KAIST, 암 진단에 필요한 새로운 형광 증폭 기술 개발

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 암 진단에 필요한 새로운 형광 증폭 기술을 선보였다. 간단한 항체·항원 반응에 기반해 신호를 높이는 기술로 영상을 통한 생체조직 분석과 치료기술 개발 등에 활용할 수 있다.

한국과학기술원(KAIST)은 장재범 신소재공학과 교수 연구팀이 기존 형광 신호 대비 9배 이상 증폭시킨 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

기술을 다중 표지 이미징에 적용한 결과.(자료=한국과학기술원)

최근 3차원 전체 조직 영상화를 가능하게 하는 생체조직 팽창 기술(ExM)과 투명화 기술은 복잡한 세포 간 상호작용과 역할을 알아내는데 사용된다. 부피가 큰 내부 세포 변화를 관찰하려면 약한 형광 신호를 증폭해 높은 이미지 처리를 해야 했다.

지금까지 신호 증폭 기술은 다양한 화학 반응으로 개발됐다. 다수 기술은 단일 화학 반응을 이용하기 때문에 다중 표지 신호 증폭 영상화를 하려면 단일 신호 증폭과 비활성화 과정을 채널별로 반복해야 했다. 유전자 기반의 신호 증폭 기법은 서로 다른 항체에 대한 유전 물질 분자 결합의 최적화 과정이 필요하므로 일반 생물 실험실에서 사용이 어려웠다.

연구팀은 현재 상용화된 형광 분자가 표지된 항체를 사용해 최적화 과정이 별도로 필요 없는 ‘프랙탈(FRACTAL)’이라는 신호 증폭 기술을 개발했다. 이 기술은 항체 기반의 염색 방법으로, 신호 증폭 과정이 간단하다. 신호를 증폭하기 위해 특수 화학 물질을 필요로 하지 않고, 형광 분자가 표지된 2차 항체 염색을 반복해 형광 신호를 증폭시킨다.

연구팀은 기존 형광 신호를 9배 이상 증폭시켰으며, 같은 밝기를 얻는 데 필요한 영상화 시간을 9배 이상 줄일 수 있다는 결과를 얻었다. 연구팀은 초고해상도 현미경으로 분석해 염색 횟수에 따라 항체가 균일한 결합 층을 형성하고, 형광 신호를 증폭시키는 현상도 확인했다.

장재범 교수는 “환자 생체 검사 조직 내부에서 중요하지만 낮은 수준으로 발현되는 바이오마커들을 정확하게 이미징 할 수 있게 해준다”며 “암 진단이나 면역 항암제 반응률 예측 등에 큰 도움이 될 것”이라고 기대했다.

연구 결과는 영국왕립화학회의 ‘나노스케일(Nanoscale)’에 13일자로 게재됐다.