국내 연구진이 사람의 타액(침) 통한 비침습형 콜레스테롤 고감도 분석 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 이수현 박사팀은 혈액 검사 없이 고지혈증과 같은 지질대사 이상 질환자들의 타액(침)에 들어있는 극미량의 콜레스테롤을 분석할 수 있는 고감도 센서 플랫폼을 개발했다고 17일 밝혔다.

혈액 검사와 같은 기존 진단법은 침습적 검사법으로 통증으로 인한 스트레스 유발 및 각종 감염의 위험성을 지니는 단점이 지적됐다.

타액을 이용한 콜레스테롤 측정 기술은 고지혈증과 같은 질병을 손쉽게 자가 진단할 수 있다. 타액 내의 콜레스테롤 농도는 혈액 대비 1/100~1/1,000 정도 수준에 불과하기 때문에 이를 위해서는 민감도가 향상된 센서 및 플랫폼 개발이 필수적이었다.

KIST 연구진은 타액의 측정 프로토콜을 정립하고, 기존의 휴대용 혈중 콜레스테롤 기반의 검출 센서에 비해 1,000 배 정도 높은 민감도를 가지는 센서 및 플랫폼을 개발했다.

KIST 이수현 박사팀은 고농도의 콜레스테롤 산화효소를 고정화할 수 있는 나이트로셀룰로스(Nitrocellulose)페이퍼와 백금 나노 구조를 갖는 고성능 센서를 각각 제작하여, 결합했다. 나이트로셀룰로스(Nitrocellulose)는 플래쉬 코튼이라고 불리는 섬유소(셀룰로스) 중합체의 일종이다.

이 결합된 센서는 타액 내 극미량(ng/ml, 1ml(밀리미터) 용액 속에 존재하는 ng(나노그램)) 수준의 콜레스테롤을 전기화학적 임피던스 변화 측정을 통해 검출이 가능하다. 이는 기존에 빛이 흡수하는 정도로 농도를 측정하는 흡광법과 비교시 약 100배 높은 감도이다. 전기화학 임피던스 측정(Electrochemical impedimetry)는 주파수가 다른 교류신호를 셀에 부여하여 계측하는 측정 방법이다.

연구진은 제작된 센서로 실제 고지혈증 환자의 혈액 및 타액 샘플을 측정·비교한 결과, 타액 내 존재하는 콜레스테롤의 농도가 혈액 내 농도 대비 약 1/1000 정도 비례하여 낮게 존재하는 것을 확인하였다.

KIST 이수현 박사는 “이번 기술은 타액·체액 기반의 각종 호르몬 및 포도당 검출 등에 다양하게 응용될 수 있다”며 “고지혈증을 비롯한 다양한 지질대사 이상 증세의 보다 정확한 진단과 실용화를 위해서 보다 많은 수의 임상 샘플을 이용한 타액 내 저밀도·고밀도 지질단백질 콜레스테롤 및 중성지방 검출을 위한 추가 연구를 수행할 계획”이라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 한국연구재단 바이오·의료기술개발사업 및 KIST 기관고유사업으로 수행됐다. 연구결과는 센서분야 국제학술지인 ‘Sensors and Actuators B: Chemical’ (IF : 5.667, JCR 분야 상위 2.459%) 최신호로 출판됐다.

* (논문명) Enzyme-loaded paper combined impedimetric sensor for the determination of the low-level of cholesterol in saliva

– (제1저자) 한국과학기술연구원 이이재 선임연구원

– (교신저자) 한국과학기술연구원 이수현 책임연구원