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치매 조기 진단키트 개발원천기술 민간기업 이전 및 상용화 진행 중
조충연 기자  |  dw@doctorw.co.kr
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승인 2019.09.17  10:59:56
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▲ 형광 나노 입자 키트의 개발 원리 및 나노 입자의 적용 방법
이번 연구를 위한 탐침 복합체의 구조를 나타내는 개요도이다. (A)는 miRNA 탐지용 탐침 복합체, (B)는 항원 탐지용 복합체이다. 각 복합체는 형광체와 소광체를 포함하는 스템 루프 구조이며, 스트렙토아비딘-링커와 결합할 수 있는 비오틴이 결합돼 있다. 소광체에 의해 형광체가 빛을 내지 못하는 구조지만, 타겟이 결합하게 되면 스템 루프 구조가 열리면서 소광체와 형광체가 멀어져 빛을 낼 수 있게 된다. (C)는 탐침 복합체를 활용한 치매 특이적 miRNA와 항원을 탐지할 수 있는 형광 센서를 제작 순서에 따라 개략적으로 나타낸 개요도이다. 샘플 준비, 나노입자의 결합, 타겟 혼성화 및 형광측정과 같은 일련의 과정에 따라 진행됐다.
   
▲ 마이크로 어레이를 통한 알츠하이머성 치매 특이적인 항원 및 miRNA의 스크리닝
(A)는 Aβ1-42 올리고머를 처리하거나 하지 않은 HT22 세포에서의 miRNA 발현양상의 변화를 나타내는 그래프이다.
(B)는 정상 쥐(non-Tg) 및 치매유발 쥐(APP/PS/APoE 넉아웃 마우스)의 혈장에서 각종 염증 관련 항원 및 알츠하이머 질병 관련 항원의 발현양상을 비교한 그래프이다.
이와 같은 마이크로어레이 결과에 따라 치매 특이적인 항원 및 miRNA, 즉 마커들을 선별할 수 있었다.
   
▲ HT22 세포에서 Aβ1-42 oligomer와 QD525(형광 나노입자)의 발현 확인
Aβ1-42 올리고머를 처리하거나 하지 않은 HT22 세포에서 제작한 형광 나노 입자를 공초점 현미경을 통해 발색을 확인했다. 그 중 알츠하이머성 치매와 관련된 마커로 잘 알려진 miRNA-106b, miRNA-153, miRNA-155 나노 복합체를 제조해 형광 발색을 확인했고, 이미 알려진 바와 같은 양상의 결과를 얻을 수 있었다.
이를 통해 알츠하이머성 치매 진단 키트에 대한 miRNA 표적 형광 나노 입자가 성공적으로 제작됐음을 확인할 수 있으며, 결과는 이전 스크리닝의 결과와 일치했다.
   
▲ 치매 유도 쥐와 정상 쥐에서의 염증 및 알츠하이머성 치매 바이오 마커의 발현 확인
정상 쥐와 알츠하이머성 치매 유도 쥐에서 해마 조직의 플라크 형성을 보여주는 현미경 사진을 통해, 알츠하이머성 치매 유도 쥐 모델을 확립했다. 이어서 쥐의 혈장에서 제작된 형광 나노 입자의 발현 양상을 나타내는 결과 사진이다. 알츠하이머성 치매에서 증가하는 Aβ1-42, Tau, STAT3, NLRP3 마커를 포함한 형광 나노 입자가 알츠하이머성 치매 유도 쥐에서 발색이 증가하는 것을 눈으로 확인할 수 있었다. 이를 통해 알츠하이머성 치매 진단 키트에 대한 항원 표적 형광 나노 입자가 성공적으로 제작됐음을 확인할 수 있었다.
   
▲ 분자 비콘 NANP 센서를 사용한 인간 시료 분석
정상인, 경도인지장애, 치매 환자의 혈장에 존재하는 바이오마커를 대상으로 분자영상기반 치매 조기 진단 키트를 사용한 특이적 miRNA 및 항원의 형광 이미지이다. 치매 중증 정도는 PET(양전자 방출 단층촬영) 및 신경심리검사 CERAD-K를 통해 분류했고, 제작한 키트 사용결과 분류한 치매 중증 정도와 대조했을 때 일치하는 결과를 얻을 수 있었다.
이를 통해 제작한 분자영상기반 치매 조기 진단 키트로 알츠하이머성 치매를 정상인에서부터 경도인지장애, 중증 치매환자까지 진단이 가능한 것을 확인할 수 있었다.

경상대학교 김명옥 교수 연구팀이 치매를 손쉽게 조기 진단할 수 있는 새로운 개념의 진단키트를 개발했다고 과학기술정보통신부가 밝혔다.

치매의 70% 이상을 차지하는 알츠하이머성 치매는 지금까지 통상적으로 PET(양전자 방출 단층촬영)나 인지능력검사 등을 통해 치매 여부를 진단해 왔다.

그러나 이러한 방법들은 치매가 어느 정도 진행된 이후에야 비로소 식별이 가능하고, 고가의 비용이 들며, 치매 진행 정도를 계량화된 지표보다는 정성적으로 표현할 수밖에 없는 한계가 있었다.

김명옥 교수 연구팀은 이러한 한계를 극복하고 치매 증세가 나타나기 이전에 진단해 치매 예방 및 치료를 극대화하는 것을 목표로, 혈액이나 땀 및 침과 같은 간단한 분비물을 시료로 해 초기 잠복 상태의 치매까지 판별해 내는 조기 진단키트를 개발했다.

특히, 이번 연구에서는 각 개인별 맞춤 진단이 가능하도록 miRNA 8종 및 항체 13종, 총 21종의 바이오마커(biomarker) 개발을 통해 치매 진단의 정확도를 높였다.

이번 연구로 개발된 치매 조기 진단키트는 민간 기업에 이전돼 올해 말 제품화를 목표로 임상을 진행하고 있다.

연구진은 등록한 특허 기술과 민간 기업에 이전된 기술에 적용된 임상데이터와 연구방법론이 이번 논문 게재를 통해 국제적으로 인정받음으로써, 향후 동 연구 방법론을 근간으로 하는 실용화와 상용화가 보다 더 속도를 낼 것으로 기대하고 있다.

김명옥 교수는 "치매의 경우 사후 치료 성격의 정밀의료(precision medicine)와 병행해 조기 진단을 바탕으로 선제적인 예방이 강조되는 정밀건강(precision health) 측면에서도 해결책을 찾아야 한다”며, “향후에는 다중오믹스를 활용한 치매 극복 연구에 매진하겠다”는 포부를 밝혔다.

이번 연구는 과기정통부 뇌과학원천기술개발사업 등의 지원으로 수행됐으며, Nature 자매지 Scientific Reports에 9월 12일 논문명 ‘A novel kit for early diagnosis of Alzheimer’s disease using a fluorescent nanoparticle imaging‘, 김명옥 교수(교신저자, 경상대), 박준성(제1저자, 경상대 박사과정), 김상태 박사(제1저자, 분당 서울대 병원), 김상윤 박사(공동저자, 분당 서울대병원), 조민기(공동저자, 경상대 박사과정), 최명준(공동저자, ㈜피토스) 등으로 온라인 게재됐다.

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