코로나19 현장진단용 나노PCR 기술 개발

▲ 연세대 IBS관에서 천진우 교수가 현장 중심형 코로나 바이러스 감염증 진단을 위한 나노 유전자 증폭 과정을 시연하고 있다. (사진=연세대)

[에너지경제신문 송기우 에디터] 기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 나노의학 연구단 천진우 단장(연세대 교수), 이재현 연구위원(연세대 고등과학원 교수) 연구팀은 하버드 의과대학 이학호 교수 연구팀과 공동으로 나노물질을 이용해 코로나 바이러스를 17분 내에 정확히 검출하는 현장진단(Point-of-care, POC) 기술을 개발했다.

현재 사용되는 코로나19 표준검사방법은 ‘역전사 유전자 증폭방법(RT PCR)’이다. RT PCR은 정확도는 높지만 바이러스 검출에만 수시간 이상이 소요된다. 고가의 대형장비를 갖춘 병원, 연구소 등으로 검체를 운송, 진단해야하기 때문에 과정이 복잡하고 비용도 많이 든다. 실시간 현장 대응이 어렵다는 문제도 있다.

연구진은 기존 진단법의 한계를 극복하기 위해 플라스모닉물질과 자성물질을 결합한 ‘마그네토 플라스모닉 나노입자(Magneto Plasmonic Nano particle, 이하 MPN)’를 개발했다. 이를 PCR에 적용하여 고속 유전자증폭과 검출이 가능한 현장진단형(POC) 코로나19 진단 장비인 ‘nanoPCR’을 개발했다. MPN은 특정 파장의 빛에 감응하여 빛을 열에너지로 바꾸는 ‘플라스모닉 효과’를 띔과 동시에 샘플 분리를 가능하게 하는 자기력을 가지고 있다. 때문에 유전물질의 증폭과 검출을 동시에 해내면서 소량의 유전물질로도 정확한 검출을 할 수 있다. 나노기술로 신속성과 정확성, 두 마리 토끼를 잡은 셈이다.

나아가 한 번에 여러 시료를 탑재할 수 있는 ‘페리스휠 (Ferris wheel) 시스템’을 적용하여 분석 처리량을 향상시켰다. 개발한 nanoPCR은 작고 가벼워(15x15x18.5cm, 3kg) 현장에서 손쉽게 사용할 수 있다.

연구진은 nanoPCR로 실제 코로나19를 진단하는 환자검체시험을 진행했다. 그 결과 환자 1명 샘플분석을 약 17분 만에 마쳤으며, 150명의 감염여부를 정확히 판정하였다(75명 양성, 75명 음성 샘플). RT PCR 수준의 정확도(99%)를 갖추면서도 진단시간은 획기적으로 단축시킨 것이다.

천진우 단장은 "PCR 구동 방법을 개량하고 소형화하여 코로나19를 현장에서 손쉽고 신속하게 진단하는 PCR 기술을 개발했다"며 "코로나19 뿐 아니라 향후 다양한 바이러스 전염성 질병진단에 유용한 플랫폼으로 활용될 것으로 기대한다"고 전했다. 이번 연구는 실험실 수준의 연구 성과로서, 진단기기 상용화 및 실제 현장 배치를 위해서는 후속 개발연구가 필요하다.

이번 연구결과는 국제학술지‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링 (Nature Biomedical Engineering, IF 17.149)’에 12월 3일 19시(한국시간) 게재됐다.