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연세대학교 의과대학

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J. Nanobiotechnol., Jun 23 2026, | https://doi.org/10.1186/s12951-026-04707-5 Development of a rapid and simple Xeno Nucleic Acid (XNA) sensor-based microRNA detection platform for Parkinson's disease diagnostics

^†Mi Young Byun¹, ^†Moon Young Ryu¹, ^†Seok Jong Chung², Bora Lee¹, Jong Ryeol Oh¹, Jin Kyu Woo¹, Jin Young Shin², Min Kyun Han³, Oh Young Bang^4,5, Yun Joong Kim², Ming-Che Kuo⁶, Hsiang-Hsuan Lin-Wang⁷, Rudy-Meei Wu⁶, Shau-Ping Lin⁷, *Seok Keun Cho¹, *Phil Hyu Lee², and *Seong Wook Yang³

¹XENOHELIX Co. Ltd., Incheon, Korea
²Department of Neurology, Yonsei University College of Medicine, Seoul, South Korea
³Department of Systems Biology, Institute of Life Science and Biotechnology, Yonsei University, Seoul, Korea
⁴Department of Neurology, Samsung Medical Center, Sungkyunkwan University School of Medicine, Seoul, Korea
⁵S&E bio Co., Ltd., Seoul, Korea
⁶Department of Neurology, National Taiwan University Hospital, Taipei, Taiwan
⁷Institute of Biotechnology, National Taiwan University, Taipei, Taiwan

^†These authors contributed equally to this article as first authors.
^*Correspondence: Seong Wook Yang, Phil Hyu Lee, Seok Keun Cho

Abstract

Current biomarkers for Parkinson's disease (PD) diagnosis, including imaging tracers, α-synuclein seeding assays, proteomic markers, and metabolomic signatures, are often limited by invasiveness, cost, scalability, or insufficient reproducibility. Circulating microRNAs (miRNAs) are attractive minimally invasive biomarkers because they are mechanistically linked to disease-associated pathways and remain stable in biofluids. However, the clinical translation of miRNA biomarkers has been hindered by multistep workflows and analytical variability arising from adapter ligation, reverse transcription, amplification drift, and cross-platform inconsistency in qRT-PCR, sequencing, and hybridization-based assays. To address these limitations, we developed XENO-Q, a rapid three-step platform that enables bias-minimized miRNA quantification through target-selective synthesis, in which only sensor-confirmed miRNAs are converted into amplifiable chimera products. XENO-Q enables linear quantification across several orders of magnitude with femtomolar sensitivity and high reproducibility while maintaining compatibility with qRT-PCR, ddPCR, and nanopore sequencing workflows. As a demonstration of clinical applicability, XENO-Q identified a two-marker circulating miRNA signature that accurately distinguished PD from other neurodegenerative conditions. These findings establish XENO-Q as a scalable and clinically translatable framework for next-generation miRNA diagnostics beyond Parkinson's disease.

논문소개전체 설명

연구 배경
파킨슨병(PD)은 전 세계 1천만 명 이상이 앓고 있는 두 번째로 흔한 신경퇴행성 질환입니다. 그러나 현재 임상 진단은 도파민 신경세포가 이미 30~60% 이상 소실된 후에야 나타나는 운동 증상(떨림, 경직, 서동증)에 의존하고 있어, 조기 진단이 매우 어렵습니다.
혈액 속에 순환하는 마이크로RNA(miRNA)는 질병과 관련된 신호를 비침습적으로 감지할 수 있는 바이오마커로 주목받아 왔습니다. 하지만 기존의 검출 방법들—qRT-PCR, 차세대 염기서열분석(NGS), 혼성화 기반 분석법—은 어댑터 연결 편향, 역전사 오류, 증폭 왜곡 등의 기술적 한계로 인해 서로 다른 연구 간 재현성이 낮고, 실제 생물학적 신호가 기술 노이즈에 묻히는 문제가 반복되어 왔습니다.

개발 기술
본 연구팀(GenoHelix/XENOHELIX, 연세대학교 의과대학, 연세대학교 시스템생물학과)은 이러한 한계를 극복하기 위해 XENO-Q라는 새로운 miRNA 정량 플랫폼을 개발했습니다. XENO-Q의 핵심 원리는 표적 선택적 합성(target-selective synthesis)입니다. XNA(Xeno Nucleic Acid) 기반의 센서가 목표 miRNA와만 결합하고, 결합된 miRNA만이 Xeno-중합효소(Xeno-polymerase)의 프라이머로 작동하여 miRNA-DNA 키메라 가닥을 생성합니다. 결합하지 않은 센서와 비특이적 RNA는 S1 뉴클레아제 분해 및 막 여과 과정에서 제거됩니다. 이로써 비특이적 증폭이 원천적으로 차단되고, 실제로 존재하는 miRNA만 정량화됩니다. 전체 반응은 약 1시간 이내에 완료되며, qPCR, ddPCR, 나노포어 시퀀싱 등 다양한 하류 분석 플랫폼과 호환됩니다.

주요 성과
분석 성능 면에서, XENO-Q는 펨토몰(fM) 수준의 감도와 ddPCR과의 높은 상관성(R²=0.996)을 보였으며, 단일 염기 차이로 구분되는 let-7 패밀리 miRNA 8종을 개별 식별하는 뛰어난 특이성을 입증했습니다. 104개 miRNA 타깃에 걸쳐 GC 함량이나 2차 구조에 관계없이 균일한 정량값을 나타내, 기존 방법의 서열 의존적 편향이 없음을 확인했습니다.
임상 적용 면에서, 세 차례의 독립 Illumina 시퀀싱과 NanoString 혼성화 분석을 통해 파킨슨병에서 특이적으로 상승하는 miRNA 후보군을 선별했습니다. 이후 XENO-Q를 이용해 HC 112명, PD 78명의 전혈 샘플을 검증한 결과, hsa-miR-144-3p(AUC=0.9067)와 hsa-let-7d-5p(AUC=0.8411)가 최종 바이오마커로 선정되었습니다. 두 마커를 결합한 로지스틱 회귀 모델은 PD/PDD vs. HC에서 AUC 0.9493, 민감도 87.93%, 특이도 89.39%를 달성했으며, PD/PDD vs. AD/DLB 감별에서도 AUC 0.8273을 기록해 알츠하이머병과의 차별적 진단 가능성을 보여주었습니다.

의의
XENO-Q는 증폭 편향 없이 혈액 한 방울(200µL)로 1시간 안에 파킨슨병 관련 miRNA를 정밀하게 정량할 수 있는 플랫폼으로, 기존 CSF 채취나 고가의 영상 장비 없이도 활용 가능한 최소 침습적 스크리닝 도구로서의 가능성을 제시합니다. 본 연구는 miRNA 바이오마커 연구의 재현성 문제를 기술적으로 해결하고, 파킨슨병 조기 진단을 향한 임상 번역의 새로운 경로를 열었다는 점에서 의미가 있습니다.

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