미국 애리조나 주립 대학의 Ye (Tony) Hu 연구팀이 췌장암을 진단할 수 있는 나노기반-진단 센서를 개발했다. 이번에 개발된 나노진단 물질은 췌장 종양에서 방출되는 소포 표면의 바이오 마커를 인식하도록 디자인되어 있다. 메이오 클리닉(Mayo Clinic)에 따르면, 췌장암은 조기에 발견되지 않기 때문에 암으로 사망하는 주요 원인 중 하나이다.

연구팀이 이번에 개발한 센서는 매우 적은 양의 혈액 속에 있는 종양이 방출하는 소포(vesicles)도 빠르게 탐지할 수 있다는 특징이 있다(Nat. Biomed. Eng. 2017, DOI: 10.1038/s41551-016-0021).

종양이 발생하면 미세한 소포를 환자의 혈액으로 분비한다. 따라서 바이오 센서가 이런 소포를 분리하고 식별 할 수 있다면, 환자의 손가락을 찔러서 나온 혈액 한 방울을 분석해도 암을 빠르게 진단할 수 있게 된다. 그러면 기존의 생검이나 양전자 방출 단층 스캔(PET)보다 진단도 쉽고 관련 비용도 적게 들게 된다.

하지만 모든 세포는 소포를 방출한다. 따라서 이들 소포가 건강한 세포에서 유래한 것인지, 암 조직에서 비롯된 것인지 여부를 결정하는 것은 어렵다. 이번에 연구팀이 발견한 것은, 췌장암 종양에서 방출되는 소포에 EphA2 (Ephrin type-A receptor 2)라는 표면 단백질이과다 발현된다는 점이다. 새로 개발된 나노물질들은 종양에서 유래된 소포의 바이오마커 단백질이 응고되도록 돕는 역할을 한다.

연구팀이 개발한 바이오센서는 입자에 단백질 바이오마커가 결합함으로 세포외 소포를 포획할 수 있는 항체로 장식된 벽들로 나뉘어진 유리 슬라이드로 구성되어 있다. 각 벽에는 또한 금 나노막대(Nano rods)와 금 나노구(Nano spheres)가 포함되어 있고, 현미경 아래에서 이들 나노입자들은 다르게 빛을 산란시켜 다른 색깔이 나타나게 한다. 나노막대는 빨간색인 반면 금 나노구체는 녹색으로 빛이 난다.

금나노막대는 췌장 세포의 소포에 특이성을 가진 항체로 코팅되어 있고, 금나노구체는 EphA2에 결합하는 항체로 코팅되어 있다. 췌장 암세포에서 분비되는 소포는 두 개의 나노입자 모두에 결합할 수 있다. 나노막대와 나노구체가 같은 소포에 모이게 되면 색깔이 노랗게 변한다.

연구팀은 건강한 사람과, 췌장암 환자, 췌장 염증 환자의 차이를 이번에 개발된 센서로 구별할 수 있다 라고 말한다. 기존 센서들은 이들의 차이를 구별하지 못했었다. 이번에 개발된 센서는 최소한의 시료와 시약만 준비하면 되고, 효소 결합 면역 측정법이나 ELISA와 같은 면역 에세이 기술보다 비용도 저렴하다. ELISA는 100 μL 이상이 필요하지만 센서는 1 μL만큼 작은 시료만이 필요하다. 연구팀은 개발된 센서를 이용해 보다, 많은 환자들을 대상으로 실험 결과를 검증할 계획이라고 말했다.