카이스트 신소재공학과 장재범 교수 연구팀이 암 진단에 필요한 새로운 형광 신호 증폭 기술을 개발했다.

최근 3D 전체 조직 영상화(이미징)를 가능하게 하는 생체조직 팽창 기술(ExM) 및 투명화 기술(CLARITY, 3DISCO, CUBIC)은 복잡한 세포 간 상호작용 및 역할을 밝혀내는 핵심적인 역할을 하고 있다. 그러나 큰 부피 내부의 세포 변화를 관찰하기 위해서는 약한 형광 신호를 증폭해 높은 이미지 처리량을 갖는 기술이 필요했다.

지금까지 '신호 증폭' 기술은 다양한 화학 반응으로 개발돼왔는데, 대부분 단일 화학 반응을 이용해 다중 표지 신호 증폭 영상화를 위해서는 단일 신호 증폭과 비활성화 과정을 채널별로 반복해야 하는 단점이 있었다. 또한 유전자(DNA) 기반의 증폭 기법은 서로 다른 항체에 대한 유전 물질 분자 결합의 최적화 과정이 필요해 일반적인 생물 실험실에서 사용하기는 어려웠다.

장재범 교수 연구팀은 이러한 문제점 개선을 위해 현재 상용화돼 있는 형광 분자가 표지된 항체를 사용해, 추가적인 최적화 과정이 필요 없는 신호 증폭 기술에 주목했다.

결과적으로 연구팀은 '프랙탈(FRACTAL, Fluorescence signal amplification via repetitive labeling of target molecules)'이라는 새로운 신호 증폭 기술을 개발했다. 이는 항체 기반의 염색 방법으로, 신호 증폭 과정이 매우 간단하다는 특징을 지닌다. 신호 증폭을 위해 특수한 화학 물질을 필요로 하지 않으며, 형광 분자가 표지된 2차 항체의 반복적인 염색을 통해 형광 신호를 증폭한다.

이 기술은 간단한 항체-항원 반응에 기반해 형광 신호를 증폭시키는 기술로, 영상을 통한 생체조직의 분석 및 치료기술 개발, 다지표 검사, 의료 및 신약 개발 분야에 이바지할 것으로 기대된다.

장재범 교수는 "이 기술은 환자 생체 검사 조직 내부에서 매우 중요하지만 낮은 수준으로 발현되는 바이오마커들을 정확하게 이미징 할 수 있게 해준다"며 "따라서 암 진단 및 면역 항암제 반응률 예측 등에 큰 도움이 될 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지인 영국왕립화학회의 '나노스케일(Nanoscale)'에 최근 게재됐으며, 과학기술정보통신부가 지원하는 뇌과학원천기술개발 과제와 카이스트 학부연구생프로그램(URP)의 지원을 받아 수행됐다.