암세포 좀 더 선명하게, 빠르게 본다!

형광 분자가 표지된 상보적인 항체의 반복적인 라벨링을 통한 형광신호 증폭 기술을 보여주는 모식도.

■암세포 진단 정확하고 빠르게 할 수 없을까

암 진단 과정에서 세포 조직을 관찰하기 위해 의료진들은 생체조직 팽창 현미경(ExM)과 투명화 기술(CLARITY, 3DISCO, CUBIC)을 주로 사용합니다.

팽창 현미경은 조직을 팽창시켜 일반 현미경으로 초고해상도를 얻을 수 있는 기술이고, 조직 투명화 기술은 빛의 산란을 최소화하고 투과도를 극대화해 3D 전체 조직을 이미징하는데 이용됩니다.

이 과정에서 큰 부피 내부의 세포 변화를 관찰하기 위해 약한 형광 신호를 증폭해 높은 이미지 처리량을 갖는 기술의 개발이 요구됐습니다.

지금까지 신호 증폭 기술은 다양한 화학 반응으로 개발돼왔는데, 이들 중 많은 기술은 단일 화학 반응을 이용하기 때문에 다중 표지 신호 증폭 영상화를 위해서는 단일 신호 증폭과 비활성화 과정을 채널별로 반복해야 하는 단점이 있습니다.

또 유전자(DNA) 기반의 신호 증폭 기법은 서로 다른 항체에 대한 유전 물질 분자 결합의 최적화 과정이 필요해 일반적인 생물 실험실에서 사용이 어렵습니다.

이 때문에 숨어 있는 암세포를 잘 찾을 수 없고, 시간도 오래 걸리는 한계가 있습니다.

기본 FRACTAL과 연결기 사용 FRACTAL 기술의 도식

■카이스트 신소재공학과 연구팀, ‘형광신호 9배 증폭’ 기술개발…암 진단 도움

카이스트 신소재공학과 연구팀은 이러한 문제점 개선을 위해 현재 상용화돼 있는 형광 분자가 표지된 항체를 사용해, 추가적인 최적화 과정이 필요 없는 신호 증폭 기술에 주목했습니다.

연구팀은 `프랙탈(FRACTAL, Fluorescence signal amplification via repetitive labeling of target molecules)'이라는 새로운 신호 증폭 기술을 개발했습니다.

프랙탈 기술은 항체 기반의 염색 방법으로, 신호 증폭 과정이 매우 간단하다는 특징이 있습니다.

이 기술은 신호 증폭을 위해 특수한 화학 물질을 필요로 하지 않으며, 형광 분자가 표지된 2차 항체의 반복적인 염색을 통해 형광 신호를 9배 증폭시킵니다. 이를 통해 암세포 이미지나 영상을 좀 더 선명하게 확인할 수 있습니다.

이번 형광 신호 증폭 기술은 암 진단과 치료 기술 개발 그리고 신약 개발 분야에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대됩니다.

카이스트 신소재공학과 장재범 교수는 “이 기술은 환자 생체 검사 조직 내부에서 매우 중요하지만 낮은 수준으로 발현되는 바이오마커들을 정확하게 이미징 할 수 있게 해주기 때문에,
암 진단 및 면역 항암제 반응률 예측 등에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.”고 강조했습니다.

이번 연구 결과는 국제 학술지인 영국왕립화학회의 '나노스케일'지 지난 11월 13일 자에 게재됐습니다.