원광대학교(총장 김도종) 의과대학 박현 교수 연구팀이 인수공통감염병 진단을 위해 신규형광체인 코마린 유도체를 기반으로 한 신속 정량 진단용 형광 면역 스트립 키트 원천 기술을 개발했다.

박현 교수 연구팀은 연구진의 원천기술을 비롯해 카이스트 유경식 교수 연구팀이 함께 참여한 스마트폰을 이용한 검출기법을 융합하여 고병원성 조류인플루엔자 감염을 일으키는 H5N1의 진단을 위해 WHO 공인 임상검체로 등록된 베트남 국립보건원의 H5N1 감염자 검체 29개 및 음성 검체 69개를 적용한 결과 96.55%의 진단 민감도와 98.55%의 진단 특이도를 확보했다.

▲ 휴대용 형광 측정기(왼쪽) 및 형광체-항체 축합체를 이용한 신속 진단스트립 모식도(오른쪽) (사진제공 = 원광대학교)

이는 기존 논문에서 보고된 신속 진단키트보다 바이러스 검출률이 10배 향상된 결과이며, 진단 민감도 역시 16.55% 이상 향상되었음을 입증한 것으로 정량적 진단 측정치가 16분 만에 중앙 관제 시스템으로 전송 가능하여 발생위치를 즉시 확인할 수 있도록 했다.

박현 교수와 유경식 교수의 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 공공복지 안전연구지원사업 지원을 받아 수행됐으며, 연구결과는 국제 학술지인 Theranostics(Impact Factor: 8.02, JCR 기준 상위 3%이내 논문지) 2월 16일 자에 ‘사람에 감염된 고병원성 조류인플루엔자 H5N1 진단을 위한 스마트폰 기반 신속형광진단시스템 개발(Smartphone-Based Fluoroescent Diagnostic System for Highly Pathogenic H5N1 Viruses)’이란 논문명으로 게재됐다.

사람과 동물에 공통으로 감염되는 인수공통감염병인 고병원성 H5N1 조류인플루엔자에 대한 신속 정량 진단용 형광 면역 스트립 진단법 개발

▲ 질병 정보 지도인 헬스맵 (Health map) 베트남의 H5N1 감염된 환자에 대한 진단 결과(왼쪽), 한국의 비감염 검체에 대한 진단 결과(오른쪽) (사진제공 = 원광대학교)

한편, 현재 조류인플루엔자(H5N1) 진단과 관련해 현장 신속진단을 위한 colloidal gold 방식의 스트립형 진단키트가 사용되고 있으나, 진단 검출률 및 진단 민감도가 부족해 이에 대한 개선 및 현장검사 결과에 대해 신속한 중앙관리가 요구되고 있는 가운데 박현 교수 연구팀은 신규 형광체인 코마린 덴드리머와 함께 조류인플루엔자 진단용 단세포군 항체와 형광체의 축합법을 개발했다.

이후 이를 스마트폰 기반의 모바일 측정기기에 사용 가능하도록 최적화하고, 베트남의 고병원성 H5N1이 감염된 환자검체를 적용해 유용성 검증, 진단 검출률 및 민감도를 개선함으로써 진단율 향상에 크게 기여할 수 있게 됐다.

스마트폰을 이용한 모바일 측정기기 개발로 진단결과의 중앙 전송/관리 가능성 확인

또한, 박현 교수 연구팀은 국내 및 해외(베트남)에서 측정된 H5N1 진단결과가 측정 후 1분 안에 바로 성공적으로 카이스트의 중앙 서버에 전송되고, 양/음성 판독결과가 자동적으로 산출되는 것을 확인했다.

▲ 스마트폰검출기를 활용한 진단측정 모식도(사진제공 = 원광대학교)

특히, 카이스트 유경식 교수팀은 반사 광학계를 기반으로 하는 포물면 거울을 이용한 광학 구조를 개발하고, 스마트폰을 형광측정기로 채택해 영상/신호처리를 통해 측정 효율을 증대시켰으며, 스마트폰의 통신 기능을 이용한 실시간 측정결과 보고 시스템을 개발해 질병 정보 지도를 구축했다.

박현 교수는 “측정된 결과는 그림2와 같이 중앙 관리 기관의 질병 정보지도 데이터베이스에 저장돼 향후 빅데이터 분석을 통한 질병별, 지역별, 기후별 맞춤 질병 대응 시스템을 구축할 수 있을 것으로 보고 있다”며 “사람에 감염되는 고병원성 H5N1 조류 인플루엔자 진단이 기존에 발표된 개발 기술보다 진단 민감도가 17% 이상 향상되고, 진단 결과의 신속관리로 사람에게 발생하는 고병원성 H5N1 인플루엔자를 현장에서 바로 진단함으로써 신속하고 효율적으로 감염 확산을 방지할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이어 “형광체-항체-형광 검출기기를 결합해 현장에서 조류인플루엔자에 감염된 시료를 검출할 수 있는 시제품을 2018년까지 개발해 제품화할 예정”이라고 밝혔다.