크기의 소포로, 단백질과 유전물질 등 세포의 상태를 반영하는 정보를 담고 있다. 혈액이나 소변 같은 체액에서 암 관련 정보를 확인할 수 있는 유망한 바이오마커로 주목받지만, 크기가 매우 작고 다양한 물질과 섞여 있어 원하는 EV만 선택적으로 찾아내고 그 양을 정확히 측정하기가 어렵다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 항체 대신 분자각인고분자 (Molecularly Imprinted Polymer, MIP)라는 인공 인식 소재를 활용했다. 분자각인고분자는 특정 표적의 모양과 화학적 특성을 본떠 제작한 소재로, 표적에만 맞는 '분자 자물쇠'처럼 작동한다. 시료 속 EV가 이 맞춤형 구조에 결합하면 연구진은 이를 선택적으로 포획하고 분석할 수 있다. 특히, 연구팀은 극소량의 용액 방울로 각인층을 제작하는 단일 미세액적 각인 (single-microdroplet imprinting) 방식을 적용했다. 이를 통해 기존 방식 대비 시약 사용량을 약 1/285 수준으로 줄이고, 제작 시간도 약 6배 단축했다. 제작 결과의 편차 역시 4% 미만으로 낮춰 반복 제작 시에도 안정적인 성능을 확보했다. 연구팀은 여기에 표면증강라만산란 (SERS) 측정 기술을 결합해, EV가 나노미터 크기의 맞춤형 나노홈 (nanocavity)에 결합할 때 나타나는 빛 신호의 변화를 측정했다. 별도의 형광 표지 없이도 EV의 존재와 양을 확인할 수 있어 분석 과정이 크게 단순해졌다. 연구팀은 전처리하지 않은 소변 시료 35 μL 만으로 EV를 정량 분석했으며, 시료 1 μL당 약 317개 입자 수준까지 검출했다. 분석 절차는 ① 용액 적하 → ② 시료 반응 → ③ 빛 신호 측정의 세 단계로 단순화했다. 연구팀은 이번 기술이 암 관련 바이오마커를 넘어 감염성 질환, 대사질환, 신경계 질환 등 다양한 생체표지자 분석으로 확대될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 적은 양의 시료와 시약으로 신속한 분석이 가능해 향후 병원 현장이나 이동형 진단기기에 적용되는 차세대 현장진단 (Point-of-Care) 기술 개발에도 기여할 전망이다. 다만, 이번 연구는 EV를 표적으로 기술의 가능성을 검증한 단계로, 실제 암 조기진단 검사로 발전하기 위해서는 암종별 환자 시료를 대상으로 한 대규모 임상 검증과 분석 기준의 표준화가 필요하다. 이에 대한 연속적인 연구 수행을 위해, 주재범 교수 연구팀은 최근 한국기계연구원과 공동으로 연구재단 지원과제인 '고신뢰성 중대질환 액체생검을 위한 AI 기반 초고감도 플라즈모닉 나노소재 하이브리드 다중 체외진단센서 개발' 과제를 수주했다. 연구팀은 혈액에서 EV 바이오마커를 분리하고, 나노플라즈모닉 기판에서 얻은 라만 분광 데이터를 인공지능으로 분석해 암종을 정밀하게 구분하는 진단 플랫폼을 보다 체계적으로 개발할 계획이다. <이 기사는 대학이 제공한 정보기사로, 한겨레의 의견과 다를 수 있습니다>