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[서울=뉴스핌] 박다영 기자 = 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 표준검사법인 역전사 유전자증폭방법(RT-PCR)의 진단 시간을 2시간에서 17분으로 줄인 나노PCR 현장진단 기술이 국내에서 개발됐다. 나노PCR은 기존 검사법에 비해 비용을 줄이고 검사 시간 등을 단축하는 검사방법이다. 다만, 백신 개발이 임박한 상황에서 코로나19 진단키트 제품화로 이어지기는 어려울 전망이다.
기초과학연구원(IBS)은 나노의학연구단 천진우 단장과 이재현 연구위원 연구팀이 하버드 의과대학 이학호 교수 연구팀과 공동으로 나노물질을 이용해 검사자 1명의 코로나19 진단검사 결과를 17분 내 검출하는 현장진단(POC) 기술을 개발했다고 3일 밝혔다. 이 연구 결과는 국제학술지 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링'에 게재됐다.
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| [서울=뉴스핌] 박다영 기자 = 천진우 나노의학 연구단 단장이 나노PCR과 기존 RT-PCR 기계를 비교 설명하고 있다. 2020.12.03 allzero@newspim.com |
연구진은 마그네토 플라스모닉 나노입자(MPN)를 개발, 이를 나노PCR에 활용했다. MPN은 자석과 금속의 복합체로 자기력과 광학적 특성을 동시에 가진 나노물질이다. 특정 파장의 빛을 쬐면 흡수 또는 산란하면서 금속 유도전자에 강한 진동을 일으키고 열에너지로 방출하는 플라즈모닉 효과가 있다.
이를 활용한 나노PCR은 특정 파장의 빛에 반응해 빛을 열에너지로 바꾸는 동시에 샘플 분리를 가능하게 하는 자기력을 가진다. 유전물질을 증폭하고 검출하기에 소량만으로도 정확하게 검출할 수 있어 신속성, 정확성 등 장점이 있다. 나노PCR 기기 내 입자들이 신속하게 진단을 내린다. 나노PCR 기기는 기존 기기(높이 1m 이상)들에 비해 작고 가벼워(15×15×18.5cm, 3kg) 휴대성이 높다.
나노PCR 검사는 기존 RT-PCR검사와 동일하게 가래나 콧물 등 검체를 채취해 코로나19 바이러스의 RNA를 추출하고 자석으로 분리, 검출한다. 이후 42℃의 온도에서 RNA를 DNA로 바꾸는 역전사 반응이 일어난다. 여기까지 총 5분이 걸린다. 다음 단계에서는 6분간 90℃와 60℃의 열을 반복적으로 가하면서 DNA를 증폭한다. 증폭이 끝나면 기계 내 자석으로 자기장을 거는데, 이때 MPN 입자는 가라앉고 바이러스 유전물질은 형광을 내며 위로 떠오른다. 이를 통해 코로나19 바이러스 유무를 확인할 수 있는데 검출 및 진단에 3분이 걸린다. 기계 장치를 이용한 단계는 단 11분이다.
또한, 한번에 여러 시료를 탑재할 수 있는 '페리스휠 시스템'을 적용해 분석 처리량을 늘렸다.
기존 RT-PCR은 민감도(양성을 양성으로 진단한 비율), 특이도(음성을 음성으로 진단한 비율) 등 정확도는 높지만, 바이러스 검출에 2시간 이상이 소요된다. 또, 고가의 대형장비를 갖춘 병원에서 전문가들이 진단해야 하기 때문에 장비 설치와 검체 운송 비용이 많다.
연구진은 나노PCR을 활용해 실제 코로나19 환자 검체시험을 진행했다. 결과 환자 1명의 샘플 분석에 약 17분이 걸렸고, 150여 명의 감염 여부를 정확히 판정했다. RT-PCR 수준의 정확도(99%)를 갖추면서 진단시간은 단축한 것이다.
코로나19 외 인플루엔자(독감) 등 RNA, DNA 유전자 질환에 나노PCR을 적용할 수 있을 것으로 전망된다.
천진우 단장은 "코로나19 외에 유전자 증폭이 필요한 질환에는 전부 활용할 수 있다"면서 "코로나19는 백신이 개발 마무리 단계기 때문에 진단키트가 상용화되기는 어렵다고 보고 있다"고 말했다.
천 단장은 이어 "나노PCR의 현장 사용은 아직 어려운 상태"라며 "이번에는 개념적으로 할 수 있다는 과학적, 기술적인 답을 준 것이며 기술에서 상업화를 거쳐 현장으로 가는 데는 시간이 더 걸릴 것"이라고 말했다.
한편, 국내에서 1시간 이내 코로나19 감염 여부를 진단하는 PCR 진단키트는 9개다. 식품의약품안전처는 수술이나 분만 등 응급한 상황에서 1시간 이내에 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)을 진단할 수 있는 키트 9개를 승인했다. 시선바이오머티리얼스, 미코바이오메드, 비오메리으코리아, 진엑스, 코스맥스파마, 에이엠에스바이오, 에스엠엘제니트리, 바이오세움, 랩지노믹스 등이다. 랩지노믹스의 응급용 진단키트는 35분 내 진단이 가능하다.
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