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우울증 바이오마커 측정 가능한 바이오센서 개발
연구책임자 : 권오석
작성일 : 2022-08-22
조회수 : 670

우울증 바이오마커 측정 가능한 바이오센서 개발

- 실시간으로 세로토닌 농도를 확인할 수 있는 기능성 나노섬유 개발
- 향후 우울증 자가 진단 및 관리에 기여 기대


 
□ 국내 연구진이 우울증 바이오마커를 손쉽게 확인할 수 있는 가능한 센서를 개발했습니다.

□ 한국생명공학연구원(원장 김장성) 감염병연구센터 권오석 박사팀은 세로토닌(serotonin)을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 바이오센서 개발에 성공하였다고 밝혔습니다.

 ㅇ 향후 우울증 증상을 호소하는 환자들이 셀프 측정을 통해, 제때 치료를 받을 수 있도록 도움을 줄 수 있을 것으로 기대됩니다.

□ 마음의 감기인 우울증 환자가 최근 5년(2017년~2021년)간 평균 7.8%씩 증가하며 그 수가 100만 명에 달하고 있어 93만 3,481명(최근 5년(2017~2021년) 우울증과 불안장애 진료현황 분석, 건강보험심사평가원, 2022.6.24.)
 그 자체로 이미 하나의 사회적 문제가 되고 있습니다.

□ 우울증의 원인으로는 유전적 소인, 내분비 이상, 스트레스, 성격적 특성, 대인관계의 문제 등과 함께 체내 신경전달물질의 불균형이 관련 있는 것으로 밝혀져 있습니다.

 ㅇ 신경전달물질은 신경의 끝에서 분비되어 연결된 다른 신경에 정보를 전달하는 미세한 물질로, 우울증 환자는 신경전달 물질이 다음 신경으로 전달되기 전에 신호가 감소하거나 혼란이 생긴다는 것입니다.

 ㅇ 여러 신경전달물질 중 우울증에 영향을 미치는 주된 신경전달물질로는 세로토닌, 노르아드레날린, 도파민이 손꼽히고 있습니다.

□ 이 중 세로토닌은 사람의 감정과 식욕, 수면 등의 조절에 큰 영향을 주는 것으로 알려져 있으며, 특히 행복을 느끼게 하고 우울, 불안을 줄이는 데 관여하는 것으로 알려져 항우울제와 불안장애 개선제에 많이 사용되고 있습니다.

□ 현재 세로토닌은 혈액 샘플에서 질량 분석을 하는 방법이 일반적으로 이용되고 있으나, 분석 시간이 오래 걸리고 전문 장비나 인력이 필요하여 일반인이 스스로 측정하기에는 많은 어려움이 있습니다.

□ 이에 연구팀은 세로토닌에 선별적으로 반응하는 바이오 탐침(probe)을 제작하고 이를 전도성 높은 나노섬유와 결합해 극미량의 세로토닌 농도도 검출할 수 있는 바이오나노 센서를 개발했습니다.

 ㅇ 센서가 세로토닌과 반응하며 발생한 전기적 신호를 실시간으로 모니터에서 확인하여 간편하게 체내 세로토닌의 농도를 측정할 수 있도록 하였습니다.

 ㅇ 개발한 센서는 세로토닌이 포함된 인공 체액에서 유효성 평가에서도 높은 수준의 신뢰성을 나타내어 임상시험에서의 적용 가능성을 확인했습니다.

□ 연구책임자인 권오석 박사는 “세로토닌의 실시간 모니터링으로 세로토닌의 체내 기능에 미치는 영향뿐만 아니라, 외부의 유해한 자극에 대한 분비 변화량을 관찰할 수 있게 되었다”라며,

 ㅇ “현장 진단용 센서 원천기술로써 질병의 자가 진단과 환경 분야 등 다양한 분야로 응용이 가능할 것으로 기대된다”라고 밝혔습니다.

□ 이번 연구는 나노과학 분야의 세계적인 저널인 Nano Convergence(IF 10.038) 7월 12일자 온라인 판에 게재되었습니다.


 ㅇ 논문명 : Real-time monitoring of serotonin with highly selective aptamer-functionalized conducting polymer nanohybrids
 ㅇ 저자정보 : (교신저자) 권오석 박사 / (제1저자) 서성은 박사과정생, 임성지 연구원
 
< 그림 설명 > 

- 그림 1. 전도성 나노섬유 기반의 체내 분비 신경전달물질 실시간 검출 모식도

 체내에서 신경전달물질로써 분비되는 세로토닌을 선택적으로 결합 가능한 바이오 탐침이 고정화되어 있는 전도성 나노섬유를 활용하여 모니터링 시스템 개발

- 그림 2. 전도성 나노섬유 제작 및 바이오 탐침 고정화 모식도

 (a) 전도성 나노섬유 제작 모식도
 (b) 전도성 나노섬유 표면 분석 이미지
 (c) 바이오 탐침 고정화 모식도
 (d) 바이오 탐침형광 검출 결과

- 그림 3. 

 (a) 세로토닌 검출 전후 압타머 구조 변화 모식도
 (b) 농도별 세로토닌 주입 시, 전도성 나노섬유 전류 변화 그래프
 (c) 세로토닌 및 유사 구조체와 압타머 결합 시뮬레이션 결과

- 그림 4. 

 (a) 인공 체액(인공 혈청 및 뇌척수액)에서의 세로토닌 검출 결과
 (b) 인공 체액(인공 혈청 및 뇌척수액)에서의 세로토닌 유사체 검출 결과