한국보건산업진흥원(원장 이영찬)은 보건복지부 미래융합의료기기기술개발사업(의료기기기술개발사업)을 비롯한 KIST 개방형 연구사업, 미래원천연구사업을 지원을 받은 김상경(사진) 박사 연구팀(한국과학기술연구원)이 “고효율성을 가진 유전자 증폭용 마이크로입자 개발로 소량의 조직이나 체액에서 수십종의 유전자를 한번에 검출하는 정밀의학용 진단 원천기술을 개발”하였다고 밝혔다.

김상경 박사는 “이번 원천기술 개발로 여러차례 분석을 수행하여야 알 수 있던 감염균의 정확한 유전형과 약물 내성 등을 한차례의 분석으로 파악이 가능하며, 같은 비용으로 환자에게 더 유리한 의료서비스를 제공하는 차별화된 진단기술로 발전될 수 있다.

특히 최근 메르스나 지카바이러스 등 신변종 감염병 바이러스와 같이 시급하고 정밀한 진단이 필요한 경우 유용한 기술로 활용될 수 있다고 기대한다.

향후 빠른 시일내에 상용화가 될 수 있도록 임상시험 등 필요한 연구들을 계속해 나갈 계획이다. ”고 밝혔다.

박연준 교수(가톨릭대학교 의과대학 진단검사의학교실)는 “이는 매우 혁신적인 플랫폼 기술이며 miRNA 뿐 아니라 DNA, RNA를 타겟으로도 적용가능하다면 활용분야는 더 커질 것으로 예상되고 임상 유용성 평가에서도 좋은 결과가 나오길 기대한다“고 밝혔다.

이번 연구는 Nature의 자매지로서 융합기술분야 국제 저명 학술지인 Scientific Reports에 게재(3월 11일 온라인 게재)되었으며, 해당 연구결과는 국내 특허(출원번호 : 1020130128696) 및 해외 PCT(출원번호 : PCT/KR2016/001493) 출원되어 등록과정에 있다.

질환에 대한 정보를 보유한 유전자는 그 종류가 빠르게 늘어나는 추세이나 현재까지 real-time PCR 기술은 한번에 서너종의 유전자까지만 분석할 수 있다.

따라서 여러 종의 마커을 분석하려면 그에 따른 비용이 가중되어 진단법으로 자리잡는데 불리하며, 환자로부터 얻는 시료 중에는 여러 번의 분석에 필요한 양을 채취하기 어려운 경우도 있다.

유전자 분석의 정밀도를 높이는 다중분석의 비용과 시료의 제한을 해결하기 위해 KIST 김상경 박사 팀은 표지를 가진 마이크로 입자에서 핵산을 고효율로 증폭하는 기술을 개발했다.

표적 유전자만을 증폭하는 프라이머를 다량 함유한 다공성 마이크로입자에서, 실시간으로 증폭과정의 형광신호를 측정하여 그 유전자의 유무와 양을 측정한다.

몇가지 유전자를 동시에 분석하고자 하면 해당되는 입자를 골라서 시료와 섞고 함께 분석하면 된다. 때 각 입자에는 해당되는 표적유전자가 패턴으로 표지되어 신호를 구분할 수 있다.

핵산증폭용 마이크로입자는 다공성 하이드로젤로 구성되어 있고 광가교반응 을 통해 인식패턴과 프라이머를 포함한 형태로 제작된다. 작과정이 빠르고 안정적이며 대량생산이 가능하여 제품으로 개발할 때 가격경쟁력이 높을 것으로 기대된다.
그림 1은 핵산증폭용 마이크로입자를 제작하는 간편한 과정을 나타낸다.

도장과 같이 올록볼록한 구조를 가진 기판에 폴리머전구물질과 프라이머를 포함한 액체를 떨어뜨려 반구모양의 액적을 만들고 자외선을 쬐어 완성한다.

입자의 크기는 100~500 마이크로미터 정도의 범위에서 조절가능하며 입자식별을 위하여 다양한 패턴을 넣을 수 있다. 현재는 패턴인식으로 10만종류 이상의 입자 식별이 가능한 코드를 적용하여, 한꺼번에 분석하는 유전자 표적의 수는 거의 제한이 없다.

이번 논문에서는 질환의 표지자로 주목받는 miRNA 10종을 1mm 폭의 용기에서 한꺼번에 검출했다.
각각의 miRNA를 선택적으로 증폭하는 입자를 1개씩 모은 10개의 입자다발과 극미량의 생체시료를 섞어넣고 그 속에 포함된 10종의 miRNA 양을 분석한 것이다.

더 작은 입자를 이용하면 100개 이상의 동시분석도 가능하다. iRNA는 생체조절물질로서 폭넓게 연구되는 대상으로, 특히 세포간의 신호를 전달하는 세포외소포체에 풍부하게 포함되어 암, 치매 등의 퇴행성 질환의 진행을 표지하는 마커로서 잠재력이 크다.

이번에 개발된 핵산분석기술을 이용하여 수십종의 miRNA의 양적인 변화를 동시에 측정하면 질환을 보다 정밀하게 진단할 수 있게 된다.