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[정호상(오른쪽) 선임연구원·살라후딘 학생연구원 (재료연 제공=연합뉴스)]

한국재료연구원(KIMS, 재료연)은 바이오·헬스재료연구본부 정호상 박사 연구팀이 혈액에 존재하는 극소량의 암세포 DNA를 고감도로 검출해 암 조기진단을 가능하게 하는 광학 기반 바이오센서를 개발했다고 13일 밝혔습니다. 연구진은 병원과 건강검진센터, 자가진단 키트나 이동형 진단 장비에 적용될 수 있다고 덧붙였습니다. 

암세포가 발생할 때는 혈액 속 DNA 표면에 작은 화학적 변화가 생깁니다. 이를 메틸화(Methylation) 정도가 변화한다고 표현합니다. 초기 암 단계에서 메틸화된 DNA의 농도는 매우 낮아 기존 바이오센서로는 고감도로 검출해내기 어렵습니다. 

연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 메틸화된 DNA를 고감도의 광학 신호와 인공지능(AI) 분석으로 검출하는 바이오센서 소재기술을 개발했습니다. 

연구팀은 고감도 광학 신호와 인공지능 분석법을 플라즈모닉 소재에 접목했습니다. 

이 소재는 빛에 반응해 DNA 분자의 광학 신호를 1억배 이상 증폭시킬 수 있어 매우 적은 양의 DNA도 검출할 수 있습니다. 

연구팀은 암 발생 초기 메틸화된 DNA를 25fg/mL(펨토그램 퍼 밀리리터) 수준까지 찾을 수 있다고 설명했습니다. 

25fg/mL는 한 방울의 물에 설탕 1천분의 25 알갱이를 넣은 농도로 비유할 수 있습니다. 이는 기존 바이오센서에 비해 1천배 세밀한 고감도 수준입니다. 

연구팀이 개발한 바이오센서를 대장암 환자 60명에게 적용해 분석한 결과 암 유무를 99% 정확도로 진단했습니다. 

암의 진행 단계도 1기부터 4기까지 정확하게 구분하는 데 성공했습니다. 

이 분석 과정에서 필요한 혈액량은 100㎕(마이크로리터)로 한 방울 정도로 매우 적습니다. 
 
분석에 걸리는 시간도 20분 이내에 불과합니다. 

연구팀은 이번 기술을 자가면역질환이나 신경계 질환 등 다양한 질병에도 적용할 수 있도록 연구를 이어갈 계획입니다.