'항생제 오남용' 오지 돕는다...세균 감염 진단기술 개발
- 작성자
- 문환린
- 작성일
- 20-05-19 10:25
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IBS 연구단, 세균감염·내성 진단 위한 수동 기구 발명
전기 없이 세균 감염성 질환 1시간 내 진단[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 손가락으로 장난감을 돌리듯 간단히 세균 감염을 진단할 수 있는 기구를 개발했다. 수 일이 걸리던 감염성 질환 진단을 1시간 이내로 단축하고, 100% 진단 정확도를 통해 의료 인프라가 부족한 오지에서 항생제 오남용을 줄일 가능성을 제시했다.
기초과학연구원(IBS)은 조윤경 첨단연성물질 연구단 그룹리더 연구진이 장난감 ‘피젯 스피너’를 닮은 수동 진단 기구를 발명했다고 18일 밝혔다.
세균성 감염질환은 복통, 유산, 뇌졸중 등 다양한 증상으로 나타난다. 감염성 질환을 진단하기 위해선 하루 이상 걸리는 배양 검사가 필요하다. 의료 인프라가 부족한 개발도상국에서는 큰 병원에서만 가능해 검사에 최대 7일이 소요됐다.
작은 의원에서는 증상만으로 항생제를 처방하기 때문에 맞지 않는 항생제를 사용할 수 있다. 세균이 항생제에 내성을 가질수록 점점 더 높은 단계의 항생제가 요구된다. 500원 수준의 1단계 항생제에서 100만원 수준의 4단계 항생제를 사용하게 될 수 있다. 과다 복용 시 항생제로 해결할 수 없는 슈퍼 박테리아까지 출현할 수 있다.
과학자들은 진단시간을 단축하기 위해 미세유체칩 연구 결과를 내놨다. 마이크로미터 규모 구조물에 시료를 흘려 여러 실험을 한 번에 처리하는 원리인데 이를 구동하기 위해선 칩 내 시료를 이동시키기 위한 제어장비가 필요해 개발도상국이나 오지에서 사용하기 어려웠다.
연구진은 적은 힘으로도 빠르게 오랫동안 회전하는‘피젯 스피너’ 장난감에 착안해, 손으로 돌리는 미세유체칩을 구상했다. 일반 미세유체칩은 시료를 거르는 필터 아래쪽에 공기가 있어 시료를 통과 시 높은 압력이 필요하지만, 필터 아래쪽에 물을 채우는 기술을 적용해 손힘으로도 시료를 통과시키도록 했다.
또 회전으로 병원균을 농축하고, 세균 분석과 항생제 내성 테스트가 순서대로 이뤄지도록 했다. 진단용 스피너에 소변 1 ml를 넣고 1~2회 돌리면 필터 위에 병원균이 100 배 이상 농축된다. 이 필터 위에 시약을 넣고 기다리면 살아 있는 세균의 농도를 색깔에 따라 육안으로 판별하고, 세균의 종류도 알아낼 수 있다.
세균 검출 후에는 세균이 항생제에 내성을 가졌는지도 확인할 수 있다. 같은 진단용 스피너에 항생제와 섞은 소변을 넣고 농축시킨 뒤, 세균이 살아 있는지 여부를 시약 반응으로 확인한다. 농축에 5분, 반응에 각각 45분이 걸려 2시간 내에 감염과 내성 여부를 진단할 수 있다.
연구진은 인도 티루치라팔리 시립 병원에서 자원자 39명을 대상으로 병원의 배양 검사와 진단 스피너 검사를 각각 진행해 세균성 질환을 진단했다. 진단스피너로 검사 결과를 1시간 이내에 확인하고, 병원에서 배양에 실패한 경우까지 정확히 진단했다.
조윤경 그룹리더는 “미세유체칩 내 유체 흐름에 대한 기초연구를 토대로 새로운 미세유체칩 구동법을 개발했다”며 “난이도가 높고, 현대적인 실험실에서만 가능했던 항생제 내성검사에서 벗어나 빠르고 정확한 세균 검출이 가능해져 오지에서 의료 수준을 올릴 수 있을 것”이라고 말했다.
연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)’에 한국시간으로 19일 0시에 게재됐다.
강민구 (science1@edaily.co.kr)
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IBS 연구단, 세균감염·내성 진단 위한 수동 기구 발명
전기 없이 세균 감염성 질환 1시간 내 진단[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 손가락으로 장난감을 돌리듯 간단히 세균 감염을 진단할 수 있는 기구를 개발했다. 수 일이 걸리던 감염성 질환 진단을 1시간 이내로 단축하고, 100% 진단 정확도를 통해 의료 인프라가 부족한 오지에서 항생제 오남용을 줄일 가능성을 제시했다.
기초과학연구원(IBS)은 조윤경 첨단연성물질 연구단 그룹리더 연구진이 장난감 ‘피젯 스피너’를 닮은 수동 진단 기구를 발명했다고 18일 밝혔다.
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작은 의원에서는 증상만으로 항생제를 처방하기 때문에 맞지 않는 항생제를 사용할 수 있다. 세균이 항생제에 내성을 가질수록 점점 더 높은 단계의 항생제가 요구된다. 500원 수준의 1단계 항생제에서 100만원 수준의 4단계 항생제를 사용하게 될 수 있다. 과다 복용 시 항생제로 해결할 수 없는 슈퍼 박테리아까지 출현할 수 있다.
과학자들은 진단시간을 단축하기 위해 미세유체칩 연구 결과를 내놨다. 마이크로미터 규모 구조물에 시료를 흘려 여러 실험을 한 번에 처리하는 원리인데 이를 구동하기 위해선 칩 내 시료를 이동시키기 위한 제어장비가 필요해 개발도상국이나 오지에서 사용하기 어려웠다.
연구진은 적은 힘으로도 빠르게 오랫동안 회전하는‘피젯 스피너’ 장난감에 착안해, 손으로 돌리는 미세유체칩을 구상했다. 일반 미세유체칩은 시료를 거르는 필터 아래쪽에 공기가 있어 시료를 통과 시 높은 압력이 필요하지만, 필터 아래쪽에 물을 채우는 기술을 적용해 손힘으로도 시료를 통과시키도록 했다.
또 회전으로 병원균을 농축하고, 세균 분석과 항생제 내성 테스트가 순서대로 이뤄지도록 했다. 진단용 스피너에 소변 1 ml를 넣고 1~2회 돌리면 필터 위에 병원균이 100 배 이상 농축된다. 이 필터 위에 시약을 넣고 기다리면 살아 있는 세균의 농도를 색깔에 따라 육안으로 판별하고, 세균의 종류도 알아낼 수 있다.
세균 검출 후에는 세균이 항생제에 내성을 가졌는지도 확인할 수 있다. 같은 진단용 스피너에 항생제와 섞은 소변을 넣고 농축시킨 뒤, 세균이 살아 있는지 여부를 시약 반응으로 확인한다. 농축에 5분, 반응에 각각 45분이 걸려 2시간 내에 감염과 내성 여부를 진단할 수 있다.
연구진은 인도 티루치라팔리 시립 병원에서 자원자 39명을 대상으로 병원의 배양 검사와 진단 스피너 검사를 각각 진행해 세균성 질환을 진단했다. 진단스피너로 검사 결과를 1시간 이내에 확인하고, 병원에서 배양에 실패한 경우까지 정확히 진단했다.
조윤경 그룹리더는 “미세유체칩 내 유체 흐름에 대한 기초연구를 토대로 새로운 미세유체칩 구동법을 개발했다”며 “난이도가 높고, 현대적인 실험실에서만 가능했던 항생제 내성검사에서 벗어나 빠르고 정확한 세균 검출이 가능해져 오지에서 의료 수준을 올릴 수 있을 것”이라고 말했다.
연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)’에 한국시간으로 19일 0시에 게재됐다.
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짧게는 하루에서 길게는 일주일 이상 걸리던 세균성 질환 감염 여부를 1시간 내 알려주는 장난감 형태의 소형 진단기구가 개발됐다.
기초과학연구원 첨단연성물질연구단 소속 조윤경 UNIST(울산과학기술원) 생명과학부 교수는 세균 감염 여부를 이같이 신속하게 알 수 있는 '피젯 스피너(프로펠러처럼 돌아가는 소형 장난감)' 형태의 진단키트를 개발했다고 19일 발표했다.
일반 피젯 스피너(왼쪽)와 조윤경 UNIST 생명과학부 교수가 개발한 진단용 스피너(오른쪽)
감염성 질환 진단은 보통 세균을 증폭시키는 배양 검사를 먼저 해야 한다. 의료 인프라가 부족한 개발도상국에서는 이 검사가 큰 병원에서만 가능하다. 시료(혈액, 소변 등)를 보내고 분석 후 받는 과정 등을 합해 감염 여부를 확인하는 데 통상 일주일 가량 걸린다. 이 기간동안 1차 의료진은 환자의 증상만으로 항생제를 처방하는데, 정확한 세균 종류를 모르는 상태에서 이같은 처방이 항생제 내성을 높이는 주 원인으로 지목돼왔다.
조 교수팀은 적은 힘으로 빠르게 오래 회전하는 피젯 스피너에 착안해 이런 형태의 미세유체칩(극미세한 관 안에서 시료를 화학적으로 처리하는 칩)을 개발했다. 연구팀은 시료가 회전할 때 세균이 농축되도록 이 기기를 설계했다. 소변 1㎖를 기기에 넣고 5분 가량 1~2회 돌리면 필터 위에 세균이 100배 이상 농축된다. 그리고 필터에 특정 시약을 넣고 45분간 기다리면 세균의 농도를 주황색으로 표시해준다. 이 과정에선 세균의 종류는 알 수 없고 세균 감염 여부만 알려준다.
세균이 항생제에 내성을 가졌는지도 확인할 수 있다. 세균이 존재하는 것으로 확인됐다면, 다른 새 기기에 시료와 항생제를 넣고 돌린 뒤 역시 45분간 기다리면 세균이 살아있는지 여부를 색깔로 파악할 수 있다. 내성이 있다면 살고, 없다면 죽는 원리를 이용한 것이다. 연구팀은 시플로플록사신과 세파졸린 2가지 항생제를 갖고 이같은 내성 표시 기능을 확인했다. 균은 대장균과 황색포도상구균 2가지를 이용했다.
연구팀은 인도 티루치라팔리 시립병원에서 이번에 개발한 기기의 성능을 증명했다. 자원자 39명을 대상으로 시험한 결과 세균 감염 여부가 1시간 내로 나왔다. 연구팀 관계자는 "현지의 일방적 처방으로는 54%에 달했을 항생제 오남용 비율을 0%로 줄일 수 있음을 보였다"고 설명했다. 검사 결과 실제 항생제가 필요한 환자는 39명 중 18명(46%)이었고, 나머지 21명(54%)은 항생제가 필요 없는 질환이었다.
조 교수는 "이번 연구 성과물로 아프리카 등 오지(奧地)에서 의료서비스 수준을 높일 수 있을 것"이라고 말했다. 조 교수는 포스텍에서 화학공학을 전공하고 미국 일리노이대 어배너샴페인캠퍼스에서 재료공학으로 박사학위를 받았다. UNIST에 부임하기 전엔 삼성종합기술원에서 10년간 일했다. 이번 연구결과는 학술지 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링'에 실렸다.
이해성 기자 ihs@hankyung.com
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짧게는 하루에서 길게는 일주일 이상 걸리던 세균성 질환 감염 여부를 1시간 내 알려주는 장난감 형태의 소형 진단기구가 개발됐다.
기초과학연구원 첨단연성물질연구단 소속 조윤경 UNIST(울산과학기술원) 생명과학부 교수는 세균 감염 여부를 이같이 신속하게 알 수 있는 '피젯 스피너(프로펠러처럼 돌아가는 소형 장난감)' 형태의 진단키트를 개발했다고 19일 발표했다.
일반 피젯 스피너(왼쪽)와 조윤경 UNIST 생명과학부 교수가 개발한 진단용 스피너(오른쪽)감염성 질환 진단은 보통 세균을 증폭시키는 배양 검사를 먼저 해야 한다. 의료 인프라가 부족한 개발도상국에서는 이 검사가 큰 병원에서만 가능하다. 시료(혈액, 소변 등)를 보내고 분석 후 받는 과정 등을 합해 감염 여부를 확인하는 데 통상 일주일 가량 걸린다. 이 기간동안 1차 의료진은 환자의 증상만으로 항생제를 처방하는데, 정확한 세균 종류를 모르는 상태에서 이같은 처방이 항생제 내성을 높이는 주 원인으로 지목돼왔다.
조 교수팀은 적은 힘으로 빠르게 오래 회전하는 피젯 스피너에 착안해 이런 형태의 미세유체칩(극미세한 관 안에서 시료를 화학적으로 처리하는 칩)을 개발했다. 연구팀은 시료가 회전할 때 세균이 농축되도록 이 기기를 설계했다. 소변 1㎖를 기기에 넣고 5분 가량 1~2회 돌리면 필터 위에 세균이 100배 이상 농축된다. 그리고 필터에 특정 시약을 넣고 45분간 기다리면 세균의 농도를 주황색으로 표시해준다. 이 과정에선 세균의 종류는 알 수 없고 세균 감염 여부만 알려준다.
세균이 항생제에 내성을 가졌는지도 확인할 수 있다. 세균이 존재하는 것으로 확인됐다면, 다른 새 기기에 시료와 항생제를 넣고 돌린 뒤 역시 45분간 기다리면 세균이 살아있는지 여부를 색깔로 파악할 수 있다. 내성이 있다면 살고, 없다면 죽는 원리를 이용한 것이다. 연구팀은 시플로플록사신과 세파졸린 2가지 항생제를 갖고 이같은 내성 표시 기능을 확인했다. 균은 대장균과 황색포도상구균 2가지를 이용했다.
연구팀은 인도 티루치라팔리 시립병원에서 이번에 개발한 기기의 성능을 증명했다. 자원자 39명을 대상으로 시험한 결과 세균 감염 여부가 1시간 내로 나왔다. 연구팀 관계자는 "현지의 일방적 처방으로는 54%에 달했을 항생제 오남용 비율을 0%로 줄일 수 있음을 보였다"고 설명했다. 검사 결과 실제 항생제가 필요한 환자는 39명 중 18명(46%)이었고, 나머지 21명(54%)은 항생제가 필요 없는 질환이었다.
조 교수는 "이번 연구 성과물로 아프리카 등 오지(奧地)에서 의료서비스 수준을 높일 수 있을 것"이라고 말했다. 조 교수는 포스텍에서 화학공학을 전공하고 미국 일리노이대 어배너샴페인캠퍼스에서 재료공학으로 박사학위를 받았다. UNIST에 부임하기 전엔 삼성종합기술원에서 10년간 일했다. 이번 연구결과는 학술지 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링'에 실렸다.
이해성 기자 ihs@hankyung.com
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