2달러도 안되는 칩 하나로 1시간 안에 뇌암을 신속 진단하는 바이오칩 기술이 나와 학계의 주목을 받고 있다.

특히 이 칩은 세포외 소포에 있는 바이오마커를 변경하는 방식으로 다른 질환에도 확장해 적용할 수 있다는 점에서 조기 진단의 패러다임을 전환할 수 있다는 것이 전문가들의 의견이다.

현지시각으로 27일 네이쳐 자매지인 커뮤니케이션 바이올로지(Communications Biology)에는 신개념 바이오칩 키트에 대한 연구 결과가 공개됐다(10.1038/s42003-024-06385-1).

현재 액체 생검은 다양한 바이오마커의 발견으로 진단 기술에 새로운 바람을 일으키고 있다. 체액만으로 비침습적 검사가 가능하다는 점에서 진단 키트의 핵심이 되고 있는 상황.

최근에는 특히 엑소좀과 미세소포를 포함한 세포외 소포(EV)를 타깃으로 암을 진단하는 기술이 발전하고 있는 상황이다.

50~200mm 정도 직경의 소포체인 세포외 소포는 세포막 구조와 동일한 이중 인지 질막으로 이뤄져 있으며 표면에 특이적 바이오마커들이 발현돼 있어 진단 기술의 표적이 되는 이유다.

노트르담 의과대학 휴에 시아 창(Hsueh-Chia Chang) 교수가 이끄는 연구진은 특히 세포외 소포가 분자보다 10배에서 50배 더 크고 약한 전하를 가지고 있다는 점을 주목했다.

바이오마커의 적용과 더불어 이러한 전하적 특성을 잇는다면 보다 빠르고 정확하게 암을 진단할 수 있다는 판단에서다.

실제로 이번에 개발된 바이오칩은 전기운동 기술을 사용해 바이오마커와 표피 성장 인자 수용체(EGFR)를 감지하는 것에 초점에 맞춰져 있다.

일단 활성 EGFR과 비활성 EGFR을 구별한 뒤 세포외 소포에 있는 활성 EGFR을 선택적으로 감지한다면 뇌암의 일종인 신경교종을 빠르게 진단할 수 있기 때문이다.

이에 따라 연구진은 0,5mm 크기의 저렴한 전기 운동 센서를 사용하는 바이오칩을 개발했다.

합성 실리카 나노입자 센서의 항체를 활용해 세포외 소포에 결합을 유도한뒤 활성 EGFR이 있는지를 파악하고 높은 음전하를 발생시키는 것이 핵심 기술이다.

활성 EGFR이 있는 세포외 소포의 경우 전압이 작용한다는 점에서 만약 전압이 관측된다면 환자에게 신경교종이 있다는 것을 의미하기 때문이다.

즉, 센서를 통해 EGFR을 모으고 전압을 흘려 활성인지 비활성인지를 구별해 최종적으로 신경교종을 진단하는 셈이다.

이러한 방식은 현재 다른 질환에서 활용하고 있는 전기화학 반응 방식이나 형광 센서 기술에 비해 간섭이 적다는 점에서 다양한 질환에 활용할 수 있다는 것이 연구진의 설명이다.

휴에 시아 창 교수는 "이 방식은 다른 입자나 분자의 영향을 받지 않기 때문에 간섭이 적고 형광 센서 등에 비해 더 높은 민감도를 확보할 수 있다"며 "이를 통해 불과 100 마이크로리터의 혈액만으로 1시간내에 진단을 끝낼 수 있다"고 설명했다.

이어 그는 "신경교종의 경우 평균적으로 진단 후 생존 기간이 12개월 정도에 불과하다는 점에서 이에 초점을 맞췄을 뿐 다른 유형의 생물학적 나노입자에도 충분히 확장이 가능하다"며 "특히 생산 비용이 2달러도 되지 않는다는 점에서 조기 진단의 패러다임을 바꿀 수 있을 것"이라고 밝혔다.