[뉴스워커 창간특집_나노기술을 말하다①] 국내 나노기술, 의료진단기술 새 지평 연다…나노 기술 개발 지원으로 퍼스트 무버 꿈꾸는 한국
[뉴스워커 창간특집_나노기술을 말하다①] 국내 나노기술, 의료진단기술 새 지평 연다…나노 기술 개발 지원으로 퍼스트 무버 꿈꾸는 한국
  • 염정민 기자
  • 승인 2020.02.17 10:53
  • 댓글 0
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바이오센서는 4가지 바이오마커를 종합적으로 측정하여 진단 결과를 내리게 되어 높은 정확도가 기대되고 있는데, 알츠하이머 환자와 정상인의 혈액으로 비교 실험한 결과 88.6%의 진단 정확도를 가지고 있는 것으로 평가받고 있다.기존의 알츠하이머 진단 방법은 의사가 문진을 하여 이상 상태가 있다고 의심이 드는 경우 PET(양전자단층촬영) 검사나 환자의 뇌척수액을 뽑아 검사하는 방법을 활용하는 것이 일반적이다.
KAIST ‘박찬범’ 신소재공학과 교수팀과 ‘스티브 박’ 교수팀이 개발한 나노바이오센서는 4가지 바이오마커를 종합적으로 측정하여 진단 결과를 내리게 되어 높은 정확도가 기대되고 있는데, 알츠하이머 환자와 정상인의 혈액으로 비교 실험한 결과 88.6%의 진단 정확도를 가지고 있는 것으로 평가받고 있다.기존의 알츠하이머 진단 방법은 의사가 문진을 하여 이상 상태가 있다고 의심이 드는 경우 PET(양전자단층촬영) 검사나 환자의 뇌척수액을 뽑아 검사하는 방법을 활용하는 것이 일반적이다.

KAIST ‘박찬범’ 신소재공학과 교수팀과 ‘스티브 박’ 교수팀이 개발한 혈액으로 알츠하이머를 진단할 수 있는 나노바이오센서에 관한 논문이 국제학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature communications)’ 1월 8일자에 게재됐다.

연구팀은 고밀도의 탄소 나노튜브 기반으로 민감도가 높은 바이오센서 개발에 성공한 것으로 평가받고 있는데 개발된 바이오센서는 기존 탄소 나노튜브 기반의 바이오센서보다 민감도가 100배 이상 높은 것으로 알려졌다.

◆ 혈액으로 알츠하이머 진단 가능해진다

연구팀에 따르면 이번에 개발된 바이오센서는 알츠하이머를 진단할 수 있는 베타-아밀로이드 42, 베타-아밀로이드 40, 총-타우 단백질, 과인산화된 타우 단백질 등 4가지 바이오마커를 종합적으로 측정하는 것이 가능하다.

바이오센서는 4가지 바이오마커를 종합적으로 측정하여 진단 결과를 내리게 되어 높은 정확도가 기대되고 있는데, 알츠하이머 환자와 정상인의 혈액으로 비교 실험한 결과 88.6%의 진단 정확도를 가지고 있는 것으로 평가받고 있다.

기존의 알츠하이머 진단 방법은 의사가 문진을 하여 이상 상태가 있다고 의심이 드는 경우 PET(양전자단층촬영) 검사나 환자의 뇌척수액을 뽑아 검사하는 방법을 활용하는 것이 일반적이었다.

그런데 PET 검사의 경우 미국과 유럽 등에서 안전성과 유효성을 인정받고 있지만 고가의 검사 비용이 요구되고 민감도와 특이도가 70~75% 정도로 90% 가까이 나오는 바이오센서와 비교할 때 상대적으로 낮다는 평가이다.

뇌척수액을 뽑아 검사하는 방법 또한 요추천자용 바늘을 이용하여 환자에게 직접적인 영향을 주는 이른바 침습적인 검사 방법이라는 단점을 가지고 있어 의료계에서는 혈액으로 알츠하이머를 진단할 수 있는 나노바이오센서 개발에 적지 않은 관심을 가지고 있다.

이와 같은 배경 하에 국내의 KAIST 연구팀만 혈액으로 알츠하이머를 진단하려고 시도하는 것은 아니라는 평가가 나온다.

‘김영수’ 연세대 약대 교수와 ‘황교선’ 경희대 의대 교수, ‘노지훈’ 서울아산병원 신경과 교수 공동연구팀은 혈액 내의 베타아밀로이드 단백질을 바이오마커로 하는 바이오센서를 개발했는데 이에 관한 논문이 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 2019년 4월 17일자에 게재되기도 했다.

게다가 ‘요미우리신문’은 일본 나고야시립대 연구팀도 2019년 11월 7일 일본 치매학회에서 혈액 속의 바이오마커를 활용한 진단법을 개발했으며 제품화를 추진하고 있다고 발표한 것을 보도하는 등 한국뿐만 아니라 해외에서도 이미 혈액으로 알츠하이머 진단을 시도하고 있는 것으로 분석된다.

결국 관련 분야에서 치열한 경쟁이 예상되므로 혈액으로 알츠하이머를 진단하는 나노바이오센서가 제품으로도 성공하기 위해서는 민감도나 진단 정확도 같은 제품 성능뿐만 아니라 가격과 같은 상업적 요소의 경쟁력도 중요해질 전망이다.

◆ 패혈증, 조류독감을 조기에 진단할 수 있는 초고감도 센서 개발

2019년 9월 16일 ‘재료연구소’는 ‘미국 하버드 의과대학 메사추세츠 종합병원(MGH)’, ‘영국 임페리얼 공대’, ‘독일 뮌헨 공대’와 공동으로 패혈증과 조류독감을 2시간 이내에 초고감도(ppb, 10억분의 1수준 검출 가능)로 진단할 수 있는 바이오센서를 개발했다고 발표했다.

이번에 개발된 바이오센서는 3차원 고밀도 금속 나노 구조체의 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 ppb이하 극미량의 바이오마커 검출이 가능하며, 재료연구소의 ‘박성규’ 박사 연구팀은 금속 나노입자를 진공에서 합성할 수 있는 원천기술을 세계 최초로 확보한 것으로 알려졌다.

‘패혈증’은 조직 혹은 기관이 감염되어 온몸에서 생명을 위험하게 할 정도로 면역반응이 심각하게 나타나는 증상을 의미하는데, 구체적인 증상으로는 호흡수가 빨라지고 구토, 장 마비 등의 소화기 증상이 나타날 수 있으며 시간이 지나면서 조직 괴사와 신경계 이상 등 복합적인 증상이 발현할 수 있다.

특히 패혈증의 치사율은 20~35%이며 패혈성 쇼크의 경우 치사율은 40~60%까지 보고되고 있고 호흡곤란증후군 등의 합병증이 동반될 경우에는 70~80%까지 치사율이 상승한다는 보고도 있을 정도로 패혈증은 치명적인 질병으로 분류된다.

패혈증은 잠복기가 짧아 수 시간에서 수 일안에 쇼크사할 수 있지만 진단과 적절한 조치가 신속하게 이뤄진다면 완치될 가능성도 그만큼 높아진다.

재료연구소의 박성규 연구원은 이번에 개발된 바이오센서가 2시간 이내에 패혈증을 확진할 수 있는 초고감도 쾌속 진단이 가능하므로, 패혈증을 조기에 진단하여 환자에게 신속하게 적절한 조치가 취해질 수 있도록 도울 수 있을 것이란 기대를 숨기지 않았다.

관련 연구 결과는 나노소재분야 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’의 표지 논문으로 게재됐으며 바이오센서 칩 제조 기술은 한국, 미국, 중국에 특허 출원됐다.

현재 재료연구소 측은 MGH와 공동연구로 진단 정확도를 향상시키고 있으며 국내 광학기기 제조업체와 휴대용 진단기기 개발을 추진하고 있는 것으로 알려졌다.

◆ 2020년 나노⦁소재 기술개발사업 시행계획 확정

2019년 12월 20일 ‘과학기술정보통신부(이하 과기부)’는 총 2336억 원 규모의 2020년도 ‘과기정통부 나노⦁소재 기술개발사업 시행계획’을 확정하고 사업을 본격 추진한다고 발표했다.

나노⦁소재 기술개발사업에 투입되는 예산 2336억 원은 전체 소재⦁부품⦁장비 지원 예산인 3359억 원의 69.5% 수준이며 전년 대비 약 136%가 증가한 수준으로, 주력산업의 기술 경쟁력 강화와 신산업 창출을 선도할 나노⦁소재 원천기술 확보와 연구 인프라 확충에 중점적으로 투입된다.

과기부에 따르면 나노⦁소재 분야 선도적 기술 발굴을 통해 미래사회 기술 수요에 대응하고 나노기술 산업화를 촉진하기 위한 ‘나노⦁미래 소재 원천기술개발’에 2020년 442억 원이 투자되며 나노소재, 소자, 나노바이오, 나노 에너지⦁환경 등 8대 분야 60여개 과제를 계속 지원할 예정이다.

게다가 과기부는 기술 개발 지원뿐만 아니라 공공연구기관이 보유한 나노⦁소재 분야의 기초⦁원천 연구 성과를 기업에 이전하여 비즈니스 모델 개발 및 초기시장 진입 또한 지원할 예정인데 이 사업에는 63억 원이 투자된다고 알려졌다.

한국 민간에서는 알츠하이머나 패혈증 등에 나노 기술을 접목한 진단 키트 개발이 활발히 이뤄지고 있으며 한국 정부도 나노 기술 개발과 제품화 지원에 박차를 가하고 있어 나노 분야의 전망이 어둡지 않다는 평가가 나온다.


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