서울대학교 응용화학부 이윤식 교수팀과 벤처기업인 비드테크, 인텔리마이크론즈는 마이크로 고분자입자를 탑재한 마이크로시스템을 이용하여 생체 샘플 혼합물 내에서 목표 단백질을 분리정제, 농축 및 분석을 연속적으로 신속하게 수행할 수 있는 칩을 개발했다.

프로테오믹스의 근간을 이루는 기술로는 세포 내의 단백질 분리를 위한 2D-젤 전기 영동법(2-DE)이 있으나 기존 기술은 매우 노동집약적이며 소요시간이 여러 시간에서 몇 일까지 걸리는 치명적인 단점을 가지고 있다.

또한, 실험의 재현성이 떨어지고, 질병과 관련된 중요한 단백질은 매우 적은 농도로 존재하는 경우가 많기 때문에 단백질 분리 분석에 어려움이 있다.

단백질 분리 분석의 어려움이 있는 예로 C형 간염은 현재로서는 뚜렷한 치료방법이 없으며, 주로 혈액을 통해 감염되기 때문에, 채혈 및 수혈 시에 바이러스 존재 여부를 철저히 확인하는 것이 최선의 방법이어서 새로운 기술이 요구되었다.

이 연구는 기존 2-DE 방법을 대체할 수 있는 방법으로 생체 샘플 혼합물로부터 목표 단백질만을 분리해내고 농축하는 기술인 비드 어피니티 크로마토그래피(bead affinity chromatography)가 집적화된 마이크로 칩을 개발한 것이다.

개발된 마이크로 칩은 일반 평판 칩에 비해 입자 표면적이 넓어 생화학적 반응과 농축이 유리하고, 혈청 시료 ㎕만으로도 처리 가능하며, 목표 단백질(질병에 관련된 단백질)의 분리정제, 농축 및 분석을 연속적으로 신속하게 수행할 수 있다.

기존의 C형 간염 진단 방법과 비교하여 질병 감염여부를 보다 정확하게 진단할 수 있으며, 병렬로 장치를 구성할 수 있어 수많은 시료를 동시에 처리하는 고속 분석 시스템이 가능하고, C형 간염 바이러스 외에도 다양한 질병 진단 칩으로의 응용이 가능하다.

이 기술을 C형 간염 바이러스 검출에 응용할 경우, 그 원리는 다음과 같다.

- 항체로서 RNA 앱타머를 미세 고분자 입자(지름 1㎛ 또는 38-50 ㎛) 표면에 고정시키고, 이 미세 고분자 입자를 유리, 실리콘 기판으로 제작된 마이크로 칩에 충진시킴.

- 마이크로 칩에 환자의 혈청시료를 수 ㎕ 흘리면, 칩 내의 RNA 앱타머는 C형 간염 바이러스를 복제하는 복제단백질을 선택적으로 포착하여 미세 입자 표면에 고농도로 농축시킴.

- 미세 입자 표면에 농축된 복제단백질은 자외선을 가하여 분리하고, 이를 질량분석기나 형광분석법으로 검출함.

이번 연구에 사용된 RNA 앱타머는 단국대 이성욱 교수가 개발한 것이다.

이번 연구성과는 마이크로 리터(10-6 L, 100 만분의 1 리터)의 시료 중에 존재하는 펨토 몰(10-15 mol, 1000조 분의 1 몰) 수준의 극미량 단백질 등의 생체분자를 농축하고, 감지할 수 있는 마이크로 칩을 개발한 것이다.

이는 C형 간염뿐만 아니라 각종 질병 진단 및 독성물질 검출 등의 시스템에도 적용 가능하여 생물, 화학, 의약 산업에 널리 응용될 전망이다.

개발 중인 효소반응기까지 부착하여 향후 하나의 집적화된 시스템으로 개발할 경우, 1시간 이내에 감염여부를 진단할 수 있게 되어 채혈 및 수혈 시 그 효용성은 높아질 것으로 예상된다.

이번 연구결과는 국내특허를 출원한 상태이며, 진단 분석관련 전문 논문지에 투고될 예정이다.

과학기술부는 9일 연구성과를 발표하고 21C 프론티어 지능형마이크로시스템개발사업단(단장 박종오 박사)의 지원으로 이루어졌다고 덧붙였다.

김재원 기자(newsmp@newsmp.com)