IBS 첨단연성물질연구단, 피젯스피너 본딴 세균감염·내성 진단기구 발명 국제 학술지에 논문게재…항생제 오남용 크게 줄일 수 있어 몇일 걸리던 감염성 질환진단 1시간내 단축, 정확도는 100%
전기없이 수동으로 손쉽고 빠르게 세균감염을 진단할 수 있는 기구가 개발됐다.
기초과학연구원(IBS)은 첨단연성물질연구단 조윤경 그룹리더(UNIST 생명과학부 교수) 연구진이 장난감 ‘피젯 스피너’를 닮은 수동 세균감염 진단기구를 발명했다고 19일 밝혔다.
이 기구는 수일이 걸리던 감염성 질환진단을 1시간 이내로 단축시키면서 진단 정확도는 100%를 보여 의료 인프라가 부족한 오지에서의 항생제 오남용을 크게 줄일 발명품으로 기대를 모으고 있다.
이로 의료인프라 부족지역에선 증상만으로 항생제를 처방하는 경우가 있어 항생제 오남용을 초래할 수 있다. 세균이 항생제에 내성을 가지면 더 높은 단계의 항생제가 필요해진다.
진단시간 단축을 위해 과학자들은 실험실에서 이뤄지는 여러 처리기술을 단일회로에 집약해 일명 ‘칩 위의 실험실(lab on a chip)’로 불리는 미세유체칩 연구를 진행하고 있다.
그러나 미세유체칩 구동에는 일반적으로 칩 내의 시료를 이동시키기 위한 복잡한 펌프나 회전장치 등 제어장비가 필요해 개발도상국이나 오지에서 사용하기가 어렵다.
이에 따라 IBS 연구진은 적은 힘으로도 빠르게 오랫동안 회전하는 ‘피젯 스피너’ 장난감에 착안해 추가 구동장비없이 손으로 돌릴 수 있는 미세유체칩을 개발했다.
필터 아래쪽에 공기가 있어 시료를 통과시키는 데 높은 압력이 필요한 일반 미세유체칩과 달리 이 미세유체칩은 물을 채워 손의 힘과 같이 상대적으로 작은 압력으로도 시료를 통과시킬 수 있다.
이어 연구진은 회전으로 병원균을 농축한 뒤 세균분석과 항생제 내성 테스트를 순차적으로 수행할 수 있는 기구인 진단용 시피너를 설계했다.
진단용 스피너에 소변 1㎖를 넣고 1~2회 돌리면 필터 위에 병원균이 100 배 이상 농축된다. 이 필터 위에 시약을 넣고 기다리면 살아있는 세균의 농도를 색깔에 따라 육안으로도 판별할 수 있고, 세균의 종류도 알아낼 수 있다.
또 세균 검출 후에는 세균이 항생제에 내성을 가졌는지도 확인할 수 있다.
연구진은 “진단용 스피너에 항생제와 섞은 소변을 넣고 농축시킨 뒤 세균이 살아있는지 여부를 시약 반응으로 확인한다”면서 “이 과정은 농축에 5분, 반응에 각 45분이 걸려 2시간 내에 감염과 내성 여부를 모두 진단할 수 있다”고 설명했다.
연구진은 인도 티루치라팔리 시립병원에서 자원자 39명을 대상으로 병원의 배양검사와 진단 스피너 검사를 각 진행해 세균성 질환을 진단했다.
진단 결과, 진단 스피너로 검사 결과를 1시간 이내에 확인했을 뿐만 아니라 병원에서 배양에 실패한 경우까지 정확히 진단해 냈다.
간단한 장비와 구동으로 정확하게 세균감염을 진단할 수 있어 항생제 오남용 비율을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대를 모으는 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering, IF 17.149)’誌에 19일 0시(한국시간) 게재됐다.(논문명:A fidget spinner for the point-of-care diagnosis of urinary-tract infection / Nature Biomedical Engineering.)
조윤경 그룹리더는 “이번 연구는 미세유체칩 내 유체 흐름에 대한 기초연구를 토대로 새로운 미세유체칩 구동법을 개발했다는 데 의미가 있다”며 “빠르고 정확한 세균검출이 가능해져 오지에서의 의료수준을 증진시킬 수 있을 것”이라고 밝혔다.
[대전=뉴시스]