퇴행성 뇌질환 등 각종 신경질환 조기 진단 기대

안구에 삽입하여 눈을 통해 알츠하이머를 진단할 수 있는 인공 수정체가 국내 최초로 개발됐다.

한국기계연구원(원장 박상진)은 연세대학교, 연세대 의과대학 용인세브란스병원 및 강남세브란스병원과의 공동 연구를 통해 퇴행성 뇌질환인 알츠하이머를 조기에 진단할 수 있는 안구 내 삽입형 스마트 인공 수정체 개발에 성공하고, 관련 내용을 바이오소재 분야 저명 학술지 Bioactive Materials(IF: 16.874)에 발표했다.

기계연구원 나노공정장비연구실 이재종 책임연구원, 연세대학교 고원건 교수, 세브란스병원 안과 이형근, 지용우 교수 연구팀은 뇌와 직접 연결돼 있는 눈의 특성에 착안, 연구소-대학-병원 간 협력을 통해 다양한 바이오마커(단백질, DNA 등을 이용해 몸 안의 변화를 알아낼 수 있는 지표)의 검출이 가능한 반응성 하이드로젤 기반 센싱 모듈을 개발했다.

그리고 이를 모아레 패턴(규칙적으로 되풀이되는 모양을 여러 번 거듭하여 합쳐졌을 때, 이러한 주기의 차이에 따라 시각적으로 만들어지는 줄무늬)의 신호로 발현하도록 인공수정체에 탑재함으로써 인체 삽입형 바이오 센싱 시스템을 개발했다.

항체가 결합된 하이드로젤 패턴이 목표한 바이오마커와의 반응에 의해 수축하게 되는데, 수축에 의해 좁아지는 하이드로젤 패턴을 기준격자와 겹쳤을 때 생성되는 모아레 신호의 변화를 이용하여 바이오마커를 검출하게 된다. 모아레 신호를 이용하는 경우, 하이드로 젤 패턴의 변화를 직접 감지하는 방식보다 훨씬 고감도의 검출이 가능하다.

또한, 모아레 신호 기반 바이오마커 검출 방법은 기존 바이오센서가 사용했던 전기화학적 혹은 형광 표지를 사용하지 않고도 바이오마커를 직접 검출할 수 있으며, 외부 전력이나 광원이 필요 없어 생체 내 삽입하는 센서로 적합하다는 장점이 있다.

기계연구원 나노공정장비연구실 이재종, 김기홍 책임연구원은 “사회적 문제가 되는 대표적인 뇌질환인 치매를 포함한 각종 신경질환을 조기 진단해 사회적 비용을 줄일 수 있다는 점에서 의미가 크다”며, “상용화에 이를 수 있도록 추가 연구에 박차를 가하겠다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 나노소재기술개발사업의 ‘자유곡면 나노제조공정·시스템 개발 및 비혈액성 질병 모니터링소자 응용’ 과제로 수행됐다.