"랩온어칩" 표지 논문 선정

암세포 및 암조직 표면의 당발현을 고감도로 탐지 가능한 분석기법 개발

암세포의 표지자로서 진단에 적용할 수 있는 세포 표면의 당을 효과적으로 분석할 수 있는 기법이 국내 연구진에 의해 개발되었다. 이는 소형화 시스템인 세포 마이크로어레이를 기반으로, 당의 특이적인 결합을 하는 렉틴 단백질과 형광을 가진 양자점 나노입자를 이용하여 암세포뿐만 아니라 실제 암환자 조직의 비정상적인 당을 효과적으로 분석해 냈다.

충남대학교 이창수 교수, 정헌호 박사과정 연구원의 주도하에 숭실대 김윤곤 교수 및 미국 Tufts 대학 이현민 교수의 참여로 수행한 이번 연구결과는 영국왕립화학회가 발행하는 바이오칩 및 미세유체분야의 세계적 학술지인 ‘Lab on A Chip ’ (Impact factor=6.306)에 게재되었으며, 연구 성과를 인정받아 2012년 12권 18호 표지 논문에 선정되었다. (논문명: Profiling surface glycans on live cells and tissues using quantum dot-lectin nanoconjugates)

이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단 재원인 미래기반기술개발사업 (신기술융합형성장동력사업)과 중견연구자지원사업 (도약연구)의 지원으로 수행됐다.

마이크로어레이 시스템은 다양한 생체 물질 (DNA, 단백질, 세포 등)을 마이크로미터 크기의 일정한 좁은 영역에 정렬하여 바이오센서의 기본 기술로서 다양한 응용분야를 가지고 있어 세계적으로 활발히 연구 및 응용되고 있는 분야이다.

기존의 널리 사용되고 있던 96-well plate 또는 384-well plate보다 비용이 적게 들며, 감도가 높은 초고속대량 분석 시스템 (high-throughput screening)을 구축하기 위해 분석 장치 및 바이오센서의 소형화 시스템이 요구되고 있다.

이창수 교수 연구팀은 세포 패터닝 기술을 기반으로 고도로 밀집되어 있는 영역의 패턴에 세포를 어레이화 시켜 초소형 분석 장치를 개발하였으며, 이를 암세포의 비이상적인 당 발현 연구에 접목시켜 새로운 당 분석 및 진단 시스템을 구축하였다.

본 연구팀은 세포마이크로어레이를 구축하기 위해 소프트리소그래피(soft-lithography) 공정을 통해 제작된 고분자 마이크로몰드를 스탬프로 이용하는 마이크로컨택트 프린팅 (mico-contacting printing) 기술을 적용하였다. 세포 패터닝 기술을 위해 세포의 부착을 방지 또는 유도하는 물질이 필요하다. 그리하여, 본 연구팀은 세포의 부착 및 생존능력이 우수한 세포배양플레이트에 세포의 부착을 방지하는 소수성 고분자의 패턴을 형성하여 세포어레이를 제작하였다.

세포표면 당을 효과적으로 분석하기 위해 특정 당에만 결합을 하는 렉틴 단백질과 강한 형광신호를 내는 양자점 나노입자를 이용하여 세포어레이 칩에서 수행하였다. 렉틴과 양자점 나노입자는 세포표면에서 혼성화가 이루어져 최종적으로 세포표면의 당발현에 따라 형광신호가 다르게 나타나고 있음을 증명하였다.

본 연구에서 개발한 새로운 분석 시스템은 기존의 96-well plate 방법보다 정확도, 신뢰도, 감도의 측면에서 훨씬 우수한 성능을 보여 향후 암세포 당 생물학 연구의 기반 기술이 될 것으로 기대된다.

이러한 분석방법을 토대로 사람의 다양한 기관으로부터 유래된 암세포 표면의 당을 분석하여 정상세포와 비교한 결과, 암세포의 비특이적인 당 발현 경향을 구별해 낼 수 있어 세포어레이 기반의 새로운 스크리닝 시스템을 성공적으로 구축하였다.

더 나아가, 본 연구에서 세포어레이로부터 얻은 결과를 바탕으로렉틴과 양자점을 동일하게 실제 암환자의 조직에 적용하여 당 발현을 분석한 결과, 실제 환자의 정상조직과 암조직을 비교/분석한 결과에 비정상적인 당 발현이 나타고 있음을 증명할 수 있었다.

이창수 교수는 “세포어레이를 기반으로 하는 초소형화된 분석 시스템은 손가락만한 크기에서 엄청난 양의 정보를 얻을 수 있는 Lab on A Chip의 기본 기술이며, 이를 기반으로 암세포에서의 비이상적인 당발현을 가장 정확하게 분석할 수 있는 플랫폼일 뿐만 아니라, 암세포의 당 생물학적 연구를 통한 정확한 진단을 할 수 있으며, 더 나아가 암세포를 효과적으로 치료할 수 있는 약물개발에 활용될 수 있다는 점에서 의미가 크다”고 연구 의의를 밝혔다.