▲환자의 감염 상태를 확인할 때 가장 먼저 사용하는 방법은 혈액 검사다(출처=셔터스톡)

감임상의들은 감염성 질병을 진단할 때 병원균을 탐지하기 위해 혈액 검사를 실시하지만, 혈액 검사는 시간이 소요될 뿐만 아니라 비용이 많이 든다. 이에 한 연구팀이 감염성 질병의 존재를 빠르게 확인할 수 있는 페이퍼 스트립(paper strip)을 개발했다.

네덜란드의 에인트호번대학과 일본의 게이오대학 합동 연구팀이 개발한 야광 페이퍼 스트립은 혈액 샘플에서 감염 여부를 탐지하기 위해 항체를 사용한다.

신속한 감염 진단 위한 저렴한 페이퍼 스트립

부상으로 인한 초기 감염 단계에서, 대식세포와 호중구 같은 최초의 반응기가 박테리아, 곰팡이 또는 바이러스 같은 병원균과 독소를 포함한 다른 해로운 물질을 제거하기 위해 부상 입은 위치에 가장 먼저 나타난다. 그러나 일부 감염의 경우 이러한 반응기만으로 해결하기에 너무 강해서 항체 생성을 유도할 수 있는 도움을 요청하게 만든다.

항체는 면역 체계가 분비하는 단백질로써 병원균, 보통 이물질이나 독소의 단백질이 활동할 수 없게 만드는 특이성이 있다. 그러나 면역 반응이 일어나는 동안, 항원을 가지고 있는 물질들이 백혈구의 일종인 B림프구를 활성화시켜 항체를 생성하게 만든다. 감염성 매개체는 이에 반응하는 항원과 항체를 가지고 있으며, 바로 이것이 새로운 진단 기법이 초점을 맞추고 있는 것이다.

최근 연구에서 과학자들은 감염을 탐지했을 때면 언제나, 어둠 속에서도 발광하는 페이퍼 스트립을 개발했다. 이 기법은 환자의 감염 여부를 확인하기 위해 혈액 한 방울만 있으면 된다. 그러면 이 페이퍼 스트립은 혈액 샘플에 존재하는 항체 수를 분석하기 시작한다. 그리고 감염을 탐지하면, 페이퍼 스트립은 파란색-녹색 빛을 방출하게 되고 임상의는 색의 비율을 해석한다.

"생화학 반응이 종이의 아랫면에서 파란색-녹색 빛을 방출하도록 유도한다. 파란색이 짙을수록 항체 농도가 높다는 의미다"고 이번 연구의 선임 저자인 마틴 메르크스 박사는 말했다.

▲한 연구팀이 질병을 측정할 수 있는 야광 페이퍼 스트립을 개발했다(출처=셔터스톡)

페이퍼 스트립의 단백질 센서

페이퍼 스트립에는 색을 방충하는 단백질 센서가 내장되어 있다. 연구팀은 자체적으로 야광 단백질 센서라고 부르는 비밀 성분을 사용했다.

이 페이퍼 스트립에 혈액 한 방울을 올려놓으면, 혈액과 단백질 사이에서 상호작용이 발생해 반응한다. 이 반응으로 인해 생체발광 현상으로써 푸른색 빛을 방출하게 되는 것이다. 특정한 상태가 충족되는 경우 생체발광은 푸른빛에서 녹색 빛으로 전환될 수도 있다.

샘플에 항체 수가 많을수록, 페이퍼 스트립은 파란색으로 빛이 나면서 감염 상태라는 것을 나타낸다. 그러나 파란색에서 녹색으로 변하는 경우, 샘플에 존재하는 항체의 수가 적어졌다는 것을 의미한다. 혈액에 평소보다 항체 수가 많은 경우, 페이퍼 스트립은 보다 강한 푸른빛을 발광한다. 따라서 임상의들은 파란색과 녹색의 비율을 비교해 환자의 감염 상태를 평가할 수 있다.

"혈액 속 항체 존재 여부를 알 수 있을 뿐만 아니라 그 양도 알 수 있다"고 메르크스 박사는 덧붙였다.

페이퍼 스트립 테스트하기

연구의 일환으로써, 연구팀은 새로운 페이퍼 스트립의 원형을 테스트했다. 아주 작은 진단 기기로 세 세트의 항체를 동시에 탐지했다. 해당 항체는 뎅기열, HIV 및 인플루엔자 감염과 관련이 있었다.

▲페이퍼 스트립은 HIV 바이러스와 같은 질병과 연관된 항체를 감지한다(출처=셔터스톡)

연구팀은 색의 비율이 혼동을 피하기에 충분히 정확하다는 것을 확인했다. 이 페이퍼 스트립은 시간이 갈수록 신호가 약해지는 다른 바이오센서에 비해 장시간 색을 유지할 수 있었다. 연구팀은 향후 몇 년 안에 이 기기가 상업적으로 이용 가능하다고 예상하고 있다. 그러나 이 페이퍼 스트립이 상용화될 때 추가할 다른 최적화 계획이나 특징에 대해서는 어떤 언급도 하지 않았다.

진단 의학에서 항체의 사용

인체의 면역체계가 항체를 생성하면 이는 체내에 병원균이 있다는 것을 의미한다. 따라서 의료 진단 시, 항체와 항원의 관계는 매우 중요하다. 이 관계를 통해 면역 분석법이라는 유명한 진단 테스트가 개발됐다.

영국면역학협회(British Society for Immunology)에 따르면, 효소결합면역흡착측정법(ELISA)은 샘플 속의 항체, 항원, 단백질 및 당단백 평가에 적용된다. 임상의들은 HIV 감염, 임신 및 편평상피암 같은 의료적 증상을 확인하기 위해 ELISA를 사용한다.

또 다른 유형의 면역분석법에는 방사성 동위원소를 탐지하는 방사면역측정법(RIA)이 있다. 혈액 속에 있는 매우 소량의 방사성 물질을 탐지할 수 있는 테스트 중 하나로 정확성이 매우 높다.

항체는 매우 강력한 단백질로 면역 체계의 비밀 무기로 기능한다. 현대 과학자들은 이러한 항체를 보다 뛰어난 진단 기법을 개발하는 데 사용하고 있다.

[메디컬리포트=김건우 기자]

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