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Jul 27, 2023

이 센서는 자연적인 세포막 기능을 모방합니다.

2023년 8월 8일 Sean Whooley MIT 연구원이 이끄는 팀은 진단하기 어려운 암이나 전이성 종양을 선별하는 데 도움이 될 수 있는 센서를 설계했습니다. [이미지 제공: 연구원/MIT]

2023년 8월 8일 Sean Whooley 작성

MIT 연구진이 이끄는 팀은 진단이 어려운 암이나 전이성 종양을 선별하는 데 도움이 될 수 있는 센서를 설계했습니다.[이미지 제공: 연구원/MIT]

프로토타입 센서는 CXCL 12라는 면역 분자를 감지할 수 있습니다. 그들은 이것이 진단하기 어려운 암이나 전이성 종양에 대한 일상적인 검사 시스템을 개발하는 데 도움이 될 수 있다고 말합니다. MIT 보도자료에 따르면, 이 기술은 생체모방이 뛰어난 전자 "코"로도 사용될 수 있습니다.

MIT 미디어 랩의 수석 연구원인 Shuguang Zhang은 "우리의 희망은 높은 특이성과 민감도를 가지고 집에서 테스트할 수 있는 간단한 장치를 개발하는 것입니다."라고 말했습니다. "암을 조기에 발견할수록 치료 효과가 더 좋아집니다. 따라서 암의 조기 진단은 우리가 참여하고 싶은 중요한 영역 중 하나입니다."

연구팀은 모든 세포를 둘러싸고 있는 막에서 영감을 얻었다. 이러한 세포막에는 환경에서 분자를 감지할 수 있는 수천 개의 수용체 단백질이 있습니다. MIT 팀은 단백질이 막 외부에서 생존할 수 있도록 변형하여 그래핀 트랜지스터 위의 결정화된 단백질 층에 고정시켰습니다. 표적 분자가 검출되면 트랜지스터는 정보를 컴퓨터나 스마트폰으로 전송합니다.

연구팀은 이 센서가 잠재적으로 혈액, 눈물, 타액과 같은 체액을 분석하는 데 사용될 수 있다고 말합니다. 또한 동시에 다양한 대상을 검사할 수도 있습니다.

"우리는 생물학적 시스템에서 중요한 수용체를 식별하고 이를 생체전자 인터페이스에 고정함으로써 모든 생물학적 신호를 수집한 다음 이를 기계 학습 알고리즘으로 분석하고 해석할 수 있는 전기 출력으로 변환할 수 있습니다."라고 Rui Qing은 말했습니다. MIT 연구 과학자이자 현재 Shanghai Jiao Tong University 부교수입니다.

Qing과 PhD 학생인 Mantian Xue는 Science Advances에 게재된 센서 연구를 저술했습니다. Zhang, Tomás Palacios 및 Uwe Sleytr는 선임 작가였습니다.

팀은 세포막에서 발견되는 수용체 단백질을 기반으로 센서를 구축하는 것을 목표로 접근했다고 밝혔습니다. 하지만 일단 제거하면 세제에 넣어두는 경우에만 구조가 유지되기 때문에 작업하기가 어려울 수 있습니다.

Zhang, Qing 등은 이전에 소수성 단백질을 수용성 단백질로 변환하는 방법을 발견했습니다. 그들은 QTY 코드라는 방법을 통해 소수성 아미노산을 친수성 아미노산으로 교체했습니다.

“사람들은 수십 년 동안 감지를 위해 수용체를 사용하려고 노력해 왔지만 수용체를 안정적으로 유지하려면 세제가 필요하기 때문에 널리 사용하기는 어렵습니다. 우리 접근 방식의 참신함은 수용성으로 만들 수 있고 저렴하게 대량으로 생산할 수 있다는 것입니다.”라고 Zhang은 말했습니다.

Zhang과 Sleytr은 수용성 버전의 수용체 단백질을 표면에 부착하는 연구를 진행했습니다. 이러한 S층 단백질은 결정화되면 표면에 응집성 단분자 배열을 형성합니다. 또한 Sleytr이 이전에 입증한 것처럼 항체나 효소와 같은 다른 단백질과 융합할 수도 있습니다. 선임 과학자 Andreas Breitwieser와 함께 팀은 이 단백질을 사용하여 CXCR4라고 불리는 수용성 단백질의 조밀하고 고정된 시트를 만들었습니다. 이는 암과 같은 인간 질병에서 역할을 하는 CXCL 12에 결합합니다. 이는 또한 인간 세포로의 바이러스 유입을 담당하는 HIV 코트 당단백질에 결합합니다.

팀은 센서 기술을 RESENSA(Receptor S-layer Electrical Nano Sensing Array)라고 명명했습니다.

Sleytr는 “우리는 이러한 S층 시스템을 사용하여 모든 기능성 분자가 매우 잘 정의된 분포와 방향으로 단분자 배열의 표면에 부착되도록 합니다.”라고 말했습니다. “매우 정확한 방식으로 다양한 말을 배열할 수 있는 체스판과 같습니다.”

MIT 연구원들은 그래핀 기반 트랜지스터 어레이가 있는 칩에 S층을 부착했습니다. Xue는 이중 단백질 층 코팅에 칩을 적용했습니다. 표적 분자가 수용체에 결합하면 표적의 전하가 그래핀의 전기적 특성을 변화시킵니다.