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체액 한 방울로 알츠하이머병 진단 가능한 나노바이오 센서 개발

치매의 약 70%를 차지하는 알츠하이머병은 흔한 퇴행성 뇌질환으로 신경퇴화 및 유전적 요인에 의해 비정상적으로 응집된 베타아밀로이드와 과인산화된 타우 단백질이 원인 물질로 알려졌다.

알츠하이머병의 진단 방법은 신경심리학적 문답법 혹은 고가의 양전자 단층촬영(PET), 자기공명영상진단(MRI) 영상이 사용되는데, 주관적인 판단에 의해 진단되거나 비용이 비싸다는 단점이 있다.

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경희의대 황교선 교수 연구팀과 고려대 바이오의공학과 윤대성 교수 공동연구팀은 그래핀 전계효과 트랜지스터를 이용해 혈액과 뇌척수액 내 존재하는 알츠하이머병의 주요 원인 물질을 펨토그램(Femtogram, 10-15 g) 수준까지 한 번에 검출할 수 있는 고감도 나노바이오센서를 개발했다.

연구팀은 알츠하이머병의 주요 원인 물질인 베타아밀로이드와 타우 단백질이 체액의 생리학적 환경에 따라 서로 다른 표면전하 특성을 가진다는 점에 착안해 두 생체물질이 구별되는 검출 신호를 내는 ‘그래핀 기반 전계효과 트랜지스터 다중 검출 플랫폼’을 개발했다.

그래핀 전계효과 트랜지스터는 표면에 부착된 생체물질의 표면전하가 양(+) 또는 음(-) 서질을 갖게 되면 이에 따라 그래핀의 전기적 성질이 변화하는 방향이 결정된다.

연구팀은 이를 이용해 뇌척수핵과 혈액 내 수 펨토그램 수준의 검출 한계를 가지며 베타아밀로이드와 타우 단백질을 동시에 검출해내는데 성공했다고 전했다.

경희대병원은 이번 연구 결과를 기반으로 임상시험을 통해 실제 환자와 정상인의 임상 혈액 및 타액 샘플 내 베타아밀로이드와 타우 단백질 농도를 분석, 알츠하이머병의 위험도를 진단하는 임상연구를 진행 하고 있다.

황교선 교수는 “개발한 그래핀 기반 나노바이오센서는 플래폼 기술로 다양한 질병 진단에 적용할 수 있는 장점을 갖고 있다”며 “다양한 질병의 원인 물질의 표면전하 분석을 통한 정확한 질병 진단에 확장해 관련 임상 연구에 기여할 수 있을 것으로 보인다”고 말했다.

이번 연구결과는 바이오센서분야 최고 권위지인 'Biosensors & Bioelectronics'(IF=10.257, JCR 분야 상위 0.581%) 온라인 판에 게재됐다.

임웅 기자  wlim@docdocdoc.co.kr

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