연세대는 생명공학과 신용 교수 연구팀이 서울아산병원 이은재 교수와 김경곤 교수 연구팀과 공동연구를 통해 혈액 내 뇌신경 유래 세포외 소포체(엑소좀 포함) 분리 기술을 개발하고 분리된 세포외 소포체(엑소좀) 단백질을 분석해 뇌신경 질환별 진단 바이오마커를 발굴했다고 23일 밝혔다. 

세포외 소포체는 유래된 세포의 정보를 고농도로 농축하고 있는 나노소포체로, 혈액, 소변, 침, 타액, 관절액, 뇌척수액, 모유, 양수, 정액 등 인간의 거의 모든 체액에 존재한다. 신경 유래 세포외 소포체는 살아있는 신경세포의 정보를 보유하며, 뇌신경세포에서도 분비되고 뇌혈관장벽을 통과해 혈액에서 검출이 용이하다. 전 세계적으로 체액 내 세포외 소포체는 질병 진단의 바이오마커로, 비침습적 체외진단의 강력한 소재로 주목받고 있다. 

이에 혈액, 소변 등 체액으로부터 세포외 소포체를 신속하고 정확하게 분리할 수 있는 기술의 개발이 중요하다. 세포외 소포체를 분리하는 기존 기술로는 초원심분리방법, 밀도구배원심방법, 초미세여과방법, 폴리머 기반 침전 방법 등을 사용하고 있으나, 분리하는 데 시간이 많이 소요되고 분리 수율과 순도가 낮으며, 비용이 많이 드는 단점이 있어 임상 적용에 한계가 있다.

연세대 신용 교수 연구팀은 기존 세포외 소포체 분리 방식의 문제점을 해결하기 위해 새로운 'magnetic transferrin nanoparticles (MTNs) 분석 기술'을 개발했다. MTNs 분석 기술은 물질 표면장력과 물리적 흡착력과 체액 사이의 상호반응을 결합한 기술로 혈액 내 뇌신경 유래 세포외 소포체를 35분이라는 단시간 내 효율적으로 분리하는 기술이다.

연구진은 개발한 기술을 바탕으로 서울아산병원 공동연구팀과 협력해 세 가지 뇌신경 질환(파킨슨 질환, 치매, 다발성 경화증) 환자 30명의 혈액으로부터 뇌신경 유래 세포외 소포체를 분리했다. 분리된 세포외 소포체 단백질을 분석해 세 가지 뇌신경 질환(파킨슨 질환, 치매, 다발성 경화증) 환자를 질환별로 구별할 수 있는 21개의 진단 바이오마커를 발굴했다.

연세대 신용 교수는 "새로운 MTNs 분석 기술을 이용하면 기존 방법보다 단시간 내에 신속하고 간단하게 고효율의 세포외 소포체 분리가 가능해 의료현장에 적용되고 있는 체액 진단 기술의 편의성을 높일 수 있다. 또한 고농도/고순도의 세포외 소포체를 분석해 뇌신경 질환 조기 진단의 민감도를 높일 수 있으며 뇌신경 질환 환자의 예후와 모니터링에도 매우 유용할 것으로 사료된다. 더불어 임상 적용 가능성을 확인하기 위해 본 기술을 더 많은 뇌신경 질환 환자 혈액을 사용해 추가 검증할 계획”이라고 말했다.

서울아산병원 신경과 이은재 교수는 ”본 연구는 각 뇌신경 질환을 구분할 수 있는 질병 특이적 혈액 표지자의 가능성을 제시했다는 점에서 의의가 있다"고 말했으며, 융합의학과 김경곤 교수는 "고분해능 질량분석기 기반의 임상단백체학을 바탕으로 발굴한 21개의 진단 바이오마커는 향후 중증도 등 임상적 유용성에 대한 검증 연구를 추가해 환자의 이익을 위해 개발될 수 있다”고 말했다.  

이번 연구는 한국연구재단 중견연구자사업, 오믹스기반 정밀의료기술개발사업, 선도연구센터사업/연세대 미래선도연구사업의 지원으로 수행됐다. 연구 성과는 국제 학술지 '바이오머티리얼즈 리서치(Biomaterials Research, IF 15.863)'에 16일 게재됐다. 저자로는 연세대 장윤옥 박사(공동 제1저자), 서울아산병원 안희성 박사(공동 제1저자), 서울아산병원 김경곤 교수(교신저자), 서울아산병원 이은재 교수(교신저자), 연세대 신용 교수(교신저자)가 참여했다.