피 한방울로 10분 내 바이러스감염 진단 …무증상 환자도 찾아낸다

[헤럴드경제=구본혁 기자] 인체의 면역 반응을 모방한 ‘인공 혈관 칩’에 혈액 한 방울을 떨어뜨려 바이러스나 세균 감염 여부를 즉석에서 진단하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

열과 같은 증상이 나타나기 전에 감염 여부를 알 수 있을 뿐만 아니라 복잡한 검사기가 필요 없어 현장에서 바로 쓸 수 있다.

울산과학기술원(UNIST) 바이오메디컬공학과 강주헌 교수팀은 병원균 감염 여부를 조기에 판별할 수 있는 미세 유체 칩을 개발했다고 23일 밝혔다. 머리카락 수준으로 가느다란 관으로 이뤄진 칩에 감염된 혈액(유체)을 넣으면 혈액 속 백혈구가 유체 관(인공 혈관) 벽면에 달라붙는다. 감염된 사람은 벽에 달라붙는 백혈구 숫자가 건강한 사람에 비해 눈에 띄게 많기 때문에 저배율의 광학현미경만으로 감염 여부를 쉽게 판독할 수 있다.

검사에 소요되는 시간은 10분 내외로 짧다. 또 감염된 지 1시간 정도에도 감염 여부를 알 수 있어 열과 같은 증상이 없는 잠복기 환자를 조기에 선별할 수 있다. 문진이나 체온 검진에 의존하고 있는 코로나 환자 선별 방식을 획기적으로 바꿀 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 면역세포(백혈구)가 감염이 발생된 부위로 이동하기 위해 혈관 내벽을 통과(혈관외유출)하는 과정에서 혈관 내벽에 붙는 현상을 모방했다. 개발한 칩의 유체 관 벽면에는 감염 시 혈관 내피세포가 발현하는 단백질이 코팅돼 있다. 이 단백질은 혈액 속을 떠다니는 백혈구를 붙잡는 역할을 한다. 환자의 백혈구 표면에서도 혈관 내벽 단백질과 짝을 이루는 단백질 발현이 증가할 뿐만 아니라 이러한 백혈구의 비율이 높아진다. 이 때문에 환자의 혈액을 미세 유체 관에 흘렸을 경우, 유체 관 벽면에 달라붙는 백혈구 숫자가 건강한 사람에 비해 훨씬 많다.

연구팀은 항생제 저항성 세균에 감염된 쥐로 개발된 미세 유체 칩의 성능을 테스트했다. 감염된 쥐의 혈액 한 방울(50㎕)을 미세유체 소자에 흘렸을 때 감염되지 않는 쥐보다 더 많은 양의 백혈구가 유체 관 벽면에 붙어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또 감염된 지 1시간밖에 지나지 않은 초기에도 정상쥐와 비교해 더 많은 양의 백혈구가 붙어 있었다. 감염 환자 조기 선별이 가능한 대목이다.

강주헌 교수는 “기존의 혈액 배양이나 PCR 검사방법보다 더 빨리 진단 결과를 알 수 있고, 진단에 필요한 광학현미경도 이미지 확대에 필요한 배율이 낮아 스마트폰에 장착이 가능한 수준”이라며 “궁극적으로 5~10분 내에 감염 여부를 진단하는 저렴한 휴대용 진단 시스템을 완성하는 것이 목표”라고 설명했다.

그는 또 “인체에도 동일한 면역 시스템이 있고, 인간의 백혈구는 실험에 사용된 쥐보다 수천 배 더 민감한 반응을 보이기 때문에 상용화 가능성이 크다”며 “병원과의 공동 연구를 통해 환자를 선별하는 임상연구를 계획 중”이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 엘스비어(Elsevier)출판사에서 발간하는 국제 학술지 ‘바이오센서 & 바이오일렉트로닉스’에 지난 8월 29일 온라인 공개됐다.