KAIST, 혈액으로 알츠하이머병 진단기술 개발 Clinically accurate diagnosis of Alzheimer’s disease via multiplexed sensing of core biomarkers in human plasma

혈액으로 알츠하이머병 진단…KAIST, 멀티플렉스 센서 개발

    KAIST는 신소재공학과 박찬범·스티브 박 교수 공동 연구팀이 혈액으로 손쉽게 알츠하이머병을 진단할 수 있는 센서를 개발했다고 15일 밝혔다.

김가영 박사과정·김민지 석사과정이 공동 1저자로 참여한 이번 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature communications)' 온라인판에 지난 8일자로 게재됐다. 논문명:Clinically accurate diagnosis of Alzheimer’s disease via multiplexed sensing of core biomarkers in human plasma.

 

nature.com

Clinically accurate diagnosis of Alzheimer’s disease via multiplexed sensing of core biomarkers in human plasma Kayoung Kim, Min-Ji Kim, Da Won Kim, Su Yeong Kim, Steve Park & Chan Beum Park  Abstract Alzheimer’s disease (AD) is the most prevalent neurodegenerative disorder, affecting one in ten people aged over 65 years. Despite the severity of the disease, early diagnosis of AD is still challenging due to the low accuracy or high cost of neuropsychological tests and neuroimaging. Here we report clinically accurate and ultrasensitive detection of multiple AD core biomarkers (t-tau, p-tau181, Aβ42, and Aβ40) in human plasma using densely aligned carbon nanotubes (CNTs). The closely packed and unidirectionally aligned CNT sensor array exhibits high precision, sensitivity, and accuracy, evidenced by a low coefficient of variation (<6%), a femtomolar-level limit of detection, and a high degree of recovery (>93.0%). By measuring the levels of t-tau/Aβ42, p-tau181/Aβ42, and Aβ42/Aβ40 in clinical blood samples, the sensor array successfully discriminates the clinically diagnosed AD patients from healthy controls with an average sensitivity of 90.0%, a selectivity of 90.0%, and an average accuracy of 88.6%. View full text https://www.nature.com/articles/s41467-019-13901-z

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알츠하이머병은 치매의 약 70%를 차지하는 대표적인 치매 질환이지만 현재 진단방법은 고가의 양전자단층촬영(PET) 또는 자기공명영상진단(MRI) 장비를 사용하기때문에 저렴하면서도 손쉬운 진단기술 개발의 필요성이 제기돼 왔다.

KAIST 연구팀은 표면압력을 조절해 나노입자를 단층으로 제작하는 기법인 랑뮤어 블라젯(Langmuir-blodgett)기술을 이용해 고밀도로 정렬한 탄소 나노튜브(Carbon nanotube) 기반의 고민감성 저항센서를 개발했다. 탄소 나노튜브를 고밀도로 정렬하게 되면 무작위의 방향성을 가질 때 생성되는 접합 저항(Tube-to-tube junction resistance)을 최소화할 수 있어 분석물을 더 민감하게 검출할 수 있다.

실제로 고밀도로 정렬된 탄소 나노튜브를 이용한 저항센서는 기존에 개발된 탄소 나노튜브 기반의 바이오센서들 대비 100배 이상의 높은 민감도를 보였다.

또 연구팀은 고밀도로 정렬된 탄소 나노튜브를 이용해 혈액에 존재하는 알츠하이머병의 바이오마커 4종류를 동시에 측정할 수 있는 저항센서 칩을 제작했다.

 

알츠하이머병의 대표적인 바이오마커인 베타-아밀로이드 42 (β-amyloid42,), 베타-아밀로이드 40 (β-amyloid40), 총-타우 단백질 (Total tau proteins) 및 과인산화된 타우 단백질 (Phosphorylated tau proteins)은 알츠하이머병의 병리와 직접적인 상관관계를 가지기 때문에 알츠하이머병 환자를 구별해 내는 데 매우 유용하다.

고밀도로 정렬된 탄소 나노튜브 기반 센서 칩을 이용해 실제 알츠하이머 환자와 정상인의 혈액 샘플 내에 존재하는 4종의 바이오마커 농도를 측정해 비교한 결과, 민감도와 선택성은 각 90%, 88.6%의 정확도를 보여 중증 알츠하이머 환자를 상당히 정확하게 진단할 수 있음이 확인됐다.

연구팀이 개발한 고밀도로 정렬된 탄소 나노튜브 센서는 측정방식이 간편하고, 제작비용도 저렴하다.

박찬범 교수는 "이번 연구는 알츠하이머병으로 이미 확정된 중증환자들을 대상으로 진행됐다. 실제 진료환경에 활용키 위해서는 경도인지장애(Mild cognitive impairment) 환자의 진단 가능성을 테스트하는 것이 필요하다"면서 "이를 위해 경도인지장애 코호트, 치매 코호트 등 범국가적인 인프라 구축이 필수적이고 공공기관의 적극적인 네트워크 구축 및 지원이 요구된다"고 강조했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 리더연구자 지원사업과 충남대병원 및 충북대병원 인체자원은행의 지원을 받아 수행됐다.

뉴시스

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