코드분할다중접속(CDMA) 기술 활용 알츠하이머병 조기진단

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 미세한 신경전달물질을 형광 표지 없이도 정확하게 분석할 수 있는 기술을 개발했다. 세계최초로 이동통신에 사용되는 코드분할다중접속(CDMA)을 적용해 분자물질의 종류를 알아냈다. 이 기술을 이용해 알츠하이머병이나 파킨슨병 같은 신경질환을 조기에 진단할 수 있을 것으로 연구진은 전망했다.

한국과학기술원(KAIST) 바이오및뇌공학과 정기훈 교수팀이 디지털 코드 라만 분광 기술을 세계 최초로 개발했다. 정기훈 교수팀은 생체 분자의 광학 검출의 기술적 장벽인 신호대잡음비를 1000배 이상, 검출한계를 기존 대비 10억배인 아토몰(100경 분의 1mole) 단위까지 향상시켰다.

연구진은 이 기술이 바이오 이미징, 현미경, 바이오 마커 센서, 약물 모니터링, 암 조직 검사 등의 다양한 분야에 활용될 수 있다고 설명했다.

분자물질을 알아내는 방법인 라만 분광법은 특정 분자에 레이저를 쏴 그 분자의 전자 에너지값 차이만큼 에너지를 흡수하는 현상을 이용한다.

연구진이 개발한 대역확산 라만 분광 기술은 물질의 고유진동 지문을 측정하는 성분 분석과 전처리가 필요하지 않다는 라만 분광 기술의 장점을 그대로 유지했다. 이를 통해 기존 기술의 한계를 극복했다.

정기훈 교수는 "이번 결과를 바탕으로 향후 휴대용으로 소형화를 진행하면 낮은 비용으로 무표지 초고감도 생체 분자 분석 및 신속한 현장 진단이 가능해질 것"이라고 설명했다. 또한 "신경전달물질 뿐만아니라 다양한 생화합물 검출, 바이러스 검출, 신약평가분야에 크게 활용될수 있을 것"이라고도 말했다.

뇌세포와 관련된 신경질환에는 알츠하이머병, 파킨슨병, 우울증 등이 있다.이런 신경질환은 뇌세포에서 만들어지는 신경전달물질이 적절히 분비되지 않거나 불균형으로 분비돼 발생하는 질병이다. 신경 질환의 조기 진단을 위해서는 지속적인 신경전달물질 농도 변화를 모니터링하는 것이 중요하다.

연구진은 대역확산 라만분광기술로 1mM 농도의 도파민, 세로토닌, 아세틸콜린, 가바, 글루타메이트 5종의 신경전달물질을 별도의 표지없이 검출했다. 이는 기존 라만분광기술에 비해 1000배 이상 신호대잡음비가 증가한 것이다.

또 신경전달물질의 농도를 1mM(1000분의 1 몰)에서 아토몰까지 변화시켜가며 신경전달물질의 라만 스펙트럼을 측정했다. 그결과 5종의 신경전달물질의 검출한계가 아토몰(aM) 수준임을 확인, 신경질환 조기진단이 가능함을 보였다.

이번 연구는 KAIST 바이오및뇌공학과 이원경 박사과정이 제 1저자로 참여해 세계적 권위의 과학전문지 '네이처'의 자매지인 '네이처 커뮤니케이션스'에 8일자 온라인판에 발표됐다.

[e-mail] 김만기 기자