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현대인 돌연사의 주요 원인 중 하나인 심근경색을 정복하기 위한 각종 의료기기들이 개발되고 있다.
8일 업계에 따르면 국내 연구진들이 신근경색을 신속하게 진단할 수 있는 각종 센서를 개발하고, 심장마비를 예측할 수 있는 심혈관 융합영상기술을 개발했다.
먼저 울산과학기술원 원자력공학부 장재성 교수팀은 혈액 속 ‘트로포닌 I’를 감지하는 전기식 면역 센서를 개발했다.
이 센서에 혈액에서 분리한 혈청을 떨어뜨리면 1분 만에 혈관이 막혀 심장 근육이 괴사할 때 혈액 속에 흘러나오는 단백질인 ‘트로포닌 I’를 감지해낸다.
센서 내부에 트로포닌 I(항원)에만 반응하는 물질(항체)이 내장돼 있고, 항원 양에 따라 높아지는 전기저항을 측정하는 방식이다.
트로포닌 I를 더 빠르고 정확하게 검출하는 데는 유전 영동(dielectrophoresis, DEP) 원리가 적용됐다.
개발된 센서의 성능을 시험하는 데는 500배 희석한 인체 혈청과 완충액으로 쓰는 TBE 용액이 쓰였다.
두 용액에 트로포닌 I와 다른 단백질을 섞어 전기저항을 측정하자, 트로포닌 I에만 높게 반응하는 결과값이 나타났다.
또 1mL의 혈청에 트로포닌 I가 100ng(나노그램, 10억 분의 1g)에서 1pg(피코그램, 1조 분의 1)로 줄어들자 전기저항도 일정하게 낮아졌다. 이 값은 트로포닌 I 농도에 비례해 일정한 수준으로 변했다.
장재성 교수는 “두 가지 결과는 이 센서가 트로포닌 I만 선택적으로 빠르게 채집하고 농도에 따른 전기저항이 일정하게 반영하기에 심근경색 센서로 활용할 때 신뢰도가 아주 높다는 걸 보여준다”며 “인체 혈청 기준으로 1분 정도의 짧은 시간을 가지며, 측정 방법도 간단하다는 면도 장점”이라고 말했다.
포스텍 전자전기공학과 이정수 교수팀은 3차원 나노 그물망 구조를 이용해 단백질 트로포닌Ⅰ(Troponin Ⅰ)을 검출할 수 있는 센서를 개발했다.
연구팀에 따르면 이 센서를 이용해 심근경색을 진단할 때는 기존 진단법보다 정밀도를 20배 이상 향상된다.
심근경색으로 심장근육 괴사가 일어나면 근육 속에 든 트로포닌 Ⅰ 단백질이 혈액 속으로 흘러나오게 되고 이 단백질을 검출해 심근경색을 진단한다.
이 단백질은 심근경색을 일으킨 직후에는 극미량만 나오고 응급 치료가 필요한 질병인 만큼 극미량을 검출할 수 있는 진단기술이 중요하다.
연구팀은 Y자가 반복하는 벌집모양의 3차원 그물망구조를 FET(전계효과트랜지스터) 바이오센서에 응용해 트로포닌 Ⅰ 검출 실험을 한 결과 10분 만에 5pg/㎖을 검출하는데 성공했다.
이 센서는 벌집모양 구조로 기존의 나노선 구조를 이용하는 센서보다 신호변환 능력이 우수하다.
신호변환 능력은 생체물질과 화학물질 특정 정보(농도 등)를 정량화가 가능한 전기적 신호로 변환해 주는 것이다.
또 넓은 표면적으로 센서의 검출한계를 극대화했다.
고려대 구로병원 심혈관센터 김진원 교수팀은 심장 혈관 내 동맥경화반의 위험도를 측정해 사전에 심근경색 가능성을 예측할 수 있는 ‘고속 융합 광학 카테터 영상 시스템’을 자체 개발했다.
연구팀은 이번에 개발한 기술을 이용하면 심장 혈관에 쌓인 동맥경화반의 상태를 영상으로 정확히 측정함으로써 심근경색 가능성을 예측하고 더욱 적합한 치료법을 결정할 수 있다고 설명했다.
또 스텐트 삽입 등의 시술이 심장혈관 내벽에 미치는 영향을 융합 분자 영상으로 정밀하게 평가할 수도 있다고 연구팀은 강조했다./메디컬 한의 기사제휴지 e-헬스통신
강찬우 기자
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