국내 연구진이 여러 종류의 세포막 단백질을 동시에 관찰하며 분석할 수 있는 질량분석 바이오 이미징 기술을 세계 최초로 개발했다. 기존 형광 분광 기반 바이오 이미징 기술의 한계를 넘어 복잡한 질병 메커니즘을 규명하고 조기 진단하는데 기여할 것으로 기대된다.
대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)는 문대원 뉴바이올로지전공 석좌교수, 인수일 에너지공학전공 교수 공동연구팀이 산화금속 나노입자를 접합시킨 항체를 이미지화해 마이크로미터(㎛) 공간 분해능으로 단백질을 관찰하는 다중 단백질 질량분석 바이오 이미징 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
바이오 이미징 기술은 세포에서 일어나는 현상을 영상으로 보는 기술이다. 질병 조기 진단이나 신약개발에 필요한 핵심 기술이다. 생명공학, 물리, 화학, 기계·전자 등 융합연구가 필수다.
현재 주로 사용되는 바이오 이미징 기술은 형광 물질을 단백질에 입혀서 관찰하는 방법이다. 하지만 광학 기술 한계로 동시에 관찰 가능한 단백질은 3~4가지 정도에 머물고 있다.
연구팀은 2차 이온질량분석법(SIMS)을 적용, 세포막에 존재하는 여러 종류의 단백질을 관찰하는데 성공했다. SIMS 분석법은 가속 이온을 이용해 주로 반도체 제조를 위한 극미량 불순물 분석에 활용되는 기술이다. 최근엔 바이오 이미징 기술에 적용하려는 연구가 활발하다.
연구팀은 SIMS 분석법이 수십 종의 산화금속을 분석하고 이미징할 수 있다는 데 착안했다. SIMS 분석 시 감도가 매우 높은 수십 나노미터(㎚) 크기 산화금속 나노입자를 항체에 접합시킨 후 이 항체를 단백질(항원)과 결합시켰다. 그런 다음 SIMS 분석을 통해 단백질에 결합된 산화금속 나노입자를 300㎚ 분해능으로 이미징 해 세포막에 존재하는 여러 종류의 단백질을 동시에 볼 수 있게 했다.
실제 알츠하이머 모델 실험쥐 해마 조직에 적용한 결과 알츠하이머 병에 관여하는 것으로 보고된 7종 단백질 이미지를 동시 관찰할 수 있었다.
문대원 석좌교수는 “금속 산화물 나노입자의 높은 SIMS 감도를 활용해 시료 손상을 최소화해 세포막에서의 단백질 상호 작용 관찰을 가능하게 했다”면서 “여러 단백질이 관여하는 복잡한 질병 기전 연구에 기여할 새로운 바이오 이미징 기술이 될 것”이라고 밝혔다.
이번 연구 결과는 최근 국제과학저널 'ACS Applied Materials & Interfaces' 표지논문으로 게재됐다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
