1시간 내에 세균감염 여부 확인...항생제 내성도 막을 수 있는 장점

피젯 스피너는 여러 개의 가지를 가진 금속이나 플라스틱 판을 한 손에 쥐고 손가락으로 튕겨 회전하도록 만들어진 장난감이다. 적은 힘으로도 빠르고 오랫동안 돌아갈 수 있도록 할 수 있다. 국내 연구진이 피젯 스피너의 원리를 이용해 1시간 내에 세균감염을 간단히 발견해 낼 수 있는 수동진단 기구를 발명해 화제가 되고 있다.

울산과학기술원(UNIST) 생명과학부, 기초과학연구원(IBS) 첨단연성물질연구단, 서울대 융합과학부, 전기정보공학부, 서울대병원 진단검사의학과, 의생명연구원, 의료기기혁신센터, 인도 티루치라팔리 시립병원 공동연구팀은 장난감 피젯 스피너와 비슷하게 생긴 진단기구를 만들어 수 일이 걸리던 감염성 질환 진단을 1시간 이내로 단축하고 진단 정확도도 100%에 가까워 의료 인프라가 부족한 저개발국가에서 유용하게 쓰일 수 있을 것이라고 18일 밝혔다. 이번 연구결과는 의공학 분야 국제학술지 ‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링’ 19일자에 실렸다.

세균에 의한 감염병은 단순 복통에서 산모의 유산, 뇌졸중 등 다양한 증상을 유발시킨다. 세균성 감염병을 파악하기 위해서는 보통 하루 이상 걸리는 배양검사가 필요하다. 게다가 의료 인프라가 부족한 저개발국가에서는 일주일 이상 걸리는 경우도 많다. 저개발국가에서는 이런 문제 때문에 항생제 처방이 잦아 항생제 내성이 발생하는 경우도 많고 슈퍼박테리아 출현 가능성도 높아지고 있다.진단시간 단축을 위해 단일 칩만으로 세균을 검출할 수 있는 ‘랩온어칩’ 기술이 있기는 하지만 사용을 위해서는 복잡한 장치가 필요해 의료시스템이 열악한 오지나 저개발국가에서 사용은 역시 어렵다.

이에 연구팀은 적은 손가락 힘으로 빠르게 회전시키는 장난감 피젯 스피너 원리에, 연구팀이 원심력을 이용해 입자를 빠르게 분리할 수 있는 ‘FAST’ 기술을 적용해 손으로 돌리는 미세유체칩을 만들었다. 연구팀은 진단 스피너에 병원균을 넣은 뒤 회전시켜 균을 농축시킨 뒤 세균분석과 항생제 내성 테스트를 순차적으로 수행할 수 있도록 기구를 설계했다.

실제로 진단 스피너에 소변 1㎖를 넣고 1~2회 돌리면 필터 위에 병원균이 100배 이상 농축된다. 그 다음 필터에 시약을 넣으면 세균 농도에 따라 색깔이 달라져 육안으로 세균여부를 판별할 수 있고 추가로 세균 종류도 알아낼 수 있다.

또 진단 스피너에 항생제와 섞은 소변을 넣고 농축시킨 뒤 세균이 살아있는지 여부를 시약반응으로 확인할 수도 있다. 이 과정은 농축에 5분, 반응에 45분이 걸려 앞선 과정까지 포함해 2시간 내에 세균 감염 여부는 물론 세균의 항생제 내성여부까지 모두 진단이 가능하다.

연구팀은 인도 티루치라팔리 시립병원에서 39명을 대상으로 병원에서 실시한 배양검사와 이번에 개발한 진단 스피너를 이용한 검사로 세균성 질환을 진단하는 실험을 실시했다. 그 결과 진단 스피너로 1시간 내에 감염 여부를 확인했으며 병원에서 배양에 실패한 경우까지 진단하는데 성공했다. 기존 의사의 진단만으로 처방했을 때 발생할 수 있는 항생제 오남용을 0%로 줄이기도 했다.

조윤경 UNIST 생명과학부 교수(IBS 첨단연성물질연구단 그룹리더)는 “항생제 내성 검사는 어렵고 실험실에서나 가능했는데 이번에 개발한 기술을 활용하면 간단한 방식으로 빠르고 정확하게 세균 검출이 가능하고 오지에서 비전문가도 사용할 수 있다”라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr