[미리보는 '금요일에 과학터치'] 피 한방울로 암·심혈관 질환 진단

사진=기능성 나노 입자 그림

인간의 수명이 길어져 점차 고령 인구가 늘어나고 있는 지금 질병 진단 기술은 전 세계적으로도 큰 이슈다. 우리나라 역시 인구의 7% 이상이 노인인 고령화사회다. 한양대 주재범 교수 연구팀이 개발한 신기술은 기존 진단 기술에 비해 무려 1천 배 더 우수한 효율로 질병을 진단할 수 있다고 한다. 조기 발견과 치료가 무엇보다 중요한 암이나 다른 난치병의 치료가 더 용이하게 된 셈이다.

혈액은 각종 질병과 암을 진단하는 데 쓰일 수 있다. 질병 종류에 따라서 골수를 채취하는 등 질병을 진단하는 데만 괴로운 과정을 거쳐야 하는 경우가 많은데 바이오센서(Biosensor)기술의 발달로 질병 진단도 '쉽고 빠르게' 변화하고 있다.

우리 몸에 질병 A를 일으키는 인자가 있다면 그 인자가 질병 A의 '항원'(antigen). 항원이 들어오면 우리는 모르지만 몸은 그것을 알고 반응한다. 원래 없던 것이 들어왔으니, 새로 온 항원이 정상 상태를 위협하지 못하도록 그것을 붙잡을 수 있는 물질을 만드는데 이때 생성되는 것이 '항체'(antibody)다. 항체는 항원에 붙어서 항원이 병을 일으키지 못하도록 방해한다. 항원에 대한 반응을 너무 심하게 하는 바람에 알레르기와 같은 증상을 일으키기도 하지만 항원에 비해 양이 적거나 미미해서 결국 질병에 당하고 말 때도 있다.

A에 대한 항체는 A항원만 방해할 수 있다. 질병 A에 대한 항체가 아무리 많다 한들, 질병 B에 대한 항원이 들어오면 속수무책이다. B항체만 B항원을 막을 수 있어서다. 항원과 항체는 '열쇠와 자물쇠'의 관계와 같다. 혈액에 A항체가 생성돼 있다면 A항원을 집어넣었을 때 반응을 보일 것이다. 이런 항원-항체 반응은 진단 기술의 표지(marker)로 사용할 수 있다.

주 교수 팀은 기능성 나노입자를 개발했다. '나노미터'(nm)는 거의 원자 한 개 수준의 크기다. 이런 나노 스케일의 동그란 구형 입자와 항체가 붙은 입자를 육안으로 구분하기란 힘들다. 이때 도움이 되는 것이 바로 '빛의 산란'(Light scattering). 직진하는 빛이 물체와 충돌하면 일부는 물체에 흡수되고 나머지는 다시 방출된다. 이때 빛과 충돌한 표면의 성질이나 물질의 종류에 따라 방출되는 방향이나 세기가 달라진다. 항체가 붙은 입자에 빛을 쏘면 항체가 없을 때와 산란되는 빛의 방향이 달라지고 우리는 이 신호를 검출해 항원 여부를 알 수 있는 것이다.

이뿐만 아니라 주 교수 팀은 나노기술과 반도체기술을 적용해 아주 작은 진단 키트로 어디서든 간편하게 진단할 수 있도록 '랩온어칩'(lab-on-a-chip)을 고안했다. 이는 말 그대로 '칩 위의 연구실'이라는 의미다. 조그만 칩에 약간의 혈액을 떨어뜨리는 것만으로 질병을 진단할 수 있다. 이 기술이 실용화되면 집에서도 간편하게 매일 건강상태를 진단할 수 있고, 각종 난치병도 조기에 발견하기 쉬워질 것이다.

이번 강연에서는 먼저 다양한 반도체, 재료, 의료, 환경 분석, 과학 수사 등 다양한 분야에 응용되고 있는 나노기술의 정의와 응용 범위에 대해 소개한다. 특히 의료 진단에 응용하기 위한 다양한 기능성 나노입자의 제조 방법을 살펴보고 이를 이용한 혈액 분석 등 의료 진단 기술들에 대해 살펴볼 예정이다.