세균감염·내성 1시간 내 알려주는 진단용 스피너 개발

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[머니투데이 김지영 기자] #서울에 거주하는 30대 직장인 A씨는 이달 초 갑자기 얼굴이 붓고 발열과 통증이 발생해 대학병원 응급실을 찾았다. 결과는 세균 감염으로 인한 연조직염으로 항생제 처방이 불가피했다. 하지만 세균 분석과 항생제 내성 테스트에 며칠의 시일이 필요했다. 이에 의료진으로부터 응급환자인 만큼 임의로 항생제를 투약받고 결과상 변경이 필요하면 다시 처방을 해주겠다는 설명을 들었다. 검사를 위해서는 소변과 체혈도 필요했다. 이를 포함한 응급실 비용도 상당했다. 일반 피젯 스피너 장난감(좌) 과 진단용 스피너(우). 한손으로 중앙부위를 잡고 다른 손으로 스피너의 날개를 회전시켜 작동한다./사진제공=기초과학연구원(IBS)앞으로는 A씨 같이 복잡한 검사 없이 손가락으로 장난감을 돌리듯 간단히 세균 감염을 진단할 수 있을 전망이다.

기초과학연구원(IBS)는 첨단연성물질 연구단 조윤경 그룹리더(UNIST 생명과학부 교수) 연구진이 장난감 ‘피젯 스피너’를 닮은 수동 진단 기구를 발명했다고 19일 밝혔다.

수 일이 걸리던 감염성 질환 진단을 1시간 이내로 단축하면서 100% 진단 정확도를 보여, 의료 인프라가 부족한 오지에서 항생제 오남용을 줄일 것으로 기대된다.

세균성 감염질환은 복통, 유산, 뇌졸중 등 다양한 증상으로 나타난다. 감염성 질환 진단은 보통 하루 이상 걸리는 배양 검사가 필요하다. 의료 인프라가 부족한 개발도상국에서는 큰 병원에서만 가능해 검사에 1~7일이 소요된다. 때문에 작은 의원에서는 증상만으로 항생제를 처방하기도 한다.

만약 맞지 않는 항생제를 사용하면 세균이 항생제에 내성을 가지면서 점점 더 높은 단계의 항생제가 필요해진다. 1단계 항생제는 500원에 불과하지만 4단계 항생제는 100만원에 달하며 종국에는 항생제로 해결할 수 없는 슈퍼 박테리아까지 출현할 수 있다.

연구진은 적은 힘으로도 빠르게 오랫동안 회전하는 '피젯 스피너' 장난감에 착안해 손으로 돌리는 미세유체칩(마이크로미터 지름의 미세한 관 안에서 액체 흐름을 조종해 시료를 처리하는 칩)을 구상했다. 또 상대적으로 작은 압력으로 시료를 통과시킬 수 있는 FAST 기술을 응용해 손 힘만으로도 조작이 가능해졌다.

기존 미세 유체칩 구동에는 일반적으로 칩 내 시료를 이동시키기 위한 복잡한 펌프나 회전장치 등 제어장비가 필요했다. 때문에 개발도상국이나 오지에서 사용하기는 어려웠다.

이번 기술은 세균 검출 후에는 세균이 항생제에 내성을 가졌는지도 확인할 수 있다. 같은 진단용 스피너에 항생제와 섞은 소변을 넣고 농축시킨 뒤, 세균이 살아있는 지 여부를 시약 반응으로 확인한다. 이 과정은 농축에 5분, 반응에 각각 45분이 걸려 1~2시간 내에 감염과 내성 여부를 모두 진단할 수 있다.
기존의 세균 검출 과정(위)과 진단용 스피너(아래) / 사진제공=기초과학연구원(IBS)
연구진은 인도 티루치라팔리 시립 병원에서 자원자 39명을 대상으로 병원의 배양 검사와 진단 스피너 검사를 각각 진행해 세균성 질환을 진단했다. 실험 결과 진단스피너로 검사 결과를 1시간 이내에 확인했을 뿐만 아니라, 병원에서 배양에 실패한 경우까지 정확히 진단해 냈다. 이에 따라 현지의 일반적인 처방으로는 59%에 달했을 항생제 오남용 비율을 0%로 줄일 수 있음을 보였다.

연구를 이끈 조윤경 그룹리더는 "이번 연구는 미세유체칩 내 유체 흐름에 대한 기초연구를 토대로 새로운 미세유체칩 구동법을 개발했다는 의미가 있다"며 "항생제 내성검사는 고난도인데다 현대적인 실험실에서만 가능했는데, 이번 연구로 빠르고 정확한 세균 검출이 가능해져 오지에서 의료 수준을 증진시킬 수 있을 것"이라고 밝혔다.

공동 제1저자인 아이작 마이클 연구위원은 "진단용 스피너는 개당 600원으로 매우 저렴하고 비전문가도 사용할 수 있다"고 덧붙였다.

이번 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링'에 게재됐다.
진단용스피너 작동방법 /사진제공 =기초과학연구원(IBS)

김지영 기자 [email protected]

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