한국재료연구원(KIMS, 재료연) 나노표면재료연구본부 정호상 박사 연구팀이 포스텍 노준석 교수 및 경희대 의과대학 최삼진 교수와 공동연구를 통해, 소변 내 대사체의 광신호를 증폭할 수 있는 스트립 형 소변 센서를 개발하고 현장에서 암을 진단하는 데 성공했습니다. 검사가 필요한 시점에 소변을 소량(10uL)으로 용적한 후 빛을 조사하는 것만으로 별도의 분석 과정 없이 전립선암과 췌장암을 검사할 수 있는 기술입니다. 검사기기는 스트립 형으로 제작되어 현장에서 신속 고감도로 암을 진단할 수 있도록 했는데요.

연구팀은 암 환자와 정상인 소변 내에 존재하는 대사체 구성성분의 차이에 주목했습니다. 체내 암세포가 증식하게 되면 비정상적인 물질대사로 인해 정상인과 다른 대사체를 소변으로 분비하게 됩니다. 이를 기존의 기술로 구분하기 위해서는 고가의 큰 장비가 필요해 현장 적용이 어려웠습니다. 연구팀은 다공성 종이 위에 산호초(Coral) 모양의 플라즈모닉 나노소재를 형성해 소변 내 대사체 성분의 광신호를 10억 배 이상 증폭하는 표면증강라만산란 센서를 개발했는데요. 센서에 소변을 용적하고 빛을 조사하면 암 대사체 신호가 센서 표면에서 증폭되어 암을 진단할 수 있습니다. 연구팀은 획득한 분광 신호를 인공지능 기반 분석법을 적용해 정상인과 전립선암, 췌장암 환자를 99%까지 구분하는 데 성공했습니다.

현재 사용되는 다수의 암 진단 기술은 혈액검사 또는 영상의학적 방법으로 암의 존재를 찾고 조직검사를 통해 암을 진단합니다. 많은 이들이 매년 건강검진을 통해 암 발생을 추적하고자 노력하죠. 하지만, 암을 늦게 발견해 치료가 늦거나 사망에 이르는 경우가 많습니다. 특히 의료사각지대에 놓여 있는 사람들은 정기적인 검진을 받기 어려워습니다. 이미 암이 상당히 진행된 이후에 발견하게 되는 경우가 잦습니다. 본 연구는 누구나 쉽게 획득할 수 있는 생체시료인 소변을 사용했는데요. 소변을 이용한 새로운 암 진단법, 현장형 신속 암 환자 스크리닝, 암 환자 치료 후 재발 모니터링 기술 등에 활용이 가능합니다. 또한 스트립 형 센서의 생산가격이 개당 100원 이하이기 때문에 대량 검사에도 활용할 수 있을 것으로 기대됩니다.

연구책임자인 정호상 선임연구원은 “췌장암과 같이 진단 방법이 잘 알려지지 않은 암의 경우 발견이 어려워 최초 진단 후 생존율이 낮다. 매일 국내에서 14명의 췌장암 환자가 사망한다고 알려져 있고 1인당 경제적 비용은 연간 6,300만 원 수준이다.”라며, “암과 같은 난치성 질병은 조기진단이 가장 중요한 만큼, 본 기술이 새로운 진단법을 제시할 수 있을 것으로 기대한다.”라고 말했습니다.

연구결과는 바이오센서 분야 학술지 ‘바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensores and Bioelectronics)’에 1월 9일 자로 게재됐습니다.

#용어설명

1. 표면증강라만산란

분자 고유의 신호를 10⁹~10¹¹배 이상 증폭시키는 기술. 귀금속 나노 표면상에서 일어나는 전자기장 증폭 현상으로 초고감도 센서 개발에 응용됨.

2. 대사체

세포, 조직, 체액 등 생물학적 시료 내에 존재하는 대사산물의 총체

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