UNIST(총장 정무영) 생명과학부의 조윤경 교수(IBS 첨단연성물질연구단 그룹리더)팀은 소변에서 ‘나노 소포체’를 분리하고 검출하는 장치인 ‘엑소디스크(Exodisc)’를 개발했다. 나노 소포체를 분석하면 암 등 각종 질병 유무를 파악할 수 있다.

하지만 지금까지 나노미터 크기의 미세한 입자를 효과적으로 걸러낼 마땅한 방법이 등장하지 않았다. 세포를 분리하는 원심분리법을 사용할 수도 있지만, 이 경우 기존보다 500배 이상 빠른 속도로 회전시켜야 하며 초고속원심분리기가 필요하다.

밀도가 낮은 나노 소포체를 분리하려면 그만큼 큰 힘이 필요하기 때문이다. 또 시료를 준비하는 과정이 복잡하고 처리 시간도 오래 걸린다.

조윤경 교수팀은 ‘엑소디스크’라는 랩온어디스크(lab-on-a-disc)로 이런 한계를 극복했다. 원심력을 키우지 않아도 미세입자를 효과적으로 걸러낼 필터를 추가한 것이다. 이를 이용하여 기존의 초고속원심분리법보다 300배 낮은 원심력(< 500g)으로도 나노 소포체를 회수할 수 있었다.

엑소디스크에 장착된 필터의 구멍 크기는 세균이나 불필요한 단백질은 빼고 효과적으로 나노 소포체를 분리하기 위해 임의로 설정한 값이다. 실제 농축된 물질에 효소면역분석을 진행한 결과 방광암 환자에게서 나온 나노 소포체를 검출하는 데 성공했다.

또 엑소디스크는 나노 소포체 표면에 있는 단백질의 항원-항체 반응을 이용하는 방법보다도 효과적이다. 항체가 없어도 크기 차이만으로 나노 소포체를 회수할 수 있기 때문이다.

조윤경 교수는 “엑소디스크를 이용하면 30분 안에 소변에서 나노 소포체를 채집할 수 있다”며 “원심력을 이용하면서 필터를 통과하는 과정이 자동으로 진행돼 나노 소포체를 효과적으로 회수한다”고 말했다.

연구진은 방광암 환자의 소변을 이용해 엑소디스크의 성능도 확인했다. 소변을 거른 뒤 농축된 나노 소포체로 효소면역분석을 진행하자 정상인과 달랐던 것이다.

조윤경 교수는 “현재 채집한 나노 소포체를 분석해 암 등의 질병을 판단하는 연구를 추가로 진행하고 있다”며 “소변 등의 체액으로 암 등의 질병을 간단히 진단할 수 있는 기술을 완성하기 위해 최선을 다하겠다”고 밝혔다.

이번 연구는 Institute of MD healthcare의 김윤근 박사팀과 공동으로 진행됐다. 연구 지원은 기초과학연구원, 보건복지부 및 SRC를 통해 이뤄졌다. 연구 성과는 ‘ACS Nano’ 28일자로 출판됐다.