지난 12월 3일 개최된 연구성과 브리핑에서 정지용 연구원(왼쪽, 제1저자), 천진우 IBS 나노의학 연구단장(오른쪽, 공동교신저자)가 나노PCR을 시연하는 모습. (자료=IBS)
[디지털머니=이기철 기자] 코로나19 감염 여부를 현장에서 단 17분 안에 진단할 수 있는 초고속 '나노PCR'(nanoPCR) 기술이 국내에서 개발됐다.
기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단(단장 천진우 연세대 교수)은 3일 천 단장과 이재현 연구위원(연세대 고등과학원 교수)팀이 하버드의대 이학호 교수팀과 함께 나노자성물질을 이용해 코로나19 바이러스를 17분 안에 정확히 검출하는 현장진단(POC) 기술을 개발했다고 밝혔다.
■ 정확도 기존 검사와 유사한데 검사 속도 획기적 개선
현재 코로나19 검사에는 항체 기반 신속 진단키트와 RT-PCR이 사용되지만, 국내 확진에는 정확도가 높은 RT-PCR 방식이 표준방법으로 채택돼 활용되고 있다. 항체반응 진단키트는 진단 속도는 빠르지만, 정확도가 낮다.
그러나 현재의 RT-PCR 방식은 검체 채취에서 바이러스 검출까지 4시간 이상이 걸려 현장 대응이 어렵고, 고가의 대형 장비를 갖춘 병원이나 연구소 등으로 바이러스 검체를 운송해 진단해야 하는 등 시간과 비용이 많이 드는 문제점이 있다.
RT-PCR과 nanoPCR의 온도 변화 사이클 속도 비교(자료=IBS)
연구진은 RT-PCR의 이런 한계를 극복하기 위해 플라스모닉 금속 물질과 자성을 띠는 물질을 결합한 30~40㎚(나노미터 :10억분의 1ｍ) 크기의 '마그네토 플라스모닉 나노입자'(MPN)를 개발, 유전자 증폭 시간을 대폭 단축하는 데 성공했다.
MPN은 특정 파장의 빛을 쪼이면 빛 에너지를 빠르게 열에너지로 바꿔주는 나노입자로, 바이러스 유전물질이 함유된 용액의 온도를 90℃ 이상으로 빠르게 상승시켜 분열을 촉진한다.
연구진은 바이러스 RNA를 추출한 뒤 이 열에너지를 활용해 초고속으로 온도를 올렸다 내리는 작업을 진행, 기존 RT-PCR에서 2시간 이상 걸리던 유전자 증폭 과정을 5분 이내로 줄였다.
■ 나노PCR 기술, 향후 다른 바이러스 진단으로 활용 기대
nanoPCR 기술을 이용한 코로나 바이러스 진단 과정(자료=IBS)
MPN은 또 자성을 띠고 있어 증폭 과정이 끝난 뒤 외부에서 강한 자기장을 걸어주면 유전물질과 자동으로 분리되기 때문에 소량의 유전물질로도 정확하게 코로나19 바이러스를 검출할 수 있다고 연구진은 설명했다.
연구진이 나노PCR을 현장에서 사용할 수 있는 작고 가벼운 크기(15x15x18.5㎝. 3㎏)로 제작해 코로나19 확진자 75명과 대조군 75명 검체를 검사한 결과, 정확도는 99% 이상, 민감도는 3.2 copies/㎕로 기존 RT-PCR 방식과 비슷한 수준을 보였다.
천 단장은 "PCR 구동 방법을 개량하고 소형화해 코로나19를 현장에서 손쉽고 신속하게 진단하는 PCR 기술을 개발했다"며 "코로나19뿐 아니라 향후 다양한 바이러스 전염성 질병진단에 유용한 플랫폼으로 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.
이 연구 결과는 이날 국제학술지 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링'(Nature Biomedical Engineering)에 게재됐다.
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