연구성과

POSTECH, 온도계 보듯 ‘간단한’ 심근경색 진단기술 개발

2015-05-08264
화공 전상민 교수팀, 나노입자모세관이용한 진단기술 개발 “화제”

전상민 교수


한국인의 대표적인 사망원인으로 손꼽히는 심근경색은 2시간 이내에 치료하지 않으면 심장마비로 사망할 수 있을 뿐 아니라, 사망하지 않아도 뇌손상 등 심각한 후유증을 얻을 수 있어 특히 신속한 대처가 필요한 대표적인 응급질환이다.
이러한 심근경색을 가정에서 사용하는 온도계처럼 간단하게 검진할 수 있는 기술이 POSTECH(포항공과대학교) 연구팀을 통해 발표됐다.
 
POSTECH 화학공학과 전상민 교수박사과정 이상희 씨 연구팀은 미국화학회(ACS)가 발간하는 권위지, 애널리티컬 케미스트리(Analytical Chemistry)지를 통해 백금나노입자와 모세관을 이용해 심근경색 여부를 알 수 있는 단백질, 트로포닌Ⅰ(Troponin I)을 5분 만에 검출해 눈으로 바로 확인할 수 있도록 하는 기술을 발표했다.
미국화학회가 발표하는 저널들의 논문 중 주요 연구결과로도 선정되어 학계의 관심을 모으고 있는 이 기술은 특히 긴급한 진단을 필요로 하는 응급실은 물론, 의료설비가 충분치 않은 도서벽지나 제3세계 국가에서도 활용할 수 있는 ‘적정기술(Appropriate Technology)’로도 주목을 받고 있다.
 
심근경색으로 인해 심장 근육이 썩어버리면 근육 속에 들어 있는 효소나 단백질이 혈액 속으로 흘러나온다. 그 중에서도 트로포닌Ⅰ는 다른 장기에는 없는 단백질로, 혈액 속에서 이 단백질을 발견할 경우 심근경색 진단을 내리게 된다. 하지만, 이런 단백질의 측정은 시간을 상당부분 소요할 뿐 아니라 고가의 분석장비를 필요로 했다.
 
연구팀은 체온을 재기위해 가정에서도 흔히 사용하는 알코올 온도계의 원리에 주목했다. 이 온도계는 맨 아래 부분에 붉은 색소를 넣은 알코올이 채워져 있고 그 위에 좁은 모세관이 연결되어 있는데 온도가 증가하면 열을 얻은 알코올의 부피가 늘어나 유리관 위로 올라가 온도를 표시하게 된다. 이 원리처럼 모세관 속 잉크방울이 심근경색을 알리는 단백질의 농도만큼 유리관 위로 올라가며 심근경색 여부를 진단할 수 있는 것이다.
 
연구팀은 과산화수소가 백금나노입자와 만나면 산소를 만들면서 부피가 증가하여 유리병 속의 압력이 높아지는 원리를 이용했다. 심근경색을 검출할 수 있는 단백질 트로포닌Ⅰ을 검출할 수 있는 특수 나노입자를 이용, 이를 혈액과 혼합해 유리병에 넣고 잉크가 담긴 모세관이 달린 뚜껑을 닫으면 과산화수소가 나노입자에 의해 분해돼 온도계의 온도가 올라가듯이 잉크방울이 위로 올라가게 된다.
잉크방울의 높이는 온도계와 마찬가지로 단백질의 농도에 따라 달라져 트로포닌Ⅰ 농도를 눈으로 바로 확인할 수 있다.
 
이 방법을 이용하면 5분간의 반응으로 0.1ng/mL의 아주 낮은 농도의 트로포닌Ⅰ도 눈으로 쉽게 확인할 수 있다. 이 기술은 백금나노입자를 활용해 색 변화를 확인해 검출해내는 기존 기술에 비교해도 그 정확성이 높을 뿐 아니라, 심근경색만을 정확하게 검출해내는 특성을 가지고 있다.
또한, 나노입자에 붙이는 항체만 바꾸면 암은 물론 바이러스, 식중독균 등의 진단이나 검출에 이용할 수 있다는 점도 그 넓은 활용도를 기대할 수 있다.
 
한편, 이번 연구성과는 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구자 지원사업의 지원을 받아 수행되었다.