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피 한 방울로 바이러스 감염 여부 10분내 진단

UNIST 바이오메디컬공학과 강주헌 교수팀...인체 혈관 모방한 미세 유체 칩 개발

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감염된 사람은 백혈구 표면에 발현되는 특정 단백질의 양과 이 단백질을 발현하는 백혈구 숫자(비율) 자체가 증가한다. 혈관 내피에서는 백혈구가 부착 할 수 있는 단백질이 발현된다. 연구팀은 혈관 내피 단백질을 미세 유체 칩에 코팅해 감염여부를 진단 할 수 있는 진단 장치를 개발했다.(출처=UNIST)

 [e경제뉴스 이춘영 기자] 피 한 방울로 바이러스 감염 여부를 신속하게 진단할 수 있는 칩이 국내기술로 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST) 바이오메디컬공학과(BME) 강주헌 교수팀은 병원균(세균, 바이러스 등) 감염 여부를 조기에 판별 할 수 있는 미세 유체 칩을 개발했다고 23일 밝혔다.

머리카락 수준으로 가느다란 관으로 이뤄진 칩에 감염된 혈액(유체)을 넣으면 혈액 속 백혈구가 유체 관(인공 혈관) 벽면에 달라붙는다. 감염된 사람은 벽에 달라붙는 백혈구 숫자가 건강한 사람에 비해 눈에 띄게 많기 때문에 저배율의 광학현미경만으로 감염여부를 쉽게 판독 할 수 있다.

검사에 걸리는 시간은 10분 내외로 짧다. 또 감염 극초기(감염된지 1시간)에도 감염여부를 알아 낼 수 있어 열과 같은 증상이 없는 잠복기 환자를 조기에 선별할 수 있다.

특히 문진이나 체온 검진에 의존하고 있는 코로나 환자 선별방식을 획기적으로 바꿀 수 있을 것으로 기대된다. 단, 이 검사법은 모든 바이러스와 세균 등의 감염을 알 수 있지만 구체적으로 어떤 바이러스에 감염됐는 지는 알아내기 위해서는 세부 검사가 필요하다.

UNIST 관계자는 “기침이나 고열 등이 없는 무증상일 경우 코로나19 바이러스에 감염됐는지 여부를 쉽게 알 수 없지만 이 검사법을 이용하면 간단, 신속하게 바이러스 감염 여부만큼은 확인할 수 있다”며 “양성일 경우 선별진료소의 PCR검사 통해 코로나19인지, 독감인지, 단순 감기인지를 최종 확인하면 된다”고 말했다.

미세 유체 칩의 구조와 유체 관에 부착된 백혈구 (출처=울산과학기술원)

제1저자인 권세용 UNIST 바이오메디컬공학과 연구교수는 “감염시 혈관 내벽 세포의 특정 단백질의 발현량이 증가 한다는 사실은 익히 알려졌지만, 백혈구 표면의 단백질 발현량 증가와 그 단백질을 발현 하는 백혈구 비율의 증가는 이번 연구로 새롭게 밝혀진 사실”이라고설명했다.

공동 1저자인 아만졸 커마쉐브 (Amanzhol Kurmashev) 연구원은 “면역반응은 원인균에 상관없이 동일하게 일어나기 때문에 모든 종류의 세균, 바이러스 감염여부 진단에 쓸 수 있고, 감염병 뿐만 아니라 암 조기 진단에도 응용 할 수 있다고” 말했다.

연구팀은 항생제 저항성 세균에 감염된 쥐로 개발된 미세 유체 칩의 성능을 테스트했다. 감염된 쥐의 혈액 한 방울 (50마이크로 리터)을 미세유체 소자에 흘려주었을 때 감염되지 않는 쥐보다 더 많은 양의 백혈구가 유체 관 벽면에 붙어 있는 것을 확인할 수 있었다.

또 감염 된지 1시간 밖에 지나지 않은 초기에도 정상쥐와 비교해 더 많은 양의 백혈구가 붙어 있었다. 감염 환자 조기 선별이 가능한 대목이다.

연구팀 (오른쪽부터) 강주헌 교수, 이민석 연구원, 권세용 연구조교수(울산과학기술원)

강주헌 교수는 “기존의 혈액배양이나 PCR검사 방법보다 더 빠른 시간 안에 진단 결과를 알 수 있고, 진단에 필요한 광학현미경도 이미지 확대에 필요한 배율이 낮아 스마트폰에 장착이 가능한 수준”이라며 “궁극적으로 5~10분 내에 감염여부를 진단하는 저렴한 휴대용 진단 시스템을 완성하는 것이 목표이다”라고 설명했다.

이어 “인체에도 동일한 면역 시스템이 있고, 인간의 백혈구는 실험에 사용된 쥐보다 수천 배 더 민감한 반응을 보이기 때문에 상용화 가능성이 높다”며 “병원과의 공동연구를 통해 환자를 선별하는 임상 연구를 계획 중”이라고 덧붙였다.

연구 결과는 엘스비어(Elsevier) 출판사에서 발간하는 세계적인 학술지 ‘Biosensors and Bioelectronics’에 8월 29일자로 온라인 공개됐으며 곧 출판을 앞두고 있다. 이번 연구는 과학기술정보통신부, 삼성전자미래육성센터, 교육부 등의 지원을 받아 수행됐다.

 

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