POSTECH 신소재공학과 오승수 교수, 우성욱 교수, 통합과정 김진민 씨 연구팀이 복잡한 전처리 과정 없이 생체 시료로부터 곧바로 체내 표적 분자를 빠르게 검출할 수 있는 압타머 센서 시스템을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 이번 연구에서 단백질과 고분자가 연결된 양친매성 물질의 자기조립 현상을 바탕으로 프로티노좀(proteinosome)이라 불리는 구형 마이크로 캡슐을 만들었다.

이 캡슐은 타겟 분자와 반응하여 즉각적으로 형광 신호를 내는 구조변형 압타머 기반 ‘압타센서’를 내부에 탑재하도록 설계되었고, 표면이 크기 선택적 반투과성 막으로 되어 있어 크기가 큰 유해 단백질들의 내부로의 이동은 효과적으로 차단하면서 크기가 작은 표적 분자만을 선택적으로 내부로 통과시켰다.

그 결과, 압타센서의 표적 탐지 성능이 최적의 상태로 온전히 보존되었으며, 생체 내 중요 여성 호르몬으로서 자궁암 발병과 관련된 에스트라디올과 신경전달물질인 도파민, 그리고 마약류인 코카인 등 표적 분자에 대해, 전처리 없이도 효과적이고 신속한 시료 내 검출이 가능함을 보였다.

연구진이 개발한 캡슐의 유해 단백질 차폐 효과는 매우 뛰어나서, 캡슐 내부의 압타센서는 일반 혈청 수준의 최대 30만 배나 되는 고농도 핵산분해효소 용액에서도 18시간 동안 전혀 손상되지 않고 우수한 특성을 유지함이 확인됐다.

또한, 각각의 캡슐이 독립적인 ‘반응 용기’ 역할을 하는 점을 이용하여, 서로 다른 표적 물질에 대한 압타센서를 탑재한 캡슐 용액을 섞어줌으로써 동시에 여러 표적 분자를 독립적으로 감지하고 각각의 농도 변화를 모니터링할 수 있음을 입증했다.

오승수 교수는 “샘플 분리와 표적 센싱(sensing)을 융합함으로써 혈청 등 생체 시료에서 곧바로 사용 가능한 새로운 소분자 현장 진단용 바이오센서 기술을 세계 최초로 개발했다”며 “질병 조기 발견에서부터 개인 맞춤형 치료까지 의학 분야에 혁명을 가져올 수 있는 플랫폼이 될 것으로 기대된다”고 전했다.

이번 연구결과는 바이오센서 분야 국제 학술지 ‘Biosensors and Bioelectronics’에 게재됐다.