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연세대 신용 교수팀, “소변 속 암 신호를 동시에 읽는다”…miRNA 다중 정량 기술 개발

- 두 개의 DNA 정사면체 구조 변화로 miRNA를 증폭 없이 동시에 검출하는 진단 기술 개발 -

- 화학공학 분야 세계적 학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널 (IF 12.5)’ 게재 -

연세대학교(총장 윤동섭) 생명공학과 신용 교수팀이 소변에서 암 관련 마이크로RNA(이하 miRNA)를 여러 개, 동시에 분석할 수 있는 새로운 분자 진단 플랫폼을 개발했다. DNA로 만든 나노구조체가 특정 miRNA를 만나면 결합 방향이 달라지는 원리를 이용해 이를 빛의 신호(SERS)로 변환하는 방식이다. 연구 성과는 화학공학 분야 국제 학술지 ‘Chemical Engineering Journal’에 온라인 게재됐다.

miRNA는 암을 비롯한 다양한 질환에서 양이 달라지는 특성이 있어 질병을 확인하는 바이오마커로 주목받고 있다. 특히 소변이나 혈액 속 세포외소포체(Extracellular Vesicle, EV)에 포함된 miRNA는 채혈이나 조직 채취에 대한 부담이 적어 비침습적 질병 진단에 활용할 가능성이 있다. 하지만 기존의 분석법은 별도의 증폭 과정이 필요하고, 여러 종류의 miRNA를 동시에 분석할 경우 절차가 복잡해지는 한계가 있다.

연구팀은 이를 위해 두 개의 DNA 정사면체 나노구조체를 이용한 ‘Dual Tetrahedral DNA Orientation-SERS(DTO-SERS)’ 플랫폼을 개발했다. 이 기술은 특정 miRNA가 두 DNA 구조체를 연결하면 구조체가 서로 다른 방향으로 결합하도록 설계됐다. 이때 miRNA의 종류에 따라 두 구조체의 결합 방향과 거리가 달라지고, 이에 따라 발생하는 SERS 신호도 달라진다.

연구팀은 이러한 신호의 차이를 분석해 여러 종류의 miRNA를 구별했다. 즉 특정 물질이 있는지 없는지만 확인하는 것이 아니라, miRNA에 의해 DNA 구조체의 배치가 달라지는 현상 자체를 신호로 활용한 것이다.

연구팀은 다중 miRNA를 동시에 측정할 때 발생할 수 있는 오차를 줄이기 위해 전립선암 관련 miRNA 3종과 기준 RNA인 RNU48을 한 번에 분석할 수 있는 4채널 시스템도 구축했다. RNU48을 기준값으로 활용해 측정 위치나 시료에 따라 발생하는 신호 차이를 보정함으로써 분석의 신뢰성과 재현성을 높였다.

연구팀은 전립선암 환자 15명과 비암 대조군 5명 등 총 20명의 소변을 분석해 이 기술의 활용 가능성을 확인했다. 연구팀은 소변 속 전립선암 관련 miRNA 3종의 양을 비교했으며, 전립선암 환자에서 일부 miRNA는 더 많이 나타나고 다른 miRNA는 반대의 경향을 보이는 것을 확인했다. 세 종류의 miRNA를 함께 분석한 결과, 전립선암 환자와 비암 환자를 구별하는 데 활용할 가능성도 확인했다.

신용 교수는 “이번 연구는 DNA 나노구조체를 단순한 지지체가 아니라 표적에 따라 구조와 방향이 변화하는 신호 변환 장치로 활용했다는 데 의미가 있다”며 “핵산 증폭 없이 여러 miRNA와 기준 RNA를 동시에 측정할 수 있어 향후 비침습적 암 진단을 비롯한 다양한 다중 바이오마커 분석 기술로 확장할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구는 보건복지부 한국보건산업진흥원 보건의료기술 연구개발사업과 과학기술정보통신부 한국연구재단 연구사업의 지원을 받아 수행됐다. 김명규 박사후연구원이 제1저자, 신용 교수가 교신저자로 참여했다.

붙임  1. 연구진 사진 1장.

2. 연구 모식도 그림 1장.

(사진 설명)

1. (왼쪽부터) 연세대 생명공학과 신용 교수, 김명규 박사후연구원

2. DTO-SERS 플랫폼의 구조, 표적 miRNA에 따른 DNA 정사면체의 결합 원리 및 SERS 신호 측정 과정을 나타낸 모식도.

(논문 정보)

1. 논문 제목: Programmable docking between dual DNA tetrahedra encodes orientation-dependent plasmonic coupling for multiplex miRNA quantification

2. 논문 저자: Myoung Gyu Kim, Soo Min Ryu, Minju Lee, Seungil Park, Choung-Soo Kim, Yong Shin

3. 논문 주소: https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.180446