급성호흡기 감염병, 30분 내 진단 기술 개발

▲다종 유전자 진단 어레이 센서 및 신속 등온 PCR기술. (출처= 한국재료연구원)

【건강다이제스트 | 이정희 기자】 한국재료연구원은 나노바이오융합연구실 박성규·정호상 박사 연구팀이 삼성서울병원 의공학연구센터 이민영·우아영 박사 연구팀과 함께 3차원 광증폭 어레이 센서와 등온 PCR기술을 융합시켜 급성 호흡기 감염병을 일으키는 8종의 유전자(박테리아 4종, 바이러스 4종)를 30분 이내에 진단할 수 있는 현장형 유전자 PCR 기술을 세계 최초로 개발했다고 5일 밝혔다.

PCR(Polymerase Chain Reaction)은 표적 핵산을 증폭 및 검출하는 검사법이다.

재료연구원 설명에 따르면 현재 사용 중인 코로나19(COVID-19) 바이러스 진단 기술은 현장 분석이 불가능해 시료 채취 후 확진 여부 판정까지 약 4시간 이상 소요돼, 감염자의 조기 격리가 어렵다는 단점이 있다.

공동 연구팀은 이러한 문제점 해결을 위해 세계 최초로 분자의 광신호를 수백 배 이상 증폭시킬 수 있는 3차원 금 나노기판에 등온 PCR 기술을 융합시켜, 섭씨 37도의 항온 유지만으로 30분 이내에 호흡기 감염 병원체의 유전자를 검출하는 데 성공했다.

칩 하나만으로 폐렴구균, 인플루엔자균, 클라미디아 폐렴균, 마이코플라즈마 폐렴균 등 4종의 박테리아와 코로나바이러스 229E, OC42, NL63, 사람 메타뉴모바이러스 감염증 등 4종의 바이러스 유전자를 동시에 분석할 수 있는 '3차원 어레이 센서'도 함께 개발했다.

연구팀이 개발한 '급성 호흡기 감염병 현장 다중진단기술'은 감염자의 '비인두 스왑(Nasopharynx Swab, 비인두용 면봉)'으로 채취한 임상 샘플에 대해서도 유효성을 확인했다.

연구팀은 향후 코로나19 바이러스 감염자에 대한 대규모 임상시험을 통해 의료기기의 신뢰성을 확인하고, 식약처의 인·허가를 진행할 예정이다.

한국재료연구원의 '3차원 광증폭 나노소재 기술'은 이미 한국과 미국, 중국에 특허 등록이 된 상태다. '현장형 신속 유전자 검출 기술'은 삼성서울병원과 공동으로 국내 특허를 출원했다.

연구책임자인 한국재료연구원 박성규 책임연구원은 "10여 종 이상의 호흡기 감염 병원체의 초고감도 유전자 진단이 가능한 핵심 나노소재를 개발해 현장에서 30분 이내 판별할 수 있는 의료기기를 개발할 수 있게 됐다"고 강조했다.

이어 "삼성서울병원 및 국내 진단기기 업체와의 활발한 융합연구를 통해, 현장형 분자진단기기의 조기 상용화를 이를 수 있을 것"이라고 덧붙였다.

한국재료연구원 이정환 원장은 "한국재료연구원은 현재 확보 중인 3차원 고감도 나노바이오 원천소재를 통한 호흡기 감염병 현장 진단 기술 및 초고감도 마약 검출 센서 기술 등의 조속한 상용화를 위해 지원을 아끼지 않고 있다"면서 "연구 성과가 국민 삶의 질 향상 및 안전한 사회 구현으로 이어질 수 있도록 최선을 다하겠다"고 말했다.

이번 연구는 한국재료연구원 주요 사업과 과학기술정보통신부 선도연구센터인 나노플라즈모닉 체외진단 연구센터 사업, 산업통상자원부 산업기술 알키미스트 프로젝트 사업의 지원을 받아 수행했다.

연구 성과는 분석화학 분야 최고 저널인 '바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors and Bioelectronics, IF:10.257)'에 논문명 '플라스모닉 등온선 RPA 어레이 칩을 이용한 호흡기 병원균의 신속하고 민감한 다중분자 진단(Rapid and sensitive multiplex molecular diagnosis of respiratory pathogens using plasmonic isothermal RPA array chip)'으로 게재됐다.

이정희 기자 kunkang1983@naver.com

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