한빛사 인터뷰
- 등록2025-05-08
- 조회184
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
최근 바이오마커 기반 정밀진단 기술은 빠르게 발전하고 있습니다. 특히 피부 간질액 (interstitial fluid, ISF) 기반 진단은 혈액 기반 진단의 침습성과 불편함을 해소할 수 있는 차세대 기술로 주목받고 있습니다. ISF는 혈장과 성분이 유사하고 체내에서 혈액보다 3배 이상 많은 양이 존재하여 체내 상태를 민감하게 반영할 수 있습니다. 하지만 ISF의 분석은 상대적으로 기술적 도전과제가 많았던 분야입니다.
본 연구에서는 이러한 한계를 극복하고자 Turbulence-enhanced microneedle immunoassay platform (TMIP)을 개발했습니다. 피부에 최소 침습적으로 삽입 가능한 나노다공성 마이크로니들 (nanoporous microneedle)을 통해 바이오마커를 신속하게 포획한 뒤, 난류를 통해 비특이적 결합을 효과적으로 제거하여 신호의 재현성을 55% 이상 향상시키고 반응성을 높여 민감도를 높일 수 있었습니다. 특히 피부암 (흑색종, Melanoma) 진단을 위한 바이오마커인 S100B (S100 calcium-binding protein B) 단백질을 타겟으로 하여 기술을 검증하였습니다. S100B는 흑색종 환자의 혈중 농도가 질병의 진행과 밀접하게 연관되어 있으며, 0.2 ng/mL 이상의 농도가 진단 및 예후 예측에 중요한 기준으로 활용됩니다. 그동안 이 바이오마커는 주로 혈액 기반 정밀 장비로 측정되었기에, 보다 간편하고 최소 침습적인 현장형 진단법 개발이 요구되고 있었습니다. 본 연구에서는 최종적으로 흑색종이 발현된 동물모델을 활용하여, 피부에 1분의 부착으로 S100B를 정량적으로 검출할 수 있음을 검증했으며 31 pg/mL 수준의 낮은 검출한계 (Limit of detection, LOD)를 달성했습니다. 이는 향후 피부암 환자의 상태를 빠르고 고통 없이 고감도·고재현성으로 모니터링할 수 있는 임상 진단 도구로서의 가능성을 보여줍니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
본 연구는 제가 박사과정으로 재학중인 경북대학교 의생명융합공학과 한영기 교수님의 하이브리드 나노바이오센서 연구실과 부산대학교 바이오소재과학과 양승윤 교수님 연구실의 공동연구로 진행되었습니다. 저는 본 연구를 양승윤 교수님 연구실의 성금용 박사님과 함께 수행했습니다.
한영기 교수님 연구실은 차세대 개인 맞춤형 질병 진단 의료기기 관련된 다양한 연구를 진행 중에 있습니다. 바이오멤스 (BioMEMS), 미세유체역학 (Microfluidics), 나노바이오기술 (Nanobiotechnology) 기반으로 제작된 미세유체소자를 이용하여 단백질 (protein), 유전체 (DNA/RNA) 등의 다양한 바이오마커 (biomarker) 및 세포외소포체 (Extracellular Vesicles, EV) 검출이 가능한 다중 검출 바이오센서 플랫폼을 개발함으로써 개인별 맞춤형 헬스케어 솔루션을 제공하는데 목표를 두고 있습니다. 무엇보다도 자유롭고 창의적인 아이디어를 존중하는 연구 분위기가 이번 연구의 핵심인 마이크로니들과 마이크로플루이딕스 기반의 디바이스를 통합하는데 있어서 큰 힘이 되었습니다. 더불어 연구실 구성원 간의 자유로운 아이디어 공유와 서로 배려하는 연구 환경 덕분에 이번 연구를 잘 끝마칠 수 있었습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
본 연구는 단순히 바이오센서 개발에 그치지 않고, 센서 분야 전반에서 매우 중요한 요소 중 하나인 재현성 (reproducibility) 향상을 목표로 삼았다는 점에서 큰 의미가 있었습니다. 특히, 고가의 정밀 장비나 복잡한 고난도 기술 (high technology)을 활용하기보단 좀 더 접근성이 높고 비교적 간편한 방법으로 이를 달성했다는 것에 보람을 느꼈습니다. 물론 최첨단 기술을 도입하여 성능을 높이고 한계점을 극복하는 것이 이상적일 수 있지만 비교적 간편한 방법으로도 비슷한 성능향상 또는 그 이상의 결과를 낼 수 있다면 이 또한 큰 의미가 있다고 생각합니다. 앞으로의 연구에서도 누구나 쉽게 적용 가능하고 비교적 간단한 방법들로 기존의 한계점들을 극복하고 널리 활용 가능한 진단 플랫폼을 개발하는 데 기여하고 싶습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
바이오센서와 간질액 기반 진단 기술은 앞으로도 꾸준히 성장할 분야입니다. 특히 마이크로니들, 마이크로플루이딕스, 면역분석 기술 등 다양한 공학적 요소가 융합되기 때문에 다양한 분야의 지식과 융합적 사고가 중요하다 생각합니다. 따라서 생물학적 이해 뿐만 아니라 재료공학, 기계 설계, 유체역학, 데이터 분석 등의 역량을 고루 갖추면 유리하다고 생각합니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
이번 연구에서는 피부암(흑색종) 바이오마커인 S100B를 중심으로 플랫폼의 성능을 입증했지만, 향후에는 이 기술을 다양한 질환 바이오마커로 확장하고자 합니다. 예를 들어 염증, 감염성 질환, 대사 질환 등의 바이오마커를 피부 간질액에서 손쉽게 분석할 수 있도록 하는 것이 목표입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
이번 연구는 저의 역량만으로 이루어진 것이 아니라, 여러 기관과 연구자의 긴밀한 협력과 끊임없는 소통 덕분에 가능했습니다. 대학원을 진학하여 석사 학위를 취득하고 박사과정을 진행하며 한 명의 연구자로 성장할 수 있도록 지도해 주신 한영기 교수님께 깊은 감사를 드립니다. 연구 과정에서 끊임없이 피드백과 조언을 해 주신 덕분에 이번 연구를 끝까지 마칠 수 있었습니다. 또한 본 연구를 함께 수행한 부산대학교 바이오소재과학과 양승윤 교수님과 성금용 박사님께도 감사드립니다. 짧지 않은 기간 꾸준히 소통 해주시고 협업해 주신 덕분에 좋은 결과가 있었습니다. 끝으로, 이번 인터뷰의 기회를 마련해주신 BRIC 한빛사에도 깊이 감사드립니다.
#Biosensor
#microneedle
#Turbulence generation
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