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[추천논문] 바이오 융합 금 나노입자 이용한 암세포 초고속 진단기술 개발

고려대학교 화공생명공학과 심상준 교수팀

김성화 기자ksh2@healthi.kr 입력 : 2019-04-24 09:55  | 수정 : 2019-04-24 09:55

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자료=고려대, Nature Communications

 

[헬스앤라이프 김성화 기자] 고려대학교 화공생명공학과 심상준 교수팀이 최근 암세포 유전자의 변이를 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 바이오 융합 금 나노입자 기반의 바이오센서를 개발하는 데 성공했다. BRCA1 유전자는 세포 내 DNA 손상을 복구하고 종양을 억제하는 역할을 한다. 하지만 돌연변이가 발생하면 유방암 발병률이 80%에 달한다. 정밀한 유전자 돌연변이 검출을 위해 많은 기술이 개발되고 있지만 아직은 검출 시간, 민감도 등 측면에서 한계가 있다.

 

고려대 화공생명공학과 심상준 교수
사진=고려대

연구팀은 금 나노입자의 빛에 대한 민감도를 이용해 유전자의 점 돌연변이를 감지하는 바이오센서를 개발했다. 점 돌연변이는 DNA를 구성하는 염기 중 하나가 변환돼 나타나는 돌연변이를 말하는데 연구팀이 개발한 바이오센서를 활용하면 단 2분 만에 분자 수준에서 점 돌연변이를 정밀하게 검출할 수 있다.

 

유전자를 복구하기 위해 점 돌연변이 부분에 뮤트S(MutS) 단백질이 결합하는데 이 과정을 금 나노입자의 산란광 변화를 통해 감지한 것으로 금 나노입자의 민감도를 대폭 향상시키기 위해 일반적인 공·막대 모양이 아닌 두 입자가 연결된 듯한 ‘나노 브릿지’ 형태로 설계했다.

 

연구팀은 점 돌연변이의 종류가 달라지면 뮤트S 단백질의 결합 속도에 영향을 받는 원리를 이용해 금 나노입자 바이오센서를 적용했으며 이를 이용해 실제 암 세포주에서 점 돌연변이의 유무뿐 아니라 어떤 변이가 발생했는지 종류까지 진단하는 데도 성공했다.

 

심상준 교수는 “이 연구는 단일 나노입자의 독특한 형태를 통해 빛에 대한 민감도를 대폭 향상시킨 광학 플랫폼 기술”이라며 “극소량의 시료만으로도 다양한 유전적 질환을 쉽고 빠르게 실시간으로 진단할 수 있으므로 환자 맞춤형 치료를 위해 의료 현장에서 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다.


이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단의 기초연구사업과 기후변화대응기술개발사업(Korea CCS 2020), (주)코디엠의 지원으로 수행됐으며 국제학술지 <네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)>에 지난 2월 19일자로 게재됐다.

 

자료=고려대, Nature Communications

 

                 Single gold-bridged nanoprobes for identification of single point DNA mutations

      Xingyi Ma, Sojin Song, Soohyun Kim, Mi-sun Kwon, Hyunsook Lee, Wounjhang Park & Sang Jun Sim

 

Consensus ranking of protein affinity to identify point mutations has not been established. Therefore, analytical techniques that can detect subtle variationswithout interfering with native biomolecular interactions are required. Here we report a rapid method to identify point mutations by a single nanoparticle sensing system. DNA-directed gold crystallization forms rod-like nanoparticles with bridges based on structural design. The nanoparticles enhance Rayleigh light scattering, achieving high refractive-index sensitivity, and enable the system to monitor even a small number of protein-DNA binding events without interference. Analysis of the binding affinity can compile an atlas to distinguish the potential of various point mutations recognized by MutS protein. We use the atlas to analyze the presence and type of single point mutations in BRCA1 from samples of human breast and ovarian cancer cell lines. The strategy of synthesis-by-design of plasmonic nanoparticles for sensors enables direct identification of subtle biomolecular binding distortions and genetic alterations.

 


ksh2@healthi.kr

 

 

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