▲ 한국표준과학연구원에서 개발한 고감도 miRNA(마이크로RNA) 센서

한국표준과학연구원 연구진이 저렴하면서도 인체 조직에서 정확하게 miRNA를 검출할 수 있는 고감도 센서를 개발했다.

miRNA(마이크로RNA)는 RNA 중에서도 오히려 다른 RNA의 단백질 발현을 막음으로써 세포의 발생부터 사멸까지 관여한다.

표준연 나노바이오측정센터 이태걸 책임연구원팀은 간단한 효소 반응을 이용, LSPR(ocalized Surface Plasmon Resonance, 국소 표면 플라즈몬 공명): 금속 나노입자나 나노구조체가 특정 파장의 빛과 상호 작용할 때 생성되는 광학 현상) 기반 고감도 miRNA 센서를 개발하는 데 성공했다.

해당 센서는 염기서열 한 개 차이까지 구별하면서 정량 분석이 가능하여 암 진단 및 항암제 효능 평가 등에 적극 활용될 것으로 전망된다.

miRNA는 인간 세포에 2,600개 이상 존재하며 22개의 염기서열로 이루어진 매우 작은 RNA이다.

miRNA는 유전정보를 갖고 있지 않지만 RNA에 결합하여 단백질 발현을 저해하는데, 세포를 구성하는 단백질의 생성을 제어한다는 점에서 수많은 생명현상과 밀접한 관계를 가진다.

이러한 miRNA의 특징을 활용하여 질병을 조기 진단할 수 있는 기술에 학계가 주목하고 있다.

암 환자의 경우 체내에 종양 억제 유전자와 결합하는 miRNA를 과다하게 가지고 있다. miRNA가 암세포의 성장을 막아주는 이로운 단백질의 생성을 방해하기 때문이다. 따라서 체내에 특정 miRNA가 얼마나 있는지 검출하면 질병의 조기 발견이 가능하다.

질병 진단뿐만 아니라 약물 투여 전과 후 miRNA의 양을 추적함으로써 치료 효과를 분석할 수도 있다.

miRNA는 염기서열 중 한 부분만 순서가 바뀌어도 완전히 기능이 바뀌기 때문에 서열 한 개 차이까지 구별하는 정량적인 분석이 필수적이다. 기존에는 miRNA를 분석하기 위해 널리 보급된 PCR(Polymerase Chain Reaction, 중합효소 연쇄 반응)기술을 이용했다. 하지만 PCR은 유전자를 증폭시키고, 별도의 라벨링이 필요하다보니 원상태에서 많은 변형이 이루어져 정확한 분석에 어려움이 있었다.

이태걸 책임연구원팀은 유전자의 증폭이나 라벨링이 필요 없는 LSPR 기술을 도입, 고감도 miRNA 센서를 개발하는 데 성공했다. 이번 기술은 22개의 염기서열 중 단 한 곳만 다른 miRNA까지도 구분할 수 있는 정확도를 자랑한다.

센서의 나노구조체에 빛을 가하면 miRNA 존재유무에 따라 최대 흡수 파장이 다르게 나타나기 때문에 정확한 분석이 가능하다.

연구팀은 기존 LSPR 기술의 문제점이었던 미약한 파장 변화를 극복하기 위해, 센서의 금 나노구조체 표면에서 선택적인 효소반응이 일어나도록 유도했다. 그 결과 기존보다 수십 배 이상의 파장 변화가 발생하여 재현성 있는 고감도의 신호변화를 얻게 되었다.

이태걸 책임연구원은 “KRISS가 개발한 고감도 miRNA 센서는 효율성과 재현성이 높아 의료현장에서 다양한 분석 플랫폼에 적용할 수 있다”며 “기존 기술 대비 제작비용이 절반 수준으로 저렴하고 대면적으로 제작할 수 있어 상용화에도 유리하다”고 말했다.

과학기술정보통신부 바이오의료기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구는 분야 국제학술지 ‘바이오센서 앤드 바이오일렉트로닉스’ (Biosensors and Bioelectronics) 5월 1일자에 게재됐다.