국제 과학자 팀이 알츠하이머병과 파킨슨병의 바이오마커를 탐지할 수 있는 휴대용 비침습적 장치를 개발했습니다. 바이오센서는 테스트 결과를 노트북이나 스마트폰에 무선으로 전송할 수도 있습니다.
이 장치는 환자의 체외 샘플을 대상으로 성공적으로 테스트되었으며, 현재 최첨단 방법에 필적하는 정확도를 입증했습니다. 다음 단계는 이 바이오센서를 사용하여 타액과 소변 샘플에 대한 실험을 수행하는 것입니다. 또한 이 장치는 다양한 다른 조건에 대한 바이오마커를 탐지하는 데 잠재적으로 사용될 수 있습니다.
연구원들은 이 장치가 화학적 감지보다는 전기적 감지에 의존하기 때문에 구현이 더 쉽고 정확하다고 말합니다. 그들의 연구 결과는 최근 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 게재되었습니다.
"이 휴대용 진단 시스템은 전 세계적으로 신경퇴행성 질환에 대한 가정 내 및 현장 진료(진료소 및 요양원 등) 테스트를 가능하게 할 수 있습니다."라고 UC 샌디에이고 공과대학의 생명공학, 기계공학 및 재료과학 교수이자 해당 논문의 교신저자 중 한 명인 Ratnesh Lal은 말했습니다.
조기 발견이 시급하다
2060년까지 약 1,400만 명의 미국인이 알츠하이머병에 걸릴 것입니다. 파킨슨병 등 다른 신경퇴행성 질환도 증가세를 보이고 있다. 알츠하이머병과 파킨슨병에 대한 현재의 최첨단 검사에는 척수 천자와 MRI를 포함한 영상 검사가 필요합니다. 결과적으로, 환자가 침습적 시술에 의해 억제되기 때문에 질병의 조기 발견이 어렵습니다. 이미 증상이 있고 이동성이 제한적이며 지역 병원이나 의료 시설에 조기에 도착할 수 없는 환자에게는 검사가 어렵습니다.
Lal이 연구에 집중하고 있는 분야에서 인기 있는 가설은 알츠하이머병이 더 큰 분자로 응집되어 뇌에서 이온 채널을 형성하는 수용성 아밀로이드 펩타이드에 의해 발생한다는 것입니다.
Lal은 특히 타액과 소변에서 알츠하이머병의 바이오마커인 아밀로이드 베타 및 타우 펩타이드와 파킨슨병의 바이오마커인 알파-시누클레인을 비침습적으로 검출할 수 있는 테스트를 개발하기를 희망하고 있습니다. 그는 전자 테스트가 구현하기 쉽고 정확하다고 믿기 때문에 화학적 테스트보다는 전자 테스트에 의존하기를 원합니다. 그는 또한 테스트 결과를 환자의 가족과 의사에게 무선으로 전송할 수 있는 장치를 만들고 싶어합니다. 이 장치는 텍사스와 중국의 이 연구 공동저자를 포함하여 전 세계 연구자들과의 30년 간의 전문 지식과 협력의 정점입니다.
Lal의 비전을 실현하기 위해 그와 그의 동료들은 코로나 팬데믹 기간 동안 개발한 장치를 적용하여 살아있는 SARS-CoV-2 바이러스의 스파이크와 핵단백질을 감지했으며, 이는 2022년 미국 국립과학원 회보(PNAS)에 설명되어 있습니다. 칩 소형화와 바이오센서 제조의 대규모 자동화가 이러한 획기적인 발전을 가능하게 했습니다.
장치 제조 및 작동 방법
2023년 PNAS(국립과학원 회보) 연구에 설명된 장치는 일반적으로 전계 효과 트랜지스터(FET)로 알려진 매우 민감한 트랜지스터가 포함된 칩으로 구성됩니다. 이 경우 각 트랜지스터는 원자 1개 두께의 그래핀 층(GFET, 여기서 G는 그래핀을 나타냄)과 3개의 전극, 즉 소스 및 드레인(배터리의 양극 및 음극 단자에 연결되어 전류를 흐르는 데 사용됨)과 게이트(전류량을 제어하는 데 사용됨)로 구성됩니다.
게이트에는 아밀로이드 베타, 타우 또는 시누클레인에 특이적으로 결합하는 프로브 역할을 하는 DNA 가닥이 부착되어 있습니다. 이러한 아밀로이드 단백질이 압타머라고 불리는 특정 DNA 가닥 프로브에 결합하면 소스와 드레인 사이의 전류 크기가 변경됩니다. 전류 또는 전압의 이러한 변화는 아밀로이드 또는 코로나19 단백질과 같은 특정 바이오마커를 감지하는 데 사용되는 신호입니다.
연구팀은 알츠하이머병과 파킨슨병 환자의 뇌에서 추출한 아밀로이드를 대상으로 이 장치를 테스트했습니다. 실험 결과는 바이오센서가 기존의 최첨단 방법과 동등하게 두 질병에 대한 특정 바이오마커를 매우 정확하게 감지할 수 있음을 보여줍니다. 이 장치는 또한 매우 낮은 농도에서도 작동합니다. 즉, 단 몇 마이크로리터에 불과한 작은 샘플량이 필요합니다.
또한, 테스트 결과 분석된 샘플에 다른 단백질이 포함되어 있어도 장치가 잘 작동하는 것으로 나타났습니다. 타우 단백질은 검출하기가 더 어렵습니다. 그러나 이 장치는 세 가지 다른 바이오마커를 감지하기 때문에 세 가지 모두의 결과를 결합하여 신뢰할 수 있는 전체 결과를 제공할 수 있습니다.
이 기술은 UC San Diego에서 생명공학 스타트업인 AmperaLife에 라이선스되었습니다. Lal은 회사의 회장이지만 그의 연구는 현재 회사에서 자금을 지원받지 않습니다.
다음 단계에는 장치를 사용하여 혈장 및 뇌척수액을 테스트하고 결국 타액 및 소변 샘플을 테스트하는 것이 포함됩니다. 검사는 병원과 요양원에서 실시됩니다. 이러한 테스트가 성공적으로 진행되면 AmperaLife는 해당 장치에 대한 FDA 승인을 신청할 계획이며 향후 5~6개월 이내에 승인을 받기를 희망합니다. 궁극적인 목표는 1년 안에 제품을 시장에 출시하는 것입니다.
ScitechDaily에서 편집됨