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미세액적 기반의 단일 세포 수준 항생제 감수성 검사법 개발

공과대학 응용화학공학과 이창수 교수 연구팀이 미세액적 기반 단일 세포 수준의 항생제 감수성 검사법 연구를 국제 논문에 게재하며 생명공학 분야 연구 우수성을 입증했다.

이번 연구 성과는 국제적인 학술지 ‘Lab on a Chip’에 표지논문으로 12월 4일 게재됐으며, 이번 연구는 김재성 석박사통합과정생이 제1저자로, 이창수 교수가 교신저자로 참여했다.

※ 논문 제목: Label-free single cell antimicrobial susceptibility testing in droplets with concentration gradient generation

기존의 항생제 감수성 검사법(Antimicrobial Susceptibility Testing, AST)은 일반적으로 24~48시간이 소요되며, 미생물 군집의 집단적 응답만을 측정해 개인 세포의 변화 및 세포 간 이질성을 놓칠 수 있는 한계가 있다. 

이에 이창수 교수 연구팀은 미세액적 기반 농도 구배 형성 기술을 개발하고, 이를 활용해 다양한 농도의 항생제가 세포에 미치는 영향을 동시다발적으로 분석함으로써 단일 세포 수준에서 표지 없이(Label-free) 항생제 감수성을 평가할 수 있는 고속 검사 방법을 개발했다.

연구팀의 고속 검사 방법은 농도 구배를 갖는 미세액적에 단일 세포를 함입해 서로 다른 농도 조건에서 세포의 반응을 관찰하고 이미징 기반 분석 방법으로 형광 표지 없이 세포의 크기, 형상 변화, 또는 세포의 활동성 패턴을 추적했다. 

그 결과, 연구팀의 검사 방법은 균의 종류와 상관없이 항생제 감수성 검사 시간을 3시간 내로 단축함으로써 항생제 내성 관리와 감시 체계에 활용할 수 있는 새로운 도구로서의 가능성을 인정받았다.

특히, 이창수 교수 연구팀은 다수의 임상 병원균에 대해 항생제 감수성 데이터를 확보하고, 감수성(Susceptible)과 내성(Resistance) 균주의 세포 응답을 비교해 농도별 성장 억제 패턴을 분석해 기존의 표지 기반 분석의 한계를 극복하고 검사 시간을 크게 단축했다. 또, 세포 이질성(Heterogeneity)에 따른 다양한 반응을 분석할 수 있어 기존의 군집 분석보다 정밀한 데이터를 제공할 수 있음을 입증했다.

이창수 교수는 “임상 현장에서 정확하고 신속한 항생제 처방에 기여할 수 있는 가능성”을 제시하며 “단일 세포 수준의 정밀 데이터 활용을 통해 맞춤형 항생제 요법으로 발전 가능성과 함께 향후 의료 진단 및 생명 공학 등 다양한 분야에서 널리 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단(중견연구자지원사업 및 지역혁신 선도연구센터)의 지원을 받아 수행됐다.

□ 논문 링크: https://pubs.rsc.org/en/journals/journalissues/lc#!issueid=lc024024&type=current&issnprint=1473-0197