한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 이수현 박사팀은 혈액 검사 없이 고지혈증과 같은 지질대사 이상 질환자들의 타액(침)에 들어 있는 극미량의 콜레스테롤을 분석할 수 있는 고감도 센서 플랫폼을 개발했다고 밝혔다.

타액을 이용한 콜레스테롤 측정 기술은 고지혈증과 같은 질병을 손쉽게 자가 진단할 수 있다. 혈액 검사와 같은 기존 진단법은 침습적 검사법으로 통증으로 인한 스트레스 유발 및 각종 감염의 위험성을 지니는 단점이 지적됐다.

그러나 타액은 시간과 장소에 구애받지 않고 비침습적으로 손쉽게 시료 수집이 가능하고, 혈액 내의 콜레스테롤 같은 각종 바이오마커 농도와 높은 상관 관계를 갖기 때문에 타액을 기반으로 하는 비침습적 진단기기 개발 연구들이 활발히 이루어지고 있다.

그러나 타액 내의 콜레스테롤 농도는 혈액 대비 1/100~１/1,000 정도 수준에 불과하기 때문에 이를 위해서는 민감도가 향상된 센서 및 플랫폼 개발이 필수적이었다.

KIST 연구진은 만성대사성 질환에 대한 전주기적인 조기진단 및 질환 예방을 위한 새로운 패러다임인 사용자 친화적인 임상진단 기술을 개발하기 위해서 타액의 측정 프로토콜을 정립하고, 기존의 휴대용 혈중 콜레스테롤 기반의 검출 센서에 비해 1,000배 정도 높은 민감도를 갖는 센서 및 플랫폼을 개발했다.

KIST 이수현 박사팀은 고농도의 콜레스테롤 산화효소를 고정화할 수 있는 나이트로셀룰로스(Nitrocellulose) 페이퍼와 백금 나노 구조를 갖는 고성능 센서를 각각 제작해 결합했다. 이 결합된 센서는 타액 내 극미량(ng/ml, 1ml(밀리미터) 용액 속에 존재하는 ng(나노그램)) 수준의 콜레스테롤을 전기화학적 임피던스 변화 측정을 통해 검출이 가능하다. 이는 기존에 빛이 흡수하는 정도로 농도를 측정하는 흡광법과 비교시 약 100배 높은 감도이다.

연구진은 제작된 센서로 실제 고지혈증 환자의 혈액 및 타액 샘플을 측정·비교한 결과, 타액 내 존재하는 콜레스테롤의 농도가 혈액 내 농도 대비 약 1/1000 정도 비례해 낮게 존재하는 것을 확인했다.

이수현 박사는 “이번 기술은 타액·체액 기반의 각종 호르몬 및 포도당 검출 등에 다양하게 응용될 수 있으며, 혈액 기반 진단 칩 시장에 비해 편의성과 기술적 진보성에서 우위를 점할 것으로 기대된다”고 연구의의를 밝혔다.

또한, “고지혈증을 비롯한 다양한 지질대사 이상 증세의 보다 정확한 진단과 실용화를 위해서 보다 많은 수의 임상 샘플을 이용한 타액 내 저밀도·고밀도 지질단백질 콜레스테롤 및 중성지방 검출을 위한 추가 연구를 수행할 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원으로 한국연구재단 바이오·의료기술개발사업 및 KIST 기관고유사업으로 수행됐고, 연구결과는 센서 분야 국제학술지인 ‘Sensors and Actuators B: Chemical’(IF : 5.667, JCR 분야 상위 2.459%) 최신호에 논문명 ‘Enzyme-loaded paper combined impedimetric sensor for the determination of the low-level of cholesterol in saliva’, (제1저자)한국과학기술연구원 이이재 선임연구원, (교신저자)한국과학기술연구원 이수현 책임연구원 등으로 출판됐다.