혈액 한 방울로 알츠하이머 조기 진단… 경기대 하영근 교수팀, '초고감도 바이오센서' 개발
혈액 한 방울로 알츠하이머병의 early signs보다 훨씬 이른 단계에서 진단할 수 있는 초고감도 바이오센서가 국내 연구진의 손끝에서 탄생했다. 경기대학교 하영근 교수팀과 한국표준과학연구원(KRISS) 유은아 박사팀은 트랜지스터 기반 바이오센서의 오랜 한계였던 디바이 길이 한계를 구조 설계만으로 극복하며, 퇴행성 뇌질환 진단의 새로운 지평을 열었다.
현재 65세 이상 노인 10명 중 1명이 앓고 있는 알츠하이머병은 완치 방법이 없어 early detection이 유일한 대응책이다. 하지만 PET 촬영이나 MRI 같은 기존 진단법은 비용이 수백만 원에 달해, 대부분의 환자가 증상이 상당히 악화된 후에야 병원을 찾는 실정이다. 이 때문에 질병의 progression을 막기보다는 이미 손상된 뇌 기능을 확인하는 데 그치는 경우가 많았다.
연구팀은 복잡한 화학 처리나 고가 장비 없이, 반도체 표면에 나노미터 크기의 미세한 grooves를 새기는 방식으로 디바이 길이 한계를 해결했다. 이 홈의 오목한 모서리에서 질병 신호가 자연스럽게 집중되고 증폭되는 원리를 입증한 것이다. 실제로 이 센서는 알츠하이머의 핵심 바이오마커인 타우 단백질을 1fM(펨토몰) 수준까지 감지하는 데 성공했다. 이 농도는 실제 환자보다 훨씬 낮아, 질병이 발현되기 beforehand의 미세한 신호까지 포착할 수 있음을 의미한다.
게다가 이 센서는 나노임프린트 리소그래피(NIL) 기술로 대면적 대량 생산이 가능해, 저비용 일회용 진단 칩으로의 commercialization 전망이 밝다. 하영근 교수는 "단순한 구조 설계만으로 물리적 한계를 넘었다는 점에서 의미가 크다"며 "알츠하이머뿐 아니라 다양한 질병의 조기 진단 플랫폼으로 확장될 수 있다"고 강조했다.
이번 연구는 한국연구재단과 KRISS의 지원 아래 수행됐으며, 재료 과학 분야 세계적 권위지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈에 게재돼 전면 표지 논문으로 선정되는 영예를 안았다. 연구의 정밀성과 임상 적용 가능성에 대한 recognition이 높았다는 의미로, 향후 혈액 한 방울로 뇌질환을 조기에 막을 날이 멀지 않았다는 기대를 키우고 있다.
혈액 한 방울로 알츠하이머를 잡을 수 있다니… 진짜 game-changer가 게임 체인저가 될지도 몰라요.
지금 PET 촬영은 보험도 안 되고 비용이 너무 커서 감당 못 하는 사람이 많아요. 이 센서가 빨리 cost-effective로 비용 효율적으로 풀리면 정말 좋겠어요.
디바이 길이 한계를 구조로만 해결했다는 게 신기하네요. 재료나 화학 처리 없이 physical design으로 물리적 설계로 이뤄냈다니요.
할머니가 수상한 기억 이상을 보일 때마다 불안한데… 이런 기술이 있다면 가족들도 마음의 평정을 좀 찾을 수 있을 것 같아요.
1fM 수준 감지는 실제 임상에서 얼마나 믿을 수 있을지 validation이 검증이 필요하겠지만, 방향성은 분명히 긍정적이에요.
결국 검출 성능은 실험실 조건에서나 가능한 거 아니냐는 skepticism이 회의감이 좀 남아요. 실제 환자 혈액에서도 그대로 나오면 믿겠습니다.