한국생명공학연구원(생명연)은 바이오디자인교정연구센터 우의전 박사 연구팀이 암과 염증 반응의 주요 진단 지표 중 하나인 인터루킨-6(IL-6) 단백질을 초정밀하게 감지할 수 있는 나노바디 기반의 바이오센서를 개발했다고 12일 밝혔다.
IL-6는 면역반응을 조절하는 단백질로, 우리 몸이 염증이나 암세포에 반응할 때 수치가 급격히 높아지는 특징이 있어 췌장암, 신장암, 자가면역질환, 패혈증 등 다양한 질환의 조기진단과 예후 모니터링의 핵심 지표로 활용되고 있다.
기존의 진단기술은 분석 시간이 길고, 숙련된 인력이 필요하며, 극미량의 단백질을 탐지하기에는 한계가 있었다.
연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 기존 항체보다 10분의 1 크기인 나노바디에 주목했다. 나노바디는 낙타과 동물의 항체에서 유래한 초소형 단백질로 일반 항체보다 훨씬 작고 구조적으로 단단하며, 세균에서도 쉽게 생산할 수 있어 진단기기 개발에 매우 유리하다.
특히, 작은 크기 덕분에 센서 표면에 더 촘촘히 부착할 수 있고, 온도와 환경 변화에도 안정적이어서 현장 진단 기기로 발전시킬 가능성이 크다.
연구팀은 나노바디를 한국표준과학연구원이 보유한 액체 속 반응을 직접 감지할 수 있는 실리콘 센서(SIS) 기술과 결합해 세계 최고 수준의 민감도를 갖춘 바이오센서를 구현하는 데 성공했다.
이번에 개발된 센서는 극미량의 단백질도 탐지할만큼 매우 민감하다. IL-6 단백질이 1조분의 1그램(4.5 fg/mL) 수준으로 존재해도 감지할 수 있을 만큼 정밀했으며, 이는 현재 사용되는 ELISA 진단키트 대비 약 1000배 높은 감도에 해당한다.
이 플랫폼을 활용하면 특정 질병 단백질을 인식하는 항체가 이미 확보돼 있는 경우, 해당 항체를 단기간에 나노바디로 바꿔 다양한 센서나 진단기기에 적용할 수 있다.
기술이 상용화되면 암 조기진단은 물론, 병원·가정·응급 현장에서도 신속한 질병 판별이 가능해질 것으로 기대된다.
연구책임자인 우의전 박사는 "이번 연구는 항체공학과 정밀계측기술을 결합해 생체신호를 극미량에서도 감지할 수 있는 새로운 패러다임을 제시한 것"이라며 "이 기술을 통해 암이나 염증성 질환 등 다양한 질병의 초기 단계에서 발생하는 미세한 생체변화를 빠르고 정확하게 진단할 수 있는 기반을 마련했다"고 말했다.