눈물 통한 알츠하이머 조기 진단 바이오마커 검출 방법 개발

새로운 면역분석법(SNAFIA) 개발해 눈물 속 바이오마커(CAP1) 유효성 검증 안구액 기반 비침습적 측정 기술로 고통, 비용 절감한 효과적 조기 진단 기대

연세대학교 의과대학 용인세브란스병원(병원장 김은경) 안과 지용우 교수, 연세대학교 화공생명공학과 함승주 교수 연구팀이 알츠하이머병을 조기 진단하는 면역분석법을 개발한 후 이를 이용해 눈물 속 생체표지자(바이오마커)를 발굴했다.

눈은 뇌와 연결돼 알츠하이머병을 구분하는 수단으로 이용되고 있으며 안과적 검사를 통해 상대적으로 쉽고 저렴한 방법으로 진단하려는 연구가 계속되고 있다. 특히 눈물을 이용한 진단은 복잡한 준비 과정이 필요 없고 비용이 저렴할 뿐 아니라 중추신경계와 직접 연관돼 뇌신경계질환의 영향을 직접적으로 반영하는 특징이 있어 주목받고 있다.

연구팀은 알츠하이머병 환자 눈물 검체 기반 생체표지자 발굴 및 저비용·고감도의 센싱 플랫폼 개발로 알츠하이머병 조기 진단의 새로운 틀을 마련하고자 연구를 수행했다.

연구는 크게 두 가지 과정으로 구성됐다. 먼저 대표 환자군에서 생체표지자 후보 물질을 탐색 및 선정하기 위해 고분해능 질량 분석기를 이용한 단백체 동정 분석을 실시했다. 이후 유효한 물질을 고감도로 검출하는 센싱 플랫폼을 개발해 눈물 샘플을 검증했다.

연구팀이 개발한 센싱 플랫폼은 선정된 후보 물질만을 선택적으로 검출할 수 있는 유·무기 나노구조체 기반의 면역분석법(SNAFIA)을 이용한다. 이러한 면역분석법은 항원-항체 반응을 통한 증폭된 형광 신호 방출로 새로운 생체표지자 발굴에 즉각 적용할 수 있도록 기능화돼 다양한 질병 진단에 적용할 수 있고 질병의 조기 진단에도 효과적이다.

연구 결과, 대표 환자군에서 검출한 생체표지자 후보 물질인 CAP1 단백질이 알츠하이머병 생체표지자로서 유효하다는 것을 확인했다. 눈물 샘플을 대상으로 SNAFIA 분석을 시행한 결과 질병 진행 단계에 따라 CAP1 단백질의 존재를 나타내는 형광 신호 값이 점진적으로 증가했다. 

경도인지장애 집단과 알츠하이머병 집단에서 곡선하면적(AUC) 값은 각각 0.762, 0.971로 정상 집단에 비해 유의미했다. 또한, 연구팀은 인지기능검사(MMSE) 결과와 센싱 플랫폼 분석 결과 사이에도 유의한 상관관계가 있음을 밝혀 센싱 플랫폼과 눈물을 이용한 알츠하이머병의 비침습적 진단의 유효성을 제시했다.

지용우 교수는 “SNAFIA 분석과 같이 간편하고 정확도 높은 체액 기반 비침습적 측정 기술은 고통을 동반하고 고비용인 기존 알츠하이머병 검사의 문제점을 개선하고 조기 진단의 효과적인 도구가 될 것”이라며 “향후 콘텍트렌즈나 인공수정체와 같은 안과 의료기기에 연구팀의 SNAFIA 플랫폼을 통합함으로써 알츠하이머병을 실시간으로 모니터링하는 등의 효과도 기대할 수 있다”고 전했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications, IF 16.6)’에 최근 게재됐다. 연구의 성과물은 ‘이중 항체 연결 면역 샌드위치 분석을 이용한 타겟 바이오마커 검출 방법’이라는 발명 명칭으로 지난 2022년 1월 특허 등록됐다.