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KAIST는 신소재공학과 장재범교수 연구팀이 암 진단에 필요한 새로운 형광신호 증폭기술을 개발했다고 17일 밝혔음.

지금까지 신호증폭 기술은 다양한 화학반응으로 개발돼왔음. 이들 중 많은 기술은 단일 화학반응을 이용하기 때문에 다중표지신호 증폭 영상화를 위해서는 단일신호 증폭과 비활성화 과정을 채널별로 반복해야 하는 단점이 있음.

또, 유전자(DNA) 기반의 신호 증폭 기법은 서로 다른 항체에 대한 유전물질 분자결합의 최적화 과정이 필요하므로 일반적인 생물실험실에서 사용이 어려움.

장재범교수 연구팀은 이러한 문제점 개선을 위해 현재 상용화돼 있는 형광분자가 표지된 항체를 사용해, 추가적인 최적화 과정이 필요 없는 신호증폭 기술에 주목했음.

결과적으로 연구팀은 `프랙탈(FRACTAL, Fluorescence signal amplification via repetitive labeling of target molecules)'이라는 새로운 신호증폭 기술을 개발했음.

프랙탈 기술은 항체 기반의 염색 방법으로, 신호증폭 과정이 매우 간단하다는 특징이 있음. 이 기술은 신호증폭을 위해 특수한 화학물질을 필요로 하지 않으며, 형광분자가 표지된 2차 항체의 반복적인 염색을 통해 형광신호를 증폭시킴.

이 기술은 △한 종류의 1차 항체 △두 종류의 2차 항체 등 총 3종류의 항체를 이용하는 아주 간단한 기술임.

신호증폭 과정은 표적단백질에 대한 1차 항체 및 첫번째 2차 항체 염색으로 시작됨. 그 다음으로 첫번째 2차 항체에 결합하는 두번째 2차 항체의 염색이 이뤄짐.

두번째 2차 항체의 숙주(host)와 1차 항체의 숙주(host)는 같으며, 그다음 염색은 다시 두번째 2차 항체에 결합하는 첫번째 2차 항체의 염색으로 이어짐.

이 과정의 반복을 통해 연구팀은 기존 형광신호를 9배 이상 증폭시켰으며, 이는 같은 밝기를 얻는 데 필요한 영상화 시간을 9배 이상 줄일 수 있다는 결과를 얻었음.

연구팀은 초고해상도 현미경(STORM) 분석을 통해 염색 횟수에 따라 항체가 균일한 결합 층을 형성하며 형광신호를 증폭시키는 현상을 확인했음.

연구팀은 이 기술을 서로 다른 종으로부터 유래된 직교적인(orthogonal) 항체 쌍에 적용해, 동시 다중표지 신호증폭 영상화를 구현했음.

또, 팽창 현미경에도 적용해 팽창 후에도 높은 형광의 강도를 갖는 형광신호 증폭기술을 적용하는데 성공했음.

이번에 개발된 기술은 영상을 통한 △생체조직의 분석 및 치료기술 개발, △다지표 검사 △의료 및 신약 개발 분야에 이바지할 것으로 기대됨.

장재범 교수는“이 기술은 환자 생체검사 조직 내부에서 매우 중요하지만 낮은 수준으로 발현되는 바이오마커들을 정확하게 이미징 할 수 있게 해준다”라며 “암 진단 및 면역 항암제 반응률 예측에 큰 도움이 될 것”이라고 강조했음

본 연구 성과는 ‘Nanoscale’ 지에 게재됨