국민대학교 바이오발효융합학과 박주환 교수 연구팀과 미국 펜실베이니아대학교(UPENN, University of Pennsylvania) David Issadore 교수 연구팀이 공동으로, 혈액 내 엑소좀(Extracellular Vesicle, EV) 희귀 아형 (subpopulation)을 파악할 수 있는 단일엑소좀 (single EV) 초고감도·대량분석 플랫폼 ‘GDEVA’를 개발했다. 이 연구는 세계적 나노과학 저널 ACS Nano (IF: 15.8) 에 게재되었다.

혈액 속 엑소좀(Extracellular Vesicle, EV)은 암과 면역질환 등 난치성질환의 조기 진단과 치료 반응 예측에 중요한 바이오마커로 주목받고 있으며, 특히 단일 엑소좀 수준에서의 초고감도·다중·대량 분석은 개인맞춤형 정밀의료 실현을 위한 핵심 기술로 간주된다. 하지만 기존 엑소좀 분석기술은 민감도와 처리량, 다중성 측면의 한계로, 혈액 내에서 희귀 엑소좀 아형을 정밀하게 구분하는 데 어려움이 있었다. 이에 연구팀은 이러한 기술적 제약을 극복하여 임상에서도 적용 가능한 플랫폼 개발을 목표로 연구를 진행하였다.

GDEVA (Gel-based Digital single-molecule–single EV Assay)는 하이드로젤을 기반으로 한 엑소좀 디지털 정량 분석 플랫폼 기술이다. 단일 엑소좀 표면에 발현된 단백질을 선택적으로 표지화 한 뒤, 하이드로젤 비드에 캡슐화함과 동시에 현장형 절단 롤링 서클 증폭 (In situ cleavable RCA) 을 통해 단일입자 수준의 단백질 신호를 증폭하여 단일 엑소좀 수준의 바이오마커 디지털 정량 분석을 가능하게 한다.

연구진은 ‘GDEVA’ 기술을 활용하여 피부암 환자의 혈장에서 암/면역 관련 바이오마커를 단일 엑소좀 수준에서 분석하였으며 이를 통해, 혈액 내 극소수로 존재하는 희귀 엑소좀 아형까지도 정밀하게 분석 가능함을 입증하였다.  이는 암 면역치료 반응 예측 및 정밀 진단에 크게 기여할 수 있는 기반 기술로 평가된다.

박주환 교수는 “이번 연구는 마이크로플루이딕 정밀 진단기술과 나노바이오 분야의 첨단 기술력이 융합된 성과로, 단일 엑소좀의 초고감도 대량분석이라는 기술적 난제를 해결했다”며 “향후 암뿐만 아니라 자가면역, 감염, 퇴행성 질환까지 넓은 분야에 임상 적용이 가능하며 이를 통해 개인 맞춤형 정밀의료 실현이 가능할 것”이라고 밝혔다.

본 연구는 환경부 Eco-생물소재 고급인재양성 특성화대학원 사업(단장 박용철)의 지원을 받아 진행되었다.

논문 제목: Agarose Microgel-Based In Situ Cleavable Immuno-Rolling Circle Amplification for Multiplexed Single-Molecule Quantitation on Single Extracellular VesiclesDOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.5c04207