최근 생활환경과 식생활 등의 변화로 보통 사춘기 현상에 나타나는 2차 성징에 대한 징후들이 8~9세 여아 혹은 남아에게 나타나 성조숙증 진단을 받는 어린이들이 늘고 있다. 이러한 성조숙증은 급격한 신체 변화로 정신적 스트레스를 유발할 수 있고, 비정상적인 성장으로 각종 질병에 노출될 수 있어 사회적인 문제로 대두되고 있다. 성조숙증 치료를 위해서는 무엇보다 빠른 진단이 중요한데, 국내 연구진이 통증 없이 빠르고 정확하게 성조숙증을 진단하는 기술을 개발했다. 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 생체재료연구단 이효진‧이관희 박사팀과 도핑콘트롤센터 김기훈 박사팀은 공동연구를 통해 비침습적 호르몬 검지법을 개발하고, 어린이 소변에 극미량으로 존재하는 성호르몬을 세계 최고의 감도 수준으로 검지(檢知)하는데 성공했다고 밝혔다.  

현재 성조숙증 진단에 사용되는 ‘호르몬 방출 검사(성선자극 호르몬 검사)’는 유도제 주사 후 일정한 간격으로 채혈하여 주사 전과 후의 호르몬 수치를 비교하는 방식이다. 이 때문에 어린이들은 반복적 채혈로 인한 통증과 이로 인한 심리적 부담감을 호소해왔으며, 인위적으로 자극을 가해 호르몬을 측정하기 때문에 검사 대상자의 신체 환경 및 주변 요인이 검사 결과에 영향을 미치는 단점이 있었다. 

KIST 연구진은 이 같은 문제점을 극복하기 위해 소변 속 여성 호르몬 에스트라디올(Estradiol)과 남성 호르몬 테스토스테론(Testosterone)을 표시하는 나노 입자를 도입하고, 질량분석기 신호를 증폭하여 한 번에 여러 종류의 호르몬을 효과적으로 검지하는 비침습적 방법을 개발하는 데 성공했다.  

KIST 연구진은 먼저 특정 호르몬을 검지할 수 있는 항체와 압타머(Aptamer)^*가 부착된 나노입자에 이온화가 용이한 화학물질을 동시에 도입했다. 이때 각 호르몬을 대표하는 화학물질을 다르게 도입하여 마치 물건을 살 때 바코드로 상품 정보를 확인하듯 질량분석기가 이들 특정 화학물질을 검지하면서 타켓을 표적하여  성 호르몬의 존재 여부를 확인할 수 있게 하였다. 

*압타머 : 표적분자에 높은 친화성과 특이성으로 결합할 수 있는 특징을 가진 단일가닥 핵산(DNA, RNA 또는 변형핵산). 본 연구에서는 호르몬을 선택적으로 검지할 수 있는 압타머를 사용했다. 

연구진은 실험을 통해 이 같은 비침습적 호르몬 검지법이 사람의 소변 환경에서 안정적으로 작동한다는 사실을 규명했다. 또 소변 내 호르몬을 직접 질량분석기로 검출하는 방법보다 연구진이 개발한 나노입자에 부착된 바코드 화합물을 이용해 검출했을 때 약 1만 배 이상의 신호 증폭 효과가 나타난다는 점도 확인했다. 이는 학계에 보고된 호르몬 검지능 중 최고 수준(100 아토그램퍼밀리리터(ag/ml, 10^–18 g/ml))이다.  

KIST 이효진 박사는 “바코드가 물건 정보를 알려주듯, 화학물질이 바코드 역할을 하는 원리”라며, “향후 호르몬뿐 아니라 소변 내 검지가 어려웠던 다양한 저분자 검지에도 활용될 수 있을 것으로 기대한다.”라고 말했다. KIST 이관희 박사와 김기훈 박사는 “이번 연구 성과는 국내 연구진이 개발한 생명과학과 화학 분야의 융합 원천 기술로, 소아비뇨기과와의 공동연구를 통해 임상적 유의성을 분석하는 연구를 기획하고 있다”라고 밝혔다.  

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 한국연구재단 이공분야 기초연구사업(대통령Post-Doc.펠로우십)과 바이오의료기술개발사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 「센서와 액추에이터 B: 케미컬(Sensors and Actuators B: Chemical)」 (IF : 5.667, JCR 분야 상위 2.459%) 최신호에 게재되었다.

   * (논문명) Non-invasive molecular barcode assay for diagnosis of sex hormones correlated with precocious puberty

          - (제1저자) KIST 생체재료연구단 이효진 박사(선임연구원)

          - (교신저자) KIST 도핑콘트롤센터 김기훈 박사(선임연구원)

                           KIST 생체재료연구단 이관희 박사(책임연구원)

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