DGIST, 여러 단백질을 한 눈에 보는 '질량분석 바이오 이미징 기술' 개발

왼쪽부터 문대원 DGIST 뉴바이올로지전공 석좌교수, 박영호 에너지공학전공 박사과정생.

인수일 DGIST 에너지공학전공 교수

대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양) 뉴바이올로지전공 문대원 석좌교수, 에너지공학전공 인수일 교수 공동연구팀이 여러 종류의 세포막 단백질을 동시에 관찰하며 분석할 수 있는 질량분석 바이오 이미징 기술을 세계 최초로 개발했다.

이번 연구 결과는 기존의 형광 분광 기반 바이오 이미징 기술의 한계를 넘어 복잡한 질병 메커니즘 등을 규명하고 조기 진단하는 데 크게 기여할 것으로 기대된다.

현재 주로 사용되는 바이오 이미징 기술은 형광 물질을 단백질에 입혀서 관찰하는 방법인데 광학 기술의 한계 때문에 동시에 관찰 가능한 단백질은 3, 4가지 정도로 분석의 한계가 있었다.

DGIST 연구팀은 SIMS 분석법(Secondary Ion Mass Spectrometry·2차 이온 질량 분석법)을 적용해 세포막에 존재하는 여러 종류의 단백질을 관찰하는 데 성공했다. SIMS 분석법은 가속 이온을 이용해 주로 반도체 제조를 위한 극미량의 불순물 분석에 활용되는 기술인데 최근에는 바이오 이미징 기술에 적용하려는 연구가 활발하다.

하지만 가속 이온의 파괴적인 특성 때문에 지질 분자 이미징 정도만 가능했고, 단백질 이미징은 불가능해 SIMS 분석법을 통한 바이오 이미징 연구가 제한적이었다.

연구팀은 SIMS 분석법이 수십 종의 산화금속을 분석하고 이미징할 수 있다는 데 착안했다. SIMS 분석 시 감도가 매우 높은 수십 나노미터(nm) 크기의 산화금속 나노 입자를 항체에 접합시킨 후 이 항체를 단백질(항원)과 결합시켰다.

문대원 석좌교수는 "이번에 개발한 기술을 통해 기존 형광 분광 이미징 기술보다 이미지화할 수 있는 단백질 분자의 수를 증가시켰다"며 "금속 산화물 나노 입자의 높은 SIMS 감도를 활용, 시료 손상을 최소화해 세포막에서의 단백질 상호 작용 관찰을 가능하게 했다"고 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제과학저널 'ACS Applied Materials ＆ Interfaces'에 15일 자 표지논문으로 게재됐다.