KIST-서울대 공동연구팀, 암 혈관세포 특이 단백질 발굴 및 이를 제거하는 항암치료제 개발 - 암 혈관세포에만 특이적으로 발현되는 ‘Doppel’(단백질) 발굴 - ‘Doppel’ 적중하여 제거하는 경구용 헤파린 유도체 개발, 항암효과 검증 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 의공학연구소 테라그노시스연구단 김인산 박사 연구팀과 서울대 융합과학기술대학원 및 약학대학 변영로 교수 연구팀은 항암제를 회피하는 능력을 가지고 있는 암세포를 직접 적중하는 대신에 비교적 형질의 변화와 적응력이 낮고, 암조직의 생존에 필수적인 암 혈관세포만 선택적으로 적중할 수 있는 단백질을 발굴하였으며, 이를 적중하는 기술을 개발하여 항암효과를 검증했다. 기존의 암 혈관형성을 억제하는 아바스틴(*용어설명)과 같은 항암제가 개발되어 임상에서 사용 중에 있으나 암 혈관에만 선택적으로 작용하지 않는 부작용이 있었으며, 장기적으로는 암 조직이 다른 혈관형성기전을 진행함으로써 암세포가 계속 생존할 수 있게 된다. 본 연구팀은 이 두 가지 문제 중 첫 번째 문제인 부작용을 줄일 수 있는 길을 규명했다. 발굴한 특정 단백질이 암 혈관에만 선택적으로 작용함으로써 다른 조직에는 영향을 최소화 한다는 것을 밝혔다. 연구팀은 향후 추가 연구를 통해 암혈관형성의 새로운 경로 발현까지 억제할 수 있는 방법을 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 이번 연구의 또 다른 중요한 의미는 환자의 치료편의성을 높인 경구용 항암제의 개발이다. 일반적으로 혈액 응고를 억제하는 ‘헤파린’(*용어설명)을 사용하고 있었으나, 이번 연구를 통해 헤파린을 변형시켜 혈액응고 효과는 없으면서 경구흡수가 가능하고 암 조직 혈관에서만 발현되는 Doppel(*용어설명) 단백질의 작용을 억제할 수 있는 물질을 개발하여 항암제로서의 개발 가능성을 보였다. 연구팀은 현재 Doppel 단백질의 기능을 억제하는 단 클론항체를 개발하여 항암치료효과를 보는 연구와 Doppel 유전자를 지닌 마우스를 제작하여 이 단백질의 암 혈관형성에서의 중요성을 검증하는 연구를 진행 중이다. 고령화 시대의 대표적 질환인 암은 국민 3명당 1명이 걸린다는 통계가 말해주듯이 의료계의 난제 중 하나이다. 의료계와 학계에서는 지금까지의 항암치료 관련 전략의 패러다임 전환이 필요함을 인식하게 되었고, 새로운 개념과 전략들을 발표하고 있다. 현재 항암제 개발의 주요 전략은 암세포만 선택적으로 찾아 제거할 수 있다는 타겟 항암 치료에 초점이 맞춰져 있다. 일부 항암제 개발의 성공에도 불구하고 암세포의 다형성(heterogeneity)과 복잡적응성(complex adaptiveness)로 인해 항암치료 효과가 기대에 미치지 못하는 실정이고, 최근 면역 항암 치료제의 부분적 성공으로 인해 치료에 대한 기대가 커지고 있음에도 불구하고 단일 치료법만으로는 한계가 있다. 본 연구는 KIST 의공학연구소 기관고유사업, 미래창조과학부 의학-첨단과학기술 융합원천기술개발사업과 보건복지부 암정복사업의 일환으로 추진되었으며, 세계적으로 권위 있는 과학지인 ‘Journal of Clinical Investigation’ 2016년 3월 7일자 온라인판에 게재되었다. * (논문명) Targeting prion-like protein doppel selectively suppresses tumoral angiogenesis’ - (제1저자) Texas Tech Univ. Taslim Ahmed Al-Hilal - (교신저자) 한국과학기술연구원 김인산 박사 (교신저자) 서울대학교 융합과학기술대학원 및 약학대학 변영로 교수 <그림자료> <그림 1> 정상폐조직(좌상)과 폐암조직(좌하)에서 Doppel단백질의 발현과 정상폐조직(우상)과 폐암조직(우하)에서 혈관염색. 정상 폐조직의 혈관에서는 Doppel단백질의 발현이 없으나 폐암조직의 혈관에는 Doppel단백질이 많이 발현하고 있다. <그림 2> 헤파린 유도체(LHbisD4)에 의한 항암효과. 헤파린 유도체를 경구로 투여하였을 때 암의 성장이 현저히 줄어듦. <그림 3> 암혈관 특이 단백질(Doppel) 을 적중하는 암 치료 기전 암조직의 혈관만을 선택적으로 적중함으로써 부작용이 적은 항암제의 개발이 기대됨

마이크로 입자다발로 수십 종의 유전자를 동시에 진단하는 원천기술 개발 -메르스, 지카바이러스 등 신변종 감염병 조기 정밀진단 적용가능 최근, 차세대 유전자 시퀀싱 기술과 생물정보학의 발전으로 질환과 유전자와의 상관관계가 밝혀지고 있다. 특히, 유전자 변이에 의한 질환인 각종 암과 감염원에 의한 만성질환 등은 유전자를 정밀하게 분석함으로써 질환의 특징을 자세히 파악할 수 있다. 질환에 대한 정보를 보유한 유전자는 현재까지 real-time PCR(실시간 핵산증폭(polymerase chain reaction), *용어설명) 기술로 한번에 3~4종의 유전자까지만 분석할 수 있었다. 따라서 여러 종의 마커를 분석하려면 그에 따른 비용이 가중되어 진단법으로 자리잡는데 불리하며, 환자로부터 얻는 시료 중에는 여러 번의 분석에 필요한 양을 채취하기 어려운 경우도 있다. 한국과학기술연구원(KIST 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김상경 박사팀은 기존의 유전자 정밀 다중분석 비용과 시료의 제한을 해결하기 위해 표지(Marker)를 가진 마이크로 입자에서 핵산을 고효율로 증폭하는 기술을 개발했다. 표적 유전자만을 증폭하는 프라이머(특정 DNA단편, *용어설명)을 다량 함유한 다공성 마이크로입자에서, 실시간으로 증폭과정의 형광신호를 측정하여 그 유전자의 유무와 양을 측정한다. 몇 가지 유전자를 동시에 분석하고자 하면 해당되는 입자를 골라서 시료와 섞고 함께 분석하면 되고, 이때 각 입자에는 해당되는 표적유전자가 패턴으로 표지되어 신호를 구분할 수 있다.. 핵산증폭용 마이크로입자는 다공성 하이드로젤 (*용어설명)로 구성되어 있고 광가교반응 (*용어설명)을 통해 인식패턴과 프라이머를 포함한 형태로 제작된다. 제작과정이 빠르고 안정적이며 대량생산이 가능하여 제품으로 개발할 때 가격경쟁력이 높을 것으로 기대된다. 도장과 같이 올록볼록한 구조를 가진 기판에 폴리머 전구물질과 프라이머를 포함한 액체를 떨어뜨려 반구모양의 액적을 만들고 자외선을 쬐어 완성한다. 입자의 크기는 100~500 마이크로미터 정도의 범위에서 조절가능하며 입자식별을 위하여 다양한 패턴을 넣을 수 있다. 현재는 패턴인식으로 10만 종류 이상의 입자 식별이 가능한 코드를 적용하여, 한꺼번에 분석하는 유전자 표적의 수는 거의 제한이 없다. 김상경 박사팀은 질환의 표지자로 주목받는 miRNA (*용어설명) 10종을 1.5 mm 폭의 용기에서 동시에 검출하였다. 각각의 miRNA를 선택적으로 증폭하는 입자를 1개씩 모은 10개의 입자다발과 극미량의 생체시료를 섞고 그 속에 포함된 10종의 miRNA 양을 분석한 것이다. 더 작은 입자를 이용하게 되면 100개 이상의 동시분석도 가능하다. miRNA는 생체조절물질로서 폭넓게 연구되는 대상으로, 특히 세포간의 신호를 전달하는 세포외 소포체(*용어설명)에 풍부하게 포함되어 암, 치매 등의 퇴행성 질환의 진행을 표지하는 마커로서 잠재력이 크다. 이번에 개발된 핵산분석기술을 이용하여 수십 종의 miRNA의 양적인 변화를 동시에 측정하면 질환을 보다 정밀하게 진단할 수 있게 된다. 이번 연구는 여러 가지 핵산을 분석하는 동시에 감염성 질환을 정밀하게 파악하고 치료하는 데에도 적용가능하다. KIST 김상경 박사는 “감염균의 정확한 유전형(*용어설명)과 약물 내성 등을 단 1회 분석만으로 파악이 가능하며, 같은 비용으로 환자에게 더 유리한 의료서비스를 제공하는 차별화된 진단기술로 발전될 수 있다. 특히 퇴근 메르스나 지카바이러스 등 신변종 감염병 바이러스와 같이 시급하고 정밀한 진단이 필요한 경우 유용한 기술로 활용되기를 기대한다. 향후 빠른 시일안에 상용화가 될 수 있도록 임삼시험등 필요한 연구들을 계속 진행해나가는 것이 목표”라고 말했다. 본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 개방형 연구사업, 미래원천 연구사업, 보건복지부 미래융합 의료기기 개발사업을 통해 수행되었으며 연구결과는 세계적 권위를 자랑하는 Nature의 자매지로서 융합기술분야 국제 저명 학술지인 Scientific Reports (IF: 5.578)에 3월 온라인판에 게재되었다. 또한 해당 연구결과는 국내특허 (출원번호: 1020130128696) 및 해외 PCT (출원번호: PCT/KR2016/001493) 출원되어 등록과정에 있다. * (논문명) Extensible Multiplex Real-time PCR of MicroRNA Using Microparticles - (제1저자) 한국과학기술연구원 정승원 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김상경 박사 <그림자료> <그림1> 표적유전자용 다공성 표지입자의 구성도 및 표적 유전자 농도별 입자내 형광 증폭 과정 <그림2> 입자의 제작과정 (위) 및 제작된 표지입자 이미지 (아래) <그림 3> 5종의 서로 다른 miRNA 입자를 배열한 후 각기 다른 농도의 유전자를 주입하여 실험한 결과, 각 입자는 서로간의 교차반응 없이 주입된 농도에 맞는 신호를 보임 <그림 4> 세포외소포체로부터 채취한 미량의 시료로부터 10종의 miRNA를 다중 분석한 결과. 무작위로 2종의 miRNA를 넣어준 결과 다른 유전자의 신호에 영향없이 2종 miRNA의 신호만 변한 것을 확인 <그림 5> 정밀 감별진단 개념도

마이크로 입자다발로 수십 종의 유전자를 동시에 진단하는 원천기술 개발 -메르스, 지카바이러스 등 신변종 감염병 조기 정밀진단 적용가능 최근, 차세대 유전자 시퀀싱 기술과 생물정보학의 발전으로 질환과 유전자와의 상관관계가 밝혀지고 있다. 특히, 유전자 변이에 의한 질환인 각종 암과 감염원에 의한 만성질환 등은 유전자를 정밀하게 분석함으로써 질환의 특징을 자세히 파악할 수 있다. 질환에 대한 정보를 보유한 유전자는 현재까지 real-time PCR(실시간 핵산증폭(polymerase chain reaction), *용어설명) 기술로 한번에 3~4종의 유전자까지만 분석할 수 있었다. 따라서 여러 종의 마커를 분석하려면 그에 따른 비용이 가중되어 진단법으로 자리잡는데 불리하며, 환자로부터 얻는 시료 중에는 여러 번의 분석에 필요한 양을 채취하기 어려운 경우도 있다. 한국과학기술연구원(KIST 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김상경 박사팀은 기존의 유전자 정밀 다중분석 비용과 시료의 제한을 해결하기 위해 표지(Marker)를 가진 마이크로 입자에서 핵산을 고효율로 증폭하는 기술을 개발했다. 표적 유전자만을 증폭하는 프라이머(특정 DNA단편, *용어설명)을 다량 함유한 다공성 마이크로입자에서, 실시간으로 증폭과정의 형광신호를 측정하여 그 유전자의 유무와 양을 측정한다. 몇 가지 유전자를 동시에 분석하고자 하면 해당되는 입자를 골라서 시료와 섞고 함께 분석하면 되고, 이때 각 입자에는 해당되는 표적유전자가 패턴으로 표지되어 신호를 구분할 수 있다.. 핵산증폭용 마이크로입자는 다공성 하이드로젤 (*용어설명)로 구성되어 있고 광가교반응 (*용어설명)을 통해 인식패턴과 프라이머를 포함한 형태로 제작된다. 제작과정이 빠르고 안정적이며 대량생산이 가능하여 제품으로 개발할 때 가격경쟁력이 높을 것으로 기대된다. 도장과 같이 올록볼록한 구조를 가진 기판에 폴리머 전구물질과 프라이머를 포함한 액체를 떨어뜨려 반구모양의 액적을 만들고 자외선을 쬐어 완성한다. 입자의 크기는 100~500 마이크로미터 정도의 범위에서 조절가능하며 입자식별을 위하여 다양한 패턴을 넣을 수 있다. 현재는 패턴인식으로 10만 종류 이상의 입자 식별이 가능한 코드를 적용하여, 한꺼번에 분석하는 유전자 표적의 수는 거의 제한이 없다. 김상경 박사팀은 질환의 표지자로 주목받는 miRNA (*용어설명) 10종을 1.5 mm 폭의 용기에서 동시에 검출하였다. 각각의 miRNA를 선택적으로 증폭하는 입자를 1개씩 모은 10개의 입자다발과 극미량의 생체시료를 섞고 그 속에 포함된 10종의 miRNA 양을 분석한 것이다. 더 작은 입자를 이용하게 되면 100개 이상의 동시분석도 가능하다. miRNA는 생체조절물질로서 폭넓게 연구되는 대상으로, 특히 세포간의 신호를 전달하는 세포외 소포체(*용어설명)에 풍부하게 포함되어 암, 치매 등의 퇴행성 질환의 진행을 표지하는 마커로서 잠재력이 크다. 이번에 개발된 핵산분석기술을 이용하여 수십 종의 miRNA의 양적인 변화를 동시에 측정하면 질환을 보다 정밀하게 진단할 수 있게 된다. 이번 연구는 여러 가지 핵산을 분석하는 동시에 감염성 질환을 정밀하게 파악하고 치료하는 데에도 적용가능하다. KIST 김상경 박사는 “감염균의 정확한 유전형(*용어설명)과 약물 내성 등을 단 1회 분석만으로 파악이 가능하며, 같은 비용으로 환자에게 더 유리한 의료서비스를 제공하는 차별화된 진단기술로 발전될 수 있다. 특히 퇴근 메르스나 지카바이러스 등 신변종 감염병 바이러스와 같이 시급하고 정밀한 진단이 필요한 경우 유용한 기술로 활용되기를 기대한다. 향후 빠른 시일안에 상용화가 될 수 있도록 임삼시험등 필요한 연구들을 계속 진행해나가는 것이 목표”라고 말했다. 본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 개방형 연구사업, 미래원천 연구사업, 보건복지부 미래융합 의료기기 개발사업을 통해 수행되었으며 연구결과는 세계적 권위를 자랑하는 Nature의 자매지로서 융합기술분야 국제 저명 학술지인 Scientific Reports (IF: 5.578)에 3월 온라인판에 게재되었다. 또한 해당 연구결과는 국내특허 (출원번호: 1020130128696) 및 해외 PCT (출원번호: PCT/KR2016/001493) 출원되어 등록과정에 있다. * (논문명) Extensible Multiplex Real-time PCR of MicroRNA Using Microparticles - (제1저자) 한국과학기술연구원 정승원 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김상경 박사 <그림자료> <그림1> 표적유전자용 다공성 표지입자의 구성도 및 표적 유전자 농도별 입자내 형광 증폭 과정 <그림2> 입자의 제작과정 (위) 및 제작된 표지입자 이미지 (아래) <그림 3> 5종의 서로 다른 miRNA 입자를 배열한 후 각기 다른 농도의 유전자를 주입하여 실험한 결과, 각 입자는 서로간의 교차반응 없이 주입된 농도에 맞는 신호를 보임 <그림 4> 세포외소포체로부터 채취한 미량의 시료로부터 10종의 miRNA를 다중 분석한 결과. 무작위로 2종의 miRNA를 넣어준 결과 다른 유전자의 신호에 영향없이 2종 miRNA의 신호만 변한 것을 확인 <그림 5> 정밀 감별진단 개념도

마이크로 입자다발로 수십 종의 유전자를 동시에 진단하는 원천기술 개발 -메르스, 지카바이러스 등 신변종 감염병 조기 정밀진단 적용가능 최근, 차세대 유전자 시퀀싱 기술과 생물정보학의 발전으로 질환과 유전자와의 상관관계가 밝혀지고 있다. 특히, 유전자 변이에 의한 질환인 각종 암과 감염원에 의한 만성질환 등은 유전자를 정밀하게 분석함으로써 질환의 특징을 자세히 파악할 수 있다. 질환에 대한 정보를 보유한 유전자는 현재까지 real-time PCR(실시간 핵산증폭(polymerase chain reaction), *용어설명) 기술로 한번에 3~4종의 유전자까지만 분석할 수 있었다. 따라서 여러 종의 마커를 분석하려면 그에 따른 비용이 가중되어 진단법으로 자리잡는데 불리하며, 환자로부터 얻는 시료 중에는 여러 번의 분석에 필요한 양을 채취하기 어려운 경우도 있다. 한국과학기술연구원(KIST 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김상경 박사팀은 기존의 유전자 정밀 다중분석 비용과 시료의 제한을 해결하기 위해 표지(Marker)를 가진 마이크로 입자에서 핵산을 고효율로 증폭하는 기술을 개발했다. 표적 유전자만을 증폭하는 프라이머(특정 DNA단편, *용어설명)을 다량 함유한 다공성 마이크로입자에서, 실시간으로 증폭과정의 형광신호를 측정하여 그 유전자의 유무와 양을 측정한다. 몇 가지 유전자를 동시에 분석하고자 하면 해당되는 입자를 골라서 시료와 섞고 함께 분석하면 되고, 이때 각 입자에는 해당되는 표적유전자가 패턴으로 표지되어 신호를 구분할 수 있다.. 핵산증폭용 마이크로입자는 다공성 하이드로젤 (*용어설명)로 구성되어 있고 광가교반응 (*용어설명)을 통해 인식패턴과 프라이머를 포함한 형태로 제작된다. 제작과정이 빠르고 안정적이며 대량생산이 가능하여 제품으로 개발할 때 가격경쟁력이 높을 것으로 기대된다. 도장과 같이 올록볼록한 구조를 가진 기판에 폴리머 전구물질과 프라이머를 포함한 액체를 떨어뜨려 반구모양의 액적을 만들고 자외선을 쬐어 완성한다. 입자의 크기는 100~500 마이크로미터 정도의 범위에서 조절가능하며 입자식별을 위하여 다양한 패턴을 넣을 수 있다. 현재는 패턴인식으로 10만 종류 이상의 입자 식별이 가능한 코드를 적용하여, 한꺼번에 분석하는 유전자 표적의 수는 거의 제한이 없다. 김상경 박사팀은 질환의 표지자로 주목받는 miRNA (*용어설명) 10종을 1.5 mm 폭의 용기에서 동시에 검출하였다. 각각의 miRNA를 선택적으로 증폭하는 입자를 1개씩 모은 10개의 입자다발과 극미량의 생체시료를 섞고 그 속에 포함된 10종의 miRNA 양을 분석한 것이다. 더 작은 입자를 이용하게 되면 100개 이상의 동시분석도 가능하다. miRNA는 생체조절물질로서 폭넓게 연구되는 대상으로, 특히 세포간의 신호를 전달하는 세포외 소포체(*용어설명)에 풍부하게 포함되어 암, 치매 등의 퇴행성 질환의 진행을 표지하는 마커로서 잠재력이 크다. 이번에 개발된 핵산분석기술을 이용하여 수십 종의 miRNA의 양적인 변화를 동시에 측정하면 질환을 보다 정밀하게 진단할 수 있게 된다. 이번 연구는 여러 가지 핵산을 분석하는 동시에 감염성 질환을 정밀하게 파악하고 치료하는 데에도 적용가능하다. KIST 김상경 박사는 “감염균의 정확한 유전형(*용어설명)과 약물 내성 등을 단 1회 분석만으로 파악이 가능하며, 같은 비용으로 환자에게 더 유리한 의료서비스를 제공하는 차별화된 진단기술로 발전될 수 있다. 특히 퇴근 메르스나 지카바이러스 등 신변종 감염병 바이러스와 같이 시급하고 정밀한 진단이 필요한 경우 유용한 기술로 활용되기를 기대한다. 향후 빠른 시일안에 상용화가 될 수 있도록 임삼시험등 필요한 연구들을 계속 진행해나가는 것이 목표”라고 말했다. 본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 개방형 연구사업, 미래원천 연구사업, 보건복지부 미래융합 의료기기 개발사업을 통해 수행되었으며 연구결과는 세계적 권위를 자랑하는 Nature의 자매지로서 융합기술분야 국제 저명 학술지인 Scientific Reports (IF: 5.578)에 3월 온라인판에 게재되었다. 또한 해당 연구결과는 국내특허 (출원번호: 1020130128696) 및 해외 PCT (출원번호: PCT/KR2016/001493) 출원되어 등록과정에 있다. * (논문명) Extensible Multiplex Real-time PCR of MicroRNA Using Microparticles - (제1저자) 한국과학기술연구원 정승원 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김상경 박사 <그림자료> <그림1> 표적유전자용 다공성 표지입자의 구성도 및 표적 유전자 농도별 입자내 형광 증폭 과정 <그림2> 입자의 제작과정 (위) 및 제작된 표지입자 이미지 (아래) <그림 3> 5종의 서로 다른 miRNA 입자를 배열한 후 각기 다른 농도의 유전자를 주입하여 실험한 결과, 각 입자는 서로간의 교차반응 없이 주입된 농도에 맞는 신호를 보임 <그림 4> 세포외소포체로부터 채취한 미량의 시료로부터 10종의 miRNA를 다중 분석한 결과. 무작위로 2종의 miRNA를 넣어준 결과 다른 유전자의 신호에 영향없이 2종 miRNA의 신호만 변한 것을 확인 <그림 5> 정밀 감별진단 개념도

마이크로 입자다발로 수십 종의 유전자를 동시에 진단하는 원천기술 개발 -메르스, 지카바이러스 등 신변종 감염병 조기 정밀진단 적용가능 최근, 차세대 유전자 시퀀싱 기술과 생물정보학의 발전으로 질환과 유전자와의 상관관계가 밝혀지고 있다. 특히, 유전자 변이에 의한 질환인 각종 암과 감염원에 의한 만성질환 등은 유전자를 정밀하게 분석함으로써 질환의 특징을 자세히 파악할 수 있다. 질환에 대한 정보를 보유한 유전자는 현재까지 real-time PCR(실시간 핵산증폭(polymerase chain reaction), *용어설명) 기술로 한번에 3~4종의 유전자까지만 분석할 수 있었다. 따라서 여러 종의 마커를 분석하려면 그에 따른 비용이 가중되어 진단법으로 자리잡는데 불리하며, 환자로부터 얻는 시료 중에는 여러 번의 분석에 필요한 양을 채취하기 어려운 경우도 있다. 한국과학기술연구원(KIST 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김상경 박사팀은 기존의 유전자 정밀 다중분석 비용과 시료의 제한을 해결하기 위해 표지(Marker)를 가진 마이크로 입자에서 핵산을 고효율로 증폭하는 기술을 개발했다. 표적 유전자만을 증폭하는 프라이머(특정 DNA단편, *용어설명)을 다량 함유한 다공성 마이크로입자에서, 실시간으로 증폭과정의 형광신호를 측정하여 그 유전자의 유무와 양을 측정한다. 몇 가지 유전자를 동시에 분석하고자 하면 해당되는 입자를 골라서 시료와 섞고 함께 분석하면 되고, 이때 각 입자에는 해당되는 표적유전자가 패턴으로 표지되어 신호를 구분할 수 있다.. 핵산증폭용 마이크로입자는 다공성 하이드로젤 (*용어설명)로 구성되어 있고 광가교반응 (*용어설명)을 통해 인식패턴과 프라이머를 포함한 형태로 제작된다. 제작과정이 빠르고 안정적이며 대량생산이 가능하여 제품으로 개발할 때 가격경쟁력이 높을 것으로 기대된다. 도장과 같이 올록볼록한 구조를 가진 기판에 폴리머 전구물질과 프라이머를 포함한 액체를 떨어뜨려 반구모양의 액적을 만들고 자외선을 쬐어 완성한다. 입자의 크기는 100~500 마이크로미터 정도의 범위에서 조절가능하며 입자식별을 위하여 다양한 패턴을 넣을 수 있다. 현재는 패턴인식으로 10만 종류 이상의 입자 식별이 가능한 코드를 적용하여, 한꺼번에 분석하는 유전자 표적의 수는 거의 제한이 없다. 김상경 박사팀은 질환의 표지자로 주목받는 miRNA (*용어설명) 10종을 1.5 mm 폭의 용기에서 동시에 검출하였다. 각각의 miRNA를 선택적으로 증폭하는 입자를 1개씩 모은 10개의 입자다발과 극미량의 생체시료를 섞고 그 속에 포함된 10종의 miRNA 양을 분석한 것이다. 더 작은 입자를 이용하게 되면 100개 이상의 동시분석도 가능하다. miRNA는 생체조절물질로서 폭넓게 연구되는 대상으로, 특히 세포간의 신호를 전달하는 세포외 소포체(*용어설명)에 풍부하게 포함되어 암, 치매 등의 퇴행성 질환의 진행을 표지하는 마커로서 잠재력이 크다. 이번에 개발된 핵산분석기술을 이용하여 수십 종의 miRNA의 양적인 변화를 동시에 측정하면 질환을 보다 정밀하게 진단할 수 있게 된다. 이번 연구는 여러 가지 핵산을 분석하는 동시에 감염성 질환을 정밀하게 파악하고 치료하는 데에도 적용가능하다. KIST 김상경 박사는 “감염균의 정확한 유전형(*용어설명)과 약물 내성 등을 단 1회 분석만으로 파악이 가능하며, 같은 비용으로 환자에게 더 유리한 의료서비스를 제공하는 차별화된 진단기술로 발전될 수 있다. 특히 퇴근 메르스나 지카바이러스 등 신변종 감염병 바이러스와 같이 시급하고 정밀한 진단이 필요한 경우 유용한 기술로 활용되기를 기대한다. 향후 빠른 시일안에 상용화가 될 수 있도록 임삼시험등 필요한 연구들을 계속 진행해나가는 것이 목표”라고 말했다. 본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 개방형 연구사업, 미래원천 연구사업, 보건복지부 미래융합 의료기기 개발사업을 통해 수행되었으며 연구결과는 세계적 권위를 자랑하는 Nature의 자매지로서 융합기술분야 국제 저명 학술지인 Scientific Reports (IF: 5.578)에 3월 온라인판에 게재되었다. 또한 해당 연구결과는 국내특허 (출원번호: 1020130128696) 및 해외 PCT (출원번호: PCT/KR2016/001493) 출원되어 등록과정에 있다. * (논문명) Extensible Multiplex Real-time PCR of MicroRNA Using Microparticles - (제1저자) 한국과학기술연구원 정승원 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김상경 박사 <그림자료> <그림1> 표적유전자용 다공성 표지입자의 구성도 및 표적 유전자 농도별 입자내 형광 증폭 과정 <그림2> 입자의 제작과정 (위) 및 제작된 표지입자 이미지 (아래) <그림 3> 5종의 서로 다른 miRNA 입자를 배열한 후 각기 다른 농도의 유전자를 주입하여 실험한 결과, 각 입자는 서로간의 교차반응 없이 주입된 농도에 맞는 신호를 보임 <그림 4> 세포외소포체로부터 채취한 미량의 시료로부터 10종의 miRNA를 다중 분석한 결과. 무작위로 2종의 miRNA를 넣어준 결과 다른 유전자의 신호에 영향없이 2종 miRNA의 신호만 변한 것을 확인 <그림 5> 정밀 감별진단 개념도

마이크로 입자다발로 수십 종의 유전자를 동시에 진단하는 원천기술 개발 -메르스, 지카바이러스 등 신변종 감염병 조기 정밀진단 적용가능 최근, 차세대 유전자 시퀀싱 기술과 생물정보학의 발전으로 질환과 유전자와의 상관관계가 밝혀지고 있다. 특히, 유전자 변이에 의한 질환인 각종 암과 감염원에 의한 만성질환 등은 유전자를 정밀하게 분석함으로써 질환의 특징을 자세히 파악할 수 있다. 질환에 대한 정보를 보유한 유전자는 현재까지 real-time PCR(실시간 핵산증폭(polymerase chain reaction), *용어설명) 기술로 한번에 3~4종의 유전자까지만 분석할 수 있었다. 따라서 여러 종의 마커를 분석하려면 그에 따른 비용이 가중되어 진단법으로 자리잡는데 불리하며, 환자로부터 얻는 시료 중에는 여러 번의 분석에 필요한 양을 채취하기 어려운 경우도 있다. 한국과학기술연구원(KIST 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김상경 박사팀은 기존의 유전자 정밀 다중분석 비용과 시료의 제한을 해결하기 위해 표지(Marker)를 가진 마이크로 입자에서 핵산을 고효율로 증폭하는 기술을 개발했다. 표적 유전자만을 증폭하는 프라이머(특정 DNA단편, *용어설명)을 다량 함유한 다공성 마이크로입자에서, 실시간으로 증폭과정의 형광신호를 측정하여 그 유전자의 유무와 양을 측정한다. 몇 가지 유전자를 동시에 분석하고자 하면 해당되는 입자를 골라서 시료와 섞고 함께 분석하면 되고, 이때 각 입자에는 해당되는 표적유전자가 패턴으로 표지되어 신호를 구분할 수 있다.. 핵산증폭용 마이크로입자는 다공성 하이드로젤 (*용어설명)로 구성되어 있고 광가교반응 (*용어설명)을 통해 인식패턴과 프라이머를 포함한 형태로 제작된다. 제작과정이 빠르고 안정적이며 대량생산이 가능하여 제품으로 개발할 때 가격경쟁력이 높을 것으로 기대된다. 도장과 같이 올록볼록한 구조를 가진 기판에 폴리머 전구물질과 프라이머를 포함한 액체를 떨어뜨려 반구모양의 액적을 만들고 자외선을 쬐어 완성한다. 입자의 크기는 100~500 마이크로미터 정도의 범위에서 조절가능하며 입자식별을 위하여 다양한 패턴을 넣을 수 있다. 현재는 패턴인식으로 10만 종류 이상의 입자 식별이 가능한 코드를 적용하여, 한꺼번에 분석하는 유전자 표적의 수는 거의 제한이 없다. 김상경 박사팀은 질환의 표지자로 주목받는 miRNA (*용어설명) 10종을 1.5 mm 폭의 용기에서 동시에 검출하였다. 각각의 miRNA를 선택적으로 증폭하는 입자를 1개씩 모은 10개의 입자다발과 극미량의 생체시료를 섞고 그 속에 포함된 10종의 miRNA 양을 분석한 것이다. 더 작은 입자를 이용하게 되면 100개 이상의 동시분석도 가능하다. miRNA는 생체조절물질로서 폭넓게 연구되는 대상으로, 특히 세포간의 신호를 전달하는 세포외 소포체(*용어설명)에 풍부하게 포함되어 암, 치매 등의 퇴행성 질환의 진행을 표지하는 마커로서 잠재력이 크다. 이번에 개발된 핵산분석기술을 이용하여 수십 종의 miRNA의 양적인 변화를 동시에 측정하면 질환을 보다 정밀하게 진단할 수 있게 된다. 이번 연구는 여러 가지 핵산을 분석하는 동시에 감염성 질환을 정밀하게 파악하고 치료하는 데에도 적용가능하다. KIST 김상경 박사는 “감염균의 정확한 유전형(*용어설명)과 약물 내성 등을 단 1회 분석만으로 파악이 가능하며, 같은 비용으로 환자에게 더 유리한 의료서비스를 제공하는 차별화된 진단기술로 발전될 수 있다. 특히 퇴근 메르스나 지카바이러스 등 신변종 감염병 바이러스와 같이 시급하고 정밀한 진단이 필요한 경우 유용한 기술로 활용되기를 기대한다. 향후 빠른 시일안에 상용화가 될 수 있도록 임삼시험등 필요한 연구들을 계속 진행해나가는 것이 목표”라고 말했다. 본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 개방형 연구사업, 미래원천 연구사업, 보건복지부 미래융합 의료기기 개발사업을 통해 수행되었으며 연구결과는 세계적 권위를 자랑하는 Nature의 자매지로서 융합기술분야 국제 저명 학술지인 Scientific Reports (IF: 5.578)에 3월 온라인판에 게재되었다. 또한 해당 연구결과는 국내특허 (출원번호: 1020130128696) 및 해외 PCT (출원번호: PCT/KR2016/001493) 출원되어 등록과정에 있다. * (논문명) Extensible Multiplex Real-time PCR of MicroRNA Using Microparticles - (제1저자) 한국과학기술연구원 정승원 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김상경 박사 <그림자료> <그림1> 표적유전자용 다공성 표지입자의 구성도 및 표적 유전자 농도별 입자내 형광 증폭 과정 <그림2> 입자의 제작과정 (위) 및 제작된 표지입자 이미지 (아래) <그림 3> 5종의 서로 다른 miRNA 입자를 배열한 후 각기 다른 농도의 유전자를 주입하여 실험한 결과, 각 입자는 서로간의 교차반응 없이 주입된 농도에 맞는 신호를 보임 <그림 4> 세포외소포체로부터 채취한 미량의 시료로부터 10종의 miRNA를 다중 분석한 결과. 무작위로 2종의 miRNA를 넣어준 결과 다른 유전자의 신호에 영향없이 2종 miRNA의 신호만 변한 것을 확인 <그림 5> 정밀 감별진단 개념도

마이크로 입자다발로 수십 종의 유전자를 동시에 진단하는 원천기술 개발 -메르스, 지카바이러스 등 신변종 감염병 조기 정밀진단 적용가능 최근, 차세대 유전자 시퀀싱 기술과 생물정보학의 발전으로 질환과 유전자와의 상관관계가 밝혀지고 있다. 특히, 유전자 변이에 의한 질환인 각종 암과 감염원에 의한 만성질환 등은 유전자를 정밀하게 분석함으로써 질환의 특징을 자세히 파악할 수 있다. 질환에 대한 정보를 보유한 유전자는 현재까지 real-time PCR(실시간 핵산증폭(polymerase chain reaction), *용어설명) 기술로 한번에 3~4종의 유전자까지만 분석할 수 있었다. 따라서 여러 종의 마커를 분석하려면 그에 따른 비용이 가중되어 진단법으로 자리잡는데 불리하며, 환자로부터 얻는 시료 중에는 여러 번의 분석에 필요한 양을 채취하기 어려운 경우도 있다. 한국과학기술연구원(KIST 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김상경 박사팀은 기존의 유전자 정밀 다중분석 비용과 시료의 제한을 해결하기 위해 표지(Marker)를 가진 마이크로 입자에서 핵산을 고효율로 증폭하는 기술을 개발했다. 표적 유전자만을 증폭하는 프라이머(특정 DNA단편, *용어설명)을 다량 함유한 다공성 마이크로입자에서, 실시간으로 증폭과정의 형광신호를 측정하여 그 유전자의 유무와 양을 측정한다. 몇 가지 유전자를 동시에 분석하고자 하면 해당되는 입자를 골라서 시료와 섞고 함께 분석하면 되고, 이때 각 입자에는 해당되는 표적유전자가 패턴으로 표지되어 신호를 구분할 수 있다.. 핵산증폭용 마이크로입자는 다공성 하이드로젤 (*용어설명)로 구성되어 있고 광가교반응 (*용어설명)을 통해 인식패턴과 프라이머를 포함한 형태로 제작된다. 제작과정이 빠르고 안정적이며 대량생산이 가능하여 제품으로 개발할 때 가격경쟁력이 높을 것으로 기대된다. 도장과 같이 올록볼록한 구조를 가진 기판에 폴리머 전구물질과 프라이머를 포함한 액체를 떨어뜨려 반구모양의 액적을 만들고 자외선을 쬐어 완성한다. 입자의 크기는 100~500 마이크로미터 정도의 범위에서 조절가능하며 입자식별을 위하여 다양한 패턴을 넣을 수 있다. 현재는 패턴인식으로 10만 종류 이상의 입자 식별이 가능한 코드를 적용하여, 한꺼번에 분석하는 유전자 표적의 수는 거의 제한이 없다. 김상경 박사팀은 질환의 표지자로 주목받는 miRNA (*용어설명) 10종을 1.5 mm 폭의 용기에서 동시에 검출하였다. 각각의 miRNA를 선택적으로 증폭하는 입자를 1개씩 모은 10개의 입자다발과 극미량의 생체시료를 섞고 그 속에 포함된 10종의 miRNA 양을 분석한 것이다. 더 작은 입자를 이용하게 되면 100개 이상의 동시분석도 가능하다. miRNA는 생체조절물질로서 폭넓게 연구되는 대상으로, 특히 세포간의 신호를 전달하는 세포외 소포체(*용어설명)에 풍부하게 포함되어 암, 치매 등의 퇴행성 질환의 진행을 표지하는 마커로서 잠재력이 크다. 이번에 개발된 핵산분석기술을 이용하여 수십 종의 miRNA의 양적인 변화를 동시에 측정하면 질환을 보다 정밀하게 진단할 수 있게 된다. 이번 연구는 여러 가지 핵산을 분석하는 동시에 감염성 질환을 정밀하게 파악하고 치료하는 데에도 적용가능하다. KIST 김상경 박사는 “감염균의 정확한 유전형(*용어설명)과 약물 내성 등을 단 1회 분석만으로 파악이 가능하며, 같은 비용으로 환자에게 더 유리한 의료서비스를 제공하는 차별화된 진단기술로 발전될 수 있다. 특히 퇴근 메르스나 지카바이러스 등 신변종 감염병 바이러스와 같이 시급하고 정밀한 진단이 필요한 경우 유용한 기술로 활용되기를 기대한다. 향후 빠른 시일안에 상용화가 될 수 있도록 임삼시험등 필요한 연구들을 계속 진행해나가는 것이 목표”라고 말했다. 본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 개방형 연구사업, 미래원천 연구사업, 보건복지부 미래융합 의료기기 개발사업을 통해 수행되었으며 연구결과는 세계적 권위를 자랑하는 Nature의 자매지로서 융합기술분야 국제 저명 학술지인 Scientific Reports (IF: 5.578)에 3월 온라인판에 게재되었다. 또한 해당 연구결과는 국내특허 (출원번호: 1020130128696) 및 해외 PCT (출원번호: PCT/KR2016/001493) 출원되어 등록과정에 있다. * (논문명) Extensible Multiplex Real-time PCR of MicroRNA Using Microparticles - (제1저자) 한국과학기술연구원 정승원 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김상경 박사 <그림자료> <그림1> 표적유전자용 다공성 표지입자의 구성도 및 표적 유전자 농도별 입자내 형광 증폭 과정 <그림2> 입자의 제작과정 (위) 및 제작된 표지입자 이미지 (아래) <그림 3> 5종의 서로 다른 miRNA 입자를 배열한 후 각기 다른 농도의 유전자를 주입하여 실험한 결과, 각 입자는 서로간의 교차반응 없이 주입된 농도에 맞는 신호를 보임 <그림 4> 세포외소포체로부터 채취한 미량의 시료로부터 10종의 miRNA를 다중 분석한 결과. 무작위로 2종의 miRNA를 넣어준 결과 다른 유전자의 신호에 영향없이 2종 miRNA의 신호만 변한 것을 확인 <그림 5> 정밀 감별진단 개념도

마이크로 입자다발로 수십 종의 유전자를 동시에 진단하는 원천기술 개발 -메르스, 지카바이러스 등 신변종 감염병 조기 정밀진단 적용가능 최근, 차세대 유전자 시퀀싱 기술과 생물정보학의 발전으로 질환과 유전자와의 상관관계가 밝혀지고 있다. 특히, 유전자 변이에 의한 질환인 각종 암과 감염원에 의한 만성질환 등은 유전자를 정밀하게 분석함으로써 질환의 특징을 자세히 파악할 수 있다. 질환에 대한 정보를 보유한 유전자는 현재까지 real-time PCR(실시간 핵산증폭(polymerase chain reaction), *용어설명) 기술로 한번에 3~4종의 유전자까지만 분석할 수 있었다. 따라서 여러 종의 마커를 분석하려면 그에 따른 비용이 가중되어 진단법으로 자리잡는데 불리하며, 환자로부터 얻는 시료 중에는 여러 번의 분석에 필요한 양을 채취하기 어려운 경우도 있다. 한국과학기술연구원(KIST 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김상경 박사팀은 기존의 유전자 정밀 다중분석 비용과 시료의 제한을 해결하기 위해 표지(Marker)를 가진 마이크로 입자에서 핵산을 고효율로 증폭하는 기술을 개발했다. 표적 유전자만을 증폭하는 프라이머(특정 DNA단편, *용어설명)을 다량 함유한 다공성 마이크로입자에서, 실시간으로 증폭과정의 형광신호를 측정하여 그 유전자의 유무와 양을 측정한다. 몇 가지 유전자를 동시에 분석하고자 하면 해당되는 입자를 골라서 시료와 섞고 함께 분석하면 되고, 이때 각 입자에는 해당되는 표적유전자가 패턴으로 표지되어 신호를 구분할 수 있다.. 핵산증폭용 마이크로입자는 다공성 하이드로젤 (*용어설명)로 구성되어 있고 광가교반응 (*용어설명)을 통해 인식패턴과 프라이머를 포함한 형태로 제작된다. 제작과정이 빠르고 안정적이며 대량생산이 가능하여 제품으로 개발할 때 가격경쟁력이 높을 것으로 기대된다. 도장과 같이 올록볼록한 구조를 가진 기판에 폴리머 전구물질과 프라이머를 포함한 액체를 떨어뜨려 반구모양의 액적을 만들고 자외선을 쬐어 완성한다. 입자의 크기는 100~500 마이크로미터 정도의 범위에서 조절가능하며 입자식별을 위하여 다양한 패턴을 넣을 수 있다. 현재는 패턴인식으로 10만 종류 이상의 입자 식별이 가능한 코드를 적용하여, 한꺼번에 분석하는 유전자 표적의 수는 거의 제한이 없다. 김상경 박사팀은 질환의 표지자로 주목받는 miRNA (*용어설명) 10종을 1.5 mm 폭의 용기에서 동시에 검출하였다. 각각의 miRNA를 선택적으로 증폭하는 입자를 1개씩 모은 10개의 입자다발과 극미량의 생체시료를 섞고 그 속에 포함된 10종의 miRNA 양을 분석한 것이다. 더 작은 입자를 이용하게 되면 100개 이상의 동시분석도 가능하다. miRNA는 생체조절물질로서 폭넓게 연구되는 대상으로, 특히 세포간의 신호를 전달하는 세포외 소포체(*용어설명)에 풍부하게 포함되어 암, 치매 등의 퇴행성 질환의 진행을 표지하는 마커로서 잠재력이 크다. 이번에 개발된 핵산분석기술을 이용하여 수십 종의 miRNA의 양적인 변화를 동시에 측정하면 질환을 보다 정밀하게 진단할 수 있게 된다. 이번 연구는 여러 가지 핵산을 분석하는 동시에 감염성 질환을 정밀하게 파악하고 치료하는 데에도 적용가능하다. KIST 김상경 박사는 “감염균의 정확한 유전형(*용어설명)과 약물 내성 등을 단 1회 분석만으로 파악이 가능하며, 같은 비용으로 환자에게 더 유리한 의료서비스를 제공하는 차별화된 진단기술로 발전될 수 있다. 특히 퇴근 메르스나 지카바이러스 등 신변종 감염병 바이러스와 같이 시급하고 정밀한 진단이 필요한 경우 유용한 기술로 활용되기를 기대한다. 향후 빠른 시일안에 상용화가 될 수 있도록 임삼시험등 필요한 연구들을 계속 진행해나가는 것이 목표”라고 말했다. 본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 개방형 연구사업, 미래원천 연구사업, 보건복지부 미래융합 의료기기 개발사업을 통해 수행되었으며 연구결과는 세계적 권위를 자랑하는 Nature의 자매지로서 융합기술분야 국제 저명 학술지인 Scientific Reports (IF: 5.578)에 3월 온라인판에 게재되었다. 또한 해당 연구결과는 국내특허 (출원번호: 1020130128696) 및 해외 PCT (출원번호: PCT/KR2016/001493) 출원되어 등록과정에 있다. * (논문명) Extensible Multiplex Real-time PCR of MicroRNA Using Microparticles - (제1저자) 한국과학기술연구원 정승원 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김상경 박사 <그림자료> <그림1> 표적유전자용 다공성 표지입자의 구성도 및 표적 유전자 농도별 입자내 형광 증폭 과정 <그림2> 입자의 제작과정 (위) 및 제작된 표지입자 이미지 (아래) <그림 3> 5종의 서로 다른 miRNA 입자를 배열한 후 각기 다른 농도의 유전자를 주입하여 실험한 결과, 각 입자는 서로간의 교차반응 없이 주입된 농도에 맞는 신호를 보임 <그림 4> 세포외소포체로부터 채취한 미량의 시료로부터 10종의 miRNA를 다중 분석한 결과. 무작위로 2종의 miRNA를 넣어준 결과 다른 유전자의 신호에 영향없이 2종 miRNA의 신호만 변한 것을 확인 <그림 5> 정밀 감별진단 개념도

마이크로 입자다발로 수십 종의 유전자를 동시에 진단하는 원천기술 개발 -메르스, 지카바이러스 등 신변종 감염병 조기 정밀진단 적용가능 최근, 차세대 유전자 시퀀싱 기술과 생물정보학의 발전으로 질환과 유전자와의 상관관계가 밝혀지고 있다. 특히, 유전자 변이에 의한 질환인 각종 암과 감염원에 의한 만성질환 등은 유전자를 정밀하게 분석함으로써 질환의 특징을 자세히 파악할 수 있다. 질환에 대한 정보를 보유한 유전자는 현재까지 real-time PCR(실시간 핵산증폭(polymerase chain reaction), *용어설명) 기술로 한번에 3~4종의 유전자까지만 분석할 수 있었다. 따라서 여러 종의 마커를 분석하려면 그에 따른 비용이 가중되어 진단법으로 자리잡는데 불리하며, 환자로부터 얻는 시료 중에는 여러 번의 분석에 필요한 양을 채취하기 어려운 경우도 있다. 한국과학기술연구원(KIST 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김상경 박사팀은 기존의 유전자 정밀 다중분석 비용과 시료의 제한을 해결하기 위해 표지(Marker)를 가진 마이크로 입자에서 핵산을 고효율로 증폭하는 기술을 개발했다. 표적 유전자만을 증폭하는 프라이머(특정 DNA단편, *용어설명)을 다량 함유한 다공성 마이크로입자에서, 실시간으로 증폭과정의 형광신호를 측정하여 그 유전자의 유무와 양을 측정한다. 몇 가지 유전자를 동시에 분석하고자 하면 해당되는 입자를 골라서 시료와 섞고 함께 분석하면 되고, 이때 각 입자에는 해당되는 표적유전자가 패턴으로 표지되어 신호를 구분할 수 있다.. 핵산증폭용 마이크로입자는 다공성 하이드로젤 (*용어설명)로 구성되어 있고 광가교반응 (*용어설명)을 통해 인식패턴과 프라이머를 포함한 형태로 제작된다. 제작과정이 빠르고 안정적이며 대량생산이 가능하여 제품으로 개발할 때 가격경쟁력이 높을 것으로 기대된다. 도장과 같이 올록볼록한 구조를 가진 기판에 폴리머 전구물질과 프라이머를 포함한 액체를 떨어뜨려 반구모양의 액적을 만들고 자외선을 쬐어 완성한다. 입자의 크기는 100~500 마이크로미터 정도의 범위에서 조절가능하며 입자식별을 위하여 다양한 패턴을 넣을 수 있다. 현재는 패턴인식으로 10만 종류 이상의 입자 식별이 가능한 코드를 적용하여, 한꺼번에 분석하는 유전자 표적의 수는 거의 제한이 없다. 김상경 박사팀은 질환의 표지자로 주목받는 miRNA (*용어설명) 10종을 1.5 mm 폭의 용기에서 동시에 검출하였다. 각각의 miRNA를 선택적으로 증폭하는 입자를 1개씩 모은 10개의 입자다발과 극미량의 생체시료를 섞고 그 속에 포함된 10종의 miRNA 양을 분석한 것이다. 더 작은 입자를 이용하게 되면 100개 이상의 동시분석도 가능하다. miRNA는 생체조절물질로서 폭넓게 연구되는 대상으로, 특히 세포간의 신호를 전달하는 세포외 소포체(*용어설명)에 풍부하게 포함되어 암, 치매 등의 퇴행성 질환의 진행을 표지하는 마커로서 잠재력이 크다. 이번에 개발된 핵산분석기술을 이용하여 수십 종의 miRNA의 양적인 변화를 동시에 측정하면 질환을 보다 정밀하게 진단할 수 있게 된다. 이번 연구는 여러 가지 핵산을 분석하는 동시에 감염성 질환을 정밀하게 파악하고 치료하는 데에도 적용가능하다. KIST 김상경 박사는 “감염균의 정확한 유전형(*용어설명)과 약물 내성 등을 단 1회 분석만으로 파악이 가능하며, 같은 비용으로 환자에게 더 유리한 의료서비스를 제공하는 차별화된 진단기술로 발전될 수 있다. 특히 퇴근 메르스나 지카바이러스 등 신변종 감염병 바이러스와 같이 시급하고 정밀한 진단이 필요한 경우 유용한 기술로 활용되기를 기대한다. 향후 빠른 시일안에 상용화가 될 수 있도록 임삼시험등 필요한 연구들을 계속 진행해나가는 것이 목표”라고 말했다. 본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 개방형 연구사업, 미래원천 연구사업, 보건복지부 미래융합 의료기기 개발사업을 통해 수행되었으며 연구결과는 세계적 권위를 자랑하는 Nature의 자매지로서 융합기술분야 국제 저명 학술지인 Scientific Reports (IF: 5.578)에 3월 온라인판에 게재되었다. 또한 해당 연구결과는 국내특허 (출원번호: 1020130128696) 및 해외 PCT (출원번호: PCT/KR2016/001493) 출원되어 등록과정에 있다. * (논문명) Extensible Multiplex Real-time PCR of MicroRNA Using Microparticles - (제1저자) 한국과학기술연구원 정승원 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김상경 박사 <그림자료> <그림1> 표적유전자용 다공성 표지입자의 구성도 및 표적 유전자 농도별 입자내 형광 증폭 과정 <그림2> 입자의 제작과정 (위) 및 제작된 표지입자 이미지 (아래) <그림 3> 5종의 서로 다른 miRNA 입자를 배열한 후 각기 다른 농도의 유전자를 주입하여 실험한 결과, 각 입자는 서로간의 교차반응 없이 주입된 농도에 맞는 신호를 보임 <그림 4> 세포외소포체로부터 채취한 미량의 시료로부터 10종의 miRNA를 다중 분석한 결과. 무작위로 2종의 miRNA를 넣어준 결과 다른 유전자의 신호에 영향없이 2종 miRNA의 신호만 변한 것을 확인 <그림 5> 정밀 감별진단 개념도

마이크로 입자다발로 수십 종의 유전자를 동시에 진단하는 원천기술 개발 -메르스, 지카바이러스 등 신변종 감염병 조기 정밀진단 적용가능 최근, 차세대 유전자 시퀀싱 기술과 생물정보학의 발전으로 질환과 유전자와의 상관관계가 밝혀지고 있다. 특히, 유전자 변이에 의한 질환인 각종 암과 감염원에 의한 만성질환 등은 유전자를 정밀하게 분석함으로써 질환의 특징을 자세히 파악할 수 있다. 질환에 대한 정보를 보유한 유전자는 현재까지 real-time PCR(실시간 핵산증폭(polymerase chain reaction), *용어설명) 기술로 한번에 3~4종의 유전자까지만 분석할 수 있었다. 따라서 여러 종의 마커를 분석하려면 그에 따른 비용이 가중되어 진단법으로 자리잡는데 불리하며, 환자로부터 얻는 시료 중에는 여러 번의 분석에 필요한 양을 채취하기 어려운 경우도 있다. 한국과학기술연구원(KIST 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김상경 박사팀은 기존의 유전자 정밀 다중분석 비용과 시료의 제한을 해결하기 위해 표지(Marker)를 가진 마이크로 입자에서 핵산을 고효율로 증폭하는 기술을 개발했다. 표적 유전자만을 증폭하는 프라이머(특정 DNA단편, *용어설명)을 다량 함유한 다공성 마이크로입자에서, 실시간으로 증폭과정의 형광신호를 측정하여 그 유전자의 유무와 양을 측정한다. 몇 가지 유전자를 동시에 분석하고자 하면 해당되는 입자를 골라서 시료와 섞고 함께 분석하면 되고, 이때 각 입자에는 해당되는 표적유전자가 패턴으로 표지되어 신호를 구분할 수 있다.. 핵산증폭용 마이크로입자는 다공성 하이드로젤 (*용어설명)로 구성되어 있고 광가교반응 (*용어설명)을 통해 인식패턴과 프라이머를 포함한 형태로 제작된다. 제작과정이 빠르고 안정적이며 대량생산이 가능하여 제품으로 개발할 때 가격경쟁력이 높을 것으로 기대된다. 도장과 같이 올록볼록한 구조를 가진 기판에 폴리머 전구물질과 프라이머를 포함한 액체를 떨어뜨려 반구모양의 액적을 만들고 자외선을 쬐어 완성한다. 입자의 크기는 100~500 마이크로미터 정도의 범위에서 조절가능하며 입자식별을 위하여 다양한 패턴을 넣을 수 있다. 현재는 패턴인식으로 10만 종류 이상의 입자 식별이 가능한 코드를 적용하여, 한꺼번에 분석하는 유전자 표적의 수는 거의 제한이 없다. 김상경 박사팀은 질환의 표지자로 주목받는 miRNA (*용어설명) 10종을 1.5 mm 폭의 용기에서 동시에 검출하였다. 각각의 miRNA를 선택적으로 증폭하는 입자를 1개씩 모은 10개의 입자다발과 극미량의 생체시료를 섞고 그 속에 포함된 10종의 miRNA 양을 분석한 것이다. 더 작은 입자를 이용하게 되면 100개 이상의 동시분석도 가능하다. miRNA는 생체조절물질로서 폭넓게 연구되는 대상으로, 특히 세포간의 신호를 전달하는 세포외 소포체(*용어설명)에 풍부하게 포함되어 암, 치매 등의 퇴행성 질환의 진행을 표지하는 마커로서 잠재력이 크다. 이번에 개발된 핵산분석기술을 이용하여 수십 종의 miRNA의 양적인 변화를 동시에 측정하면 질환을 보다 정밀하게 진단할 수 있게 된다. 이번 연구는 여러 가지 핵산을 분석하는 동시에 감염성 질환을 정밀하게 파악하고 치료하는 데에도 적용가능하다. KIST 김상경 박사는 “감염균의 정확한 유전형(*용어설명)과 약물 내성 등을 단 1회 분석만으로 파악이 가능하며, 같은 비용으로 환자에게 더 유리한 의료서비스를 제공하는 차별화된 진단기술로 발전될 수 있다. 특히 퇴근 메르스나 지카바이러스 등 신변종 감염병 바이러스와 같이 시급하고 정밀한 진단이 필요한 경우 유용한 기술로 활용되기를 기대한다. 향후 빠른 시일안에 상용화가 될 수 있도록 임삼시험등 필요한 연구들을 계속 진행해나가는 것이 목표”라고 말했다. 본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 개방형 연구사업, 미래원천 연구사업, 보건복지부 미래융합 의료기기 개발사업을 통해 수행되었으며 연구결과는 세계적 권위를 자랑하는 Nature의 자매지로서 융합기술분야 국제 저명 학술지인 Scientific Reports (IF: 5.578)에 3월 온라인판에 게재되었다. 또한 해당 연구결과는 국내특허 (출원번호: 1020130128696) 및 해외 PCT (출원번호: PCT/KR2016/001493) 출원되어 등록과정에 있다. * (논문명) Extensible Multiplex Real-time PCR of MicroRNA Using Microparticles - (제1저자) 한국과학기술연구원 정승원 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김상경 박사 <그림자료> <그림1> 표적유전자용 다공성 표지입자의 구성도 및 표적 유전자 농도별 입자내 형광 증폭 과정 <그림2> 입자의 제작과정 (위) 및 제작된 표지입자 이미지 (아래) <그림 3> 5종의 서로 다른 miRNA 입자를 배열한 후 각기 다른 농도의 유전자를 주입하여 실험한 결과, 각 입자는 서로간의 교차반응 없이 주입된 농도에 맞는 신호를 보임 <그림 4> 세포외소포체로부터 채취한 미량의 시료로부터 10종의 miRNA를 다중 분석한 결과. 무작위로 2종의 miRNA를 넣어준 결과 다른 유전자의 신호에 영향없이 2종 miRNA의 신호만 변한 것을 확인 <그림 5> 정밀 감별진단 개념도