연구진은 이 센서가 의료 종사자와 법 집행 기관에 광범위한 이점을 제공할 수 있다고 말한다.

노스캐롤라이나 주립대학 화학과 부교수이자 이 연구를 설명하는 두 연구의 교신 저자인 이샤오(Yi Xiao)는 "이 연구는 의료 및 법 집행 환경 모두에서 현재 사용되는 테스트에 필요한 업데이트를 제공할 수 있다."라고 말했다.

예를 들어, 현재 법 집행 기관에서 사용하는 약물 현장 테스트는 여전히 100년 전에 개발된 화학적 테스트에 의존하고 있는데 이는 특이성이 낮다. 이는 그들이 찾고 있는 약물이 아닐 수도 있는 화합물에 반응한다는 것을 의미한다."라고 이샤오는 말한다.

“그리고 코카인에 대한 기존 압타머 테스트는 혈액과 같은 생물학적 샘플에서 임상적으로 관련된 약물의 양을 감지할 만큼 민감하지도 특이하지도 않다. 우리가 개발한 센서는 마이크로몰이 아닌 나노몰 수준에서 혈액 내 코카인을 감지할 수 있는데, 이는 감도가 1,000배 향상되었음을 의미한다.”

미국 화학 학회지(Journal of the American Chemical Society)와 JACS Au에 게재된 두 연구에서 이샤오는 코카인, 헤로인, 코데인, 펜타닐 및 기타 불법 약물에 대한 압타머 기반 센서를 개발하는 팀을 이끌었다.

압타머는 높은 친화력으로 특정 분자에 결합하는 짧은 단일 가닥의 DNA 또는 RNA이다. 즉, 관심 있는 분자 이외의 분자에는 결합하지 않는다. 연구자들은 수백조 개의 무작위 DNA 서열 혼합물에 관심 분자(예: 코카인)를 추가하여 검색을 시작한다. 그런 다음 어떤 압타머가 분자에 결합하는지 확인한다.

"우리는 이 과정을 '바이오 패닝(bio-panning)'이라고 부른다. 왜냐하면 금을 찾기 위해 강의 퇴적물을 체로 거르는 것과 매우 유사하기 때문이다."라고 NC 주립 대학원생이자 두 논문의 공동 저자인 오틴 알카미스(Obtin Alkhamis)는 말한다. "일단 표적 결합 가닥과 비결합 가닥을 분리한 후 해당 압타머를 다른 간섭 화합물에 대해 엄격하게 테스트하여 관심 화합물에만 특이적인지 확인한다."

그런 다음 연구자들은 샘플에서 특정 약물을 식별할 수 있는지 확인하기 위해 제약 혼합물, 정제 및 혈액에 대해 화합물 특정 압타머를 테스트했다.

이샤오의 팀은 코카인 앱타머를 사용하여 10나노몰(밀리리터당 30나노그램 또는 30억분율에 해당) 수준의 혈청 내 코카인을 감지했다. 이는 10마이크로몰만 감지할 수 있는 최고의 이전 앱타머 테스트에 비해 1,000배 향상된 수치이다. 50% 혈청에 코카인이 들어있다.

또한 캘리포니아 대학교 산타바바라(University of California Santa Barbara)의 공동 연구자들은 압타머를 전극에 통합하여 2시간 동안 10초마다 쥐의 혈액(정맥) 내 약물 농도를 실시간으로 측정할 수 있었다. 이는 초 단위로 측정된 시간 분해능으로 남용 약물의 약리학을 측정할 수 있는 최초의 연구이다.

오피오이드 특이적 앱타머는 용액 내 헤로인 및 옥시코돈과 같은 오피오이드를 0.5 마이크로몰(μM) 수준까지 특이적으로 검출할 수 있는 비색 분석법에 통합되었다. 비색 분석은 관심 있는 화합물이 검출되면 색상이 변하는 테스트이다. 이러한 분석법은 또한 제약 정제 및 약물 혼합물을 포함하여 복잡한 화학 매트릭스에서 오피오이드를 몇 초 내에 검출할 수 있었다.

이에 비해 법집행관과 법의학 연구소에서 사용하는 표준 테스트인 '마르퀴스 테스트(Marquis test)'에서는 화학 혼합물에서 오피오이드를 검출할 수 없었다.

연구원들은 이러한 압타머 센서가 건강과 공공 안전에 유용한 응용 프로그램을 가지고 있다고 믿는다.

"압타머는 대량 생산이 가능하고 유통기한이 길며 화학적으로 쉽게 변형될 수 있다. 즉, 개발하는 모든 유형의 센서에 활용할 수 있다."라고 이샤오는 말한다. "그래서 그들은 현장의 장교를 위한 테스트 스트립에 통합될 수 있고, 집에서 사용하거나 의사 진료실의 인간 환자를 위한 테스트 스트립에 통합될 수 있다."

알카미스는 “임상적으로 관련된 수준의 약물을 검출하기 때문에 잠재적으로 응급실에서 혈액 방울 테스트를 수행하여 전체 혈액 채취 및 실험실 테스트 없이 환자가 복용한 약물을 즉시 확인할 수 있다.”라고 말한다. "가능한 용도는 정말 흥미롭다."

국립 정의 연구소(National Institute of Justice), 국립 과학 재단(National Science Foundation), 국립 보건원(National Institutes of Health)이 이 작업을 지원했다.

출처 : NC State