화학과

[화학과 이재범 교수]

 "효소모방 자성-플라즈모닉 나노자임을 이용한 진단센서의 개발"

--생체 효소 활성을 모사하는 자성-플라즈모닉 나노자임을 기반한 폐결핵 및 폐외결핵 진단 센서를 개발하였음--

자성-플라즈모닉 나노자임은 질병 마커의 포획 및 농축에 용이하고, 동시에 생체 효소에 비해 60배 이상 향상된 효소 활성을 보이기 때문에 효소면역측정법(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay, ELISA) 및 임신진단기와 같은 신속진단키트(Lateral flow assay)의 민감도 향상을 위한 효소 대체제로 적용이 용이함.

결핵은 여전히 전세계적으로 매년 100만명이 사망하는 가장 치명적인 감염 질환이지만, 약물 치료를 통한 완치가 가능하기 때문에, 신속한 진단을 통해 치료 단계로 도입시키는 것이 가장 효율적인 관리 전략임. 안타깝게도 의료현장에서 적용되는 배양기반 확진법은 진단에만 수 주의 시간이 걸리기 때문에 이에 대한 어려움을 극복하지 못하고 있음. 

연구진은 자성-플라즈모닉 나노자임을 적용한 ELISA 진단센서를 통해, 비침습적 임상 검체(소변)에서 미량의 결핵균 분비 마커를 검출하여 높은 진단률로 폐결핵 및 폐외결핵의 현장 진단이 가능함을 보였음. 특히, 폐외결핵 중 임파선 결핵은 세침흡인검사(fine-needle aspiration, FNA)를 통한 병변의 악성종양 여부 판별이 중요한데, 비침습적 보조 진단 인자로 처치 판단을 보조할 수 있고, 더욱이 기존 진단법을 통해 확인하기 어려웠던 약물치료 경과에 대한 모니터링이 가능함을 보였음.

본 연구에서 구현한 자성-플라즈모닉 나노자임 진단센서는 간편하고, 빠른 면역진단법의 장점을 유지하면서도, 높은 민감도를 추구할 수 있기 때문에 SARS, 조류독감, Ebola, MERS, COVID-19과 같은 다양한 급성 감염 질병 진단 센서로 적용을 기대할 수 있음. 

본 연구는 지난 10여년간 충남대 화학과 이재범 교수 연구팀(제1저자: 김정효 박사)과 충남대 의대 (김화중 교수), 중앙대 (박태정 교수), 및 동아대 의대 (홍종철 교수, 이동근 교수)의 공동연구를 통해 진행되었고, 연구결과는 화학분야 국제학술지 <에이씨에스 센트럴 사이언스(ACS Central Science, IF=14.553)>에 논문명“Clinical Trial: Magnetoplasmonic ELISA for Urine-based Active Tuberculosis Detection and Anti-Tuberculosis Therapy Monitoring”으로 게재되었음 (https://doi.org/10.1021/acscentsci.1c00948, 게재일: 2021년 10월 26일).