'인공혈관 칩' 개발.. 코로나19도 즉석 진단

인체 혈관 모방한 감염 조기 진단 기술 개발
다양한 감염원의 감염 여부 신속하게 확인
코로나19 등 감염병 외에도 암도 확인 가능

[아시아경제 황준호 기자] 인체의 면역반응을 모방한 인공 혈관 칩(미세 유체 칩)이 개발됐다. 혈액 한 방울을 떨어뜨려 바이러스나 세균 감염 여부를 즉석에서 진단할 수 있는 칩이다. 이 칩을 개발한 연구진은 문진이나 체온 검진에 의존하고 있는 신종 코로나바이러스감염증(코로나19) 환자 선별방식을 획기적으로 바꿀 수 있을 것으로 기대했다.

강주헌 울산과학기술원 바이오메디컬공학과 교수의 연구팀은 병원균(세균, 바이러스 등) 감염 여부를 조기에 판별 할 수 있는 미세 유체 칩을 개발했다고 23일 밝혔다. 관련 연구 결과는 국제 학술지(Biosensors and Bioelectronics) 최신호에 실릴 예정이다.

감염 여부 즉석 확인

미세 유체 칩의 원리

연구팀은 면역세포(백혈구)가 감염이 발생된 부위로 이동하기 위해 혈관 내벽을 통과(혈관외유출)하는 과정에서 혈관 내벽에 붙는 현상을 모방해 이 칩을 개발했다. 칩의 유체 관 벽면에 감염 시 혈관 내피세포가 발현하는 단백질을 넣어, 혈액 속 백혈구를 붙잡도록 한 것이다.

감염된 사람은 벽에 달라붙는 백혈구 숫자가 건강한 사람에 비해 눈에 띄게 많기 때문에 저배율의 광학현미경만으로 감염여부를 쉽게 판독 할 수 있다. 검사에 소요되는 시간은 10분 내외다. 감염 극초기(감염된지 1시간)에도 감염여부를 알아 낼 수 있다.

연구팀은 항생제 저항성 세균에 감염된 쥐로 개발된 미세 유체 칩의 성능을 점검했다. 감염된 쥐의 혈액 한 방울 (50마이크로 리터)을 미세유체 소자에 흘렸는데, 감염되지 않는 쥐보다 더 많은 양의 백혈구가 유체 관 벽면에 붙어 있는 것을 확인했다. 또 감염 된지 1시간 밖에 지나지 않은 초기에도 정상쥐와 비교해 더 많은 양의 백혈구가 붙음을 알아냈다. 연구팀은 감염 환자 조기 선별이 가능하다는 것을 입증하는 결과라고 분석했다.

감염 환자 구분 임상 연구 예정

미세 유체 칩의 구조와 유체관에 부착된 백혈구

제1저자인 권세용 UNIST 바이오메디컬공학과 연구교수는 "감염시 혈관 내벽 세포의 특정 단백질의 발현량이 증가 한다는 사실은 익히 알려졌지만, 백혈구 표면의 단백질 발현량 증가와 그 단백질을 발현 하는 백혈구 비율의 증가는 이번 연구로 새롭게 밝혀진 사실"이라고 밝혔다.

공동 1저자인 아만졸 커마쉐브 연구원은 "면역반응은 원인균에 상관없이 동일하게 일어나기 때문에 모든 종류의 세균, 바이러스 감염여부 진단에 쓸 수 있고 감염병 뿐만 아니라 암 조기 진단에도 응용 할 수 있다"고 설명했다.

강주헌 교수는 "인체에도 동일한 면역 시스템이 있고, 인간의 백혈구는 실험에 사용된 쥐보다 수천 배 더 민감한 반응을 보이기 때문에 상용화 가능성이 높다"며 "병원과의 공동연구를 통해 환자를 선별하는 임상 연구를 계획 중"이라고 밝혔다.