국내 연구진이 다수의 RNA 바이러스 및 DNA 분석을 동시에 수행할 수 있는 PCR 기기를 개발했다.
기존 1시간 이상 걸리던 진단시간도 40분 이내로 단축해 환자들의 편의성에 도움을 제공할 전망이다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 최대 4종의 바이러스를 동시에 신속하게 검사할 수 있는 PCR 기기를 개발했다고 밝혔다.
코로나-19 유행으로 PCR 검사가 널리 시행되고 있다. 그러나 검체 채취 후 검사 결과 통보까지 수 시간이 소요되어 빠르고 적극적인 질병관리 및 대응에 한계가 있다.
ETRI가 개발한 PCR 기기는 바이오 샘플 채취 한 번만으로 코로나-19를 포함하여 독감, 호흡기질환 등 다양한 바이러스를 통해 감염되는 여러 질병을 동시에 구분하여 빠르게 측정할 수 있다.
PCR 기기는 주로 채취된 바이오 샘플을 이용한 ①DNA 추출 ②PCR 증폭 ③형광 측정을 통해 질병 감염 여부를 판별한다.
기존 기기는 다중 형광 측정을 위해 다수의 컬러필터가 필요했다. 광원과 카메라 구성이 복잡해 기기가 크고 비싸다. 측정시간도 약 2~3시간으로 길다.
본 개발의 핵심기술은 코드 기반 형광 신호 분리 기술이다.
ETRI 연구진은 컬러필터를 없애고 무선 통신기술에 주로 사용되는 직교코드 기반 신호처리 기술을 적용했다.
상대적으로 간단한 광학장치를 통해 저렴하게 구현하면서 측정 신뢰도도 높였다.
형광 측정 시 특정 코드로 변조된 빛을 쏴 바이러스 유전자 형광 신호를 검출하는 원리다.
PCR 기기를 통해 유전자가 분리 및 증폭되면서 형광물질이 유전자에 붙는데 이 형광물질에 변조 광원을 조사하면 코드로 변조된 형광 광신호를 낸다.
코드를 길게 할수록 관측이 어려운 낮은 농도의 바이러스 검출이 가능하며 잡음도 줄어든다.
높은 정밀성으로 4종 유전자를 동시에 측정할 수 있고 샘플이 준비되면 약 40분 이내로 빠른 유전자 분석이 가능하다.
특히, 특정 코드를 활용해 형광을 측정하는 방식은 바이러스 변이와 무관하게 높은 정확도로 진단이 가능하다는 장점이 있다.
이번에 개발한 PCR 기기는 광원, 구동 보드, 카메라 및 유전자 증폭 장치 등을 이용하여 간단하게 구성되었다.
대형병원 검사용으로 제작된 기존 가정용 전자레인지 크기 PCR 기기에 비해 부피를 약 40% 줄였으며 가격도 약 20~30% 수준으로 대폭 줄였다.
국산화와 소형화로 보건소, 중소 병원, 요양병원 등에 널리 활용될 전망이다.
연구 책임자인 ETRI 진단치료기연구실 서홍석 박사는 “본 기술은 다양한 바이러스를 동시에 쉽고 빠르게 분석할 수 있는 유전자 분석 기술로 국민 보건 증진과 함께 스마트 헬스케어 시대를 앞당길 수 있을 것이다”라고 말했다.
충남대학교병원 건강검진센터장 정진규 교수는 “본 기술은 간편하게 다양한 바이러스를 한 번의 측정으로 동시에 선별하고 관리할 수 있어 기존 고가의 PCR 기기를 대체하여 의료현장에 직접 활용될 수 있기 때문에 신변종 감염 질환에 맞선 의료서비스의 질을 높일 수 있을 것으로 기대된다.”고 밝혔다.
ETRI는 본 기술과 관련, 6건의 국내외 특허를 출원 완료하였고, 향후 2건의 특허를 국내 및 미국에 출원할 예정이다.
기술 상용화를 위해 바이오센서, 의료진단기기 업체 등에 기술이전을 추진 중이며 기술이전과 동시에 상용화가 가능할 것으로 보고 있다.
이밖에도 연구진은 본 기술을 초분광 카메라를 활용한 의료 영역에 도입하기 위해 추가 연구를 진행할 방침이다.
본 연구는 ETRI 내부사업‘타액 기반 신변종 바이러스 현장형 신속 분자진단 시스템 개발’과제로 수행되었다.
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