초기 알츠하이머병 진단 플랫폼 개발
- 혈액 검사를 통한 초기 알츠하이머병 바이오마커 검출 시스템 개발
- 알츠하이머병 조기 진단 및 효율적 치매 환자 관리 기여 기대
□ 국내 연구진이 초기 알츠하이머병 진단 플랫폼을 개발하였습니다.
□ 한국생명공학연구원(원장 김장성, 이하 생명연) 바이오나노연구센터 임은경 박사 연구팀과 건양대학교(총장 이철성) 의과대학 문민호 교수 공동 연구팀은 혈액 검사를 통해 초기 알츠하이머병을 조기에 진단할 수 있는 플랫폼을 개발하였습니다.
ㅇ 이를 통해 향후 효율적인 치매 환자의 관리 및 치료 전략 개발에 크게 이바지할 수 있을 것으로 기대됩니다.
□ 알츠하이머병은 기억 상실과 인지 장애를 동반하는 노인성 치매로, 오늘날까지 효과적인 치료방법이 없어 조기의 정확한 진단을 통해 병환의 진행을 늦추는 것이 치료의 핵심입니다.
□ 일반적으로 알츠하이머병을 진단하기 위해 아밀로이드-베타(amyloid-beta) 펩타이드(peptide)와 인산화-타우(phosphorylated tau) 단백질을 바이오마커로 사용하고 있으나, 이를 위해서는 뇌척수액이 있어야 하는 등 환자의 부담이 큰 것이 사실입니다.
□ 이를 대체하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이 중 혈액 내 치매에 대한 정보를 담은 바이오마커를 발굴하는 연구가 각광받고 있습니다.
ㅇ 특히 마이크로RNA(miRNA)는 크기가 매우 작아 엑소좀 등의 전달체를 통해 뇌혈관 장벽(Brain Blood Barrier, BBB)을 통과할 수 있어, 이를 분석하면 간접적으로 뇌 질환의 진행 정도를 파악할 수 있습니다.
□ 연구팀은 알츠하이머병 환자의 혈액에서 miRNA의 일종인 miR-574가 크게 증가함을 확인하고, 이를 검출할 수 있는 진단시스템을 개발하였습니다.
ㅇ 하이드로겔 구조체로 된 진단시스템은 내부에 CHA(Catalytic Hairpin Assembly) 기반의 형광 신호 증폭 프로브(probe)를 장착하여 추가적인 첨가물이나 별도 과정 없이도 고감도로 유전자를 검출할 수 있도록 하였습니다.
* CHA 이론 : 두 가지 준안정성을 갖는 DNA 구조체를 이용하여 효소 또는 열 조절 없이 실온에서 자가 신호 증폭을 통해 고감도의 유전자 검출이 가능한 기술
ㅇ 해당 바이오마커 검출 시 형광 현상이 발생하여 알츠하이머 치매의 발병 여부를 진단할 수 있도록 설계하였습니다.
□ 공동 연구책임자인 임은경 박사는 "혈액만으로 알츠하이머병의 바이오마커를 고감도로 검출할 수 있는 것이 우수한 점"이라며, "차후 노인성 치매의 초기 진단과 예후 모니터링 분야에 활용하여 고령화 시대의 국민건강과 복지증진에 기여할 수 있을 것으로 기대된다."라고 밝혔습니다.
□ 이번 연구는 바이오센서 분야의 세계적인 저널인 Biosensors and Bioelectronics(IF 10.257) 4월 12일자 온라인 판에 게재되었습니다.
ㅇ 논문명 : Microfluidic device for one-step detection of breast cancer-derived exosomal mRNA in blood using signal-amplifiable 3D nanostructure (첨부파일 참조)
ㅇ 저자정보 : (교신저자) 생명연 임은경 박사, 건양대 문민호 교수 / (제1저자) UST 생명연 캠퍼스 임재우 박사과정
< 그림 설명 >
- 그림 1. 혈액 내 알츠하이머병 유래 microRNA 검출시스템 개략도
a. 유전자 검출 프로브의 하이드로젤 내부 고정화
b. 자외선을 이용한 하이드로젤의 제작
c. 하이드로젤 형태에 따른 다양한 활용 가능성
d. 광 리더기 또는 휴대용 리더기를 이용한 하이드로젤의 형광 측정
- 그림 2. 유전자 검출 프로브의 연쇄 작용 검증
a. CHA 기반 유전자 증폭 프로브의 작동 개요도
b. 전기영동을 통한 프로브의 연쇄 반응 확인
c. 유전자 검출 프로브의 지질구조체 봉입 및 해리
d. 단일 프로브 대비 연쇄 작용을 통한 형광 신호 증폭을 나타냄
- 그림 3. 임상 시료를 통한 유전자 검출 시스템 검증
a,b. 일반인과 알츠하이머병 환자의 혈액에서 추출한 miR-574와 miR-1187의 발현량 비교
c.d. 일반인과 알츠하이머병 환자의 뇌척수액에서 추출한 miR-574와 miR-1187의 발현량 비교
e.f. 유전자 검출 시스템의 시료별 형광 신호의 강도를 나타냄
- 그림 4. 휴대용 형광 측정기의 구조 및 측정 결과
a. 휴대용 형광 측정기의 내부 구조
b. 휴대용 형광 측정기의 형광 신호 측정 모식도
c. 표적 유전자의 농도별 형광 신호
d. 휴대용 형광 측정기의 표적 유전자 농도별 신호의 강도와 양성 기준선을 나타냄
