고등과학원 이학호·천진우 교수팀, 마리화나 흡연 여부 5분 만에 현장 진단하는 ‘EPOCH’ 기술 개발

전염병·암 진단 분야에서도 유용한 플랫폼으로 활용될 것으로 기대

[사진. (왼쪽부터) 이학호 교수, 천진우 교수, 이재현 교수]

하버드 의과대학 이학호 교수(고등과학원 IBS 연구위원)와 천진우 교수(고등과학원장, 화학과 교수) 연구팀은 마리화나 복용 여부를 5분 내 정확히 검출하는 현장진단(Point-of-care, POC) 기술을 개발했다. 

광주과학기술원 김민곤 교수 연구팀과 공동으로 진행한 이번 연구에서는 방사형 멤브레인과 광학장비를 이용해 기존보다 민감도를 높이고 소요시간은 크게 단축했다. 연구결과는 국제학술지 ‘사이언스 트랜스레이셔널 메디슨(Science Translational Medicine, IF 17.96)’에 10월 20일 22시(한국시간) 게재됐다.

미국, 유럽 등을 중심으로 마리화나 합법화 흐름이 커지면서 그 오남용을 막는 일도 중요해졌다. 예컨대 마리화나 복용 후 3~4시간 내 운전하면 음주운전과 흡사한 상황이 벌어질 수 있다. 따라서 마리화나 흡연의 경우, 기존의 병원 진단보다는 현장에서의 즉각적인 검측 및 대응을 통해 사고 위험을 최소화할 수 있다.

마리화나 검사에는 주로 ‘측방 유동 분석법(LFA)’ 또는 ‘기체 색층-질량 분광법(GC-MS)’이 쓰인다. LFA는 간편하고 빠르지만 정확도가 매우 떨어진다는 단점이 있다. 반면 GC-MS는 정확도는 높지만 검출에 수일이 걸리고 가격도 비싸다는 문제점이 있었다. 

연구진은 이러한 한계를 극복하기 위해 방사형 유동 분석법과 투과형 광학센서 디자인을 결합한 ‘마리화나 흡연 현장 진단 기술(express probe for on-site cannabis inhalation, 이하 EPOCH)’을 개발했다. EPOCH은 방사형 유동(流動)을 이용해 3분 만에 타액에 포함된 소분자(small molecule)를 검출한다. 여기에 기존 반사광 분석의 한계를 넘어서는 투과광 검측 알고리즘도 개발, 분석물의 초고감도 검출이 가능하도록 했다. 또한 스마트폰을 이용한 소형 측정 기기에 일련의 기술들을 집약해 언제 어디서든 편리하게 사용할 수 있게 했다.

EPOCH은 마리화나 유효 물질(Tetrahydrocannabinol; 이하 THC)을 시료 채취부터 결과 도출까지 5분 이내에 검출할 수 있다. 검출 한계는 0.17ng/ml로 마리화나 흡연 여부 확인을 위한 국제 규정(1ng/ml 미만)에 부합한다. 유동 분석법과 투과광 검측 모델을 종합함으로써 신속성과 정확성의 두 마리 토끼를 잡은 셈이다.

실제 마리화나 흡연 여부를 확인하는 임상 시험 결과도 EPOCH의 우수성을 입증했다. 총 86명의 실험 참가자 중 43명은 마리화나 복용 실험군(3명은 씹는 형태, 40명은 흡연 형태)으로, 나머지 43명은 마리화나 미복용 대조군(13명의 일반 담배 이용자 포함)으로 분류했다. 실험 결과는 100%의 정확도를 보였다. 43명의 복용 방식, 복용량, 타액 채취 시점(10분 이내)이 모두 달랐음에도, 복용 여부를 오차 없이 정확히 판정했다. 마리화나 미복용 대조군은 전원 음성이었다.

연구를 이끈 이학호 연구위원은 “기존 마리화나 검출 방법들(LFA 또는 GC-MS)의 한계를 극복해 초고감도의 신속 검출을 가능하게 한 성과”라며 “마리화나뿐만 아니라 코로나19와 같은 전염병이나 암 진단 분야에서도 매우 유용한 플랫폼으로 활용될 것으로 기대한다.”고 말했다.

한편, 고등과학원은 세계 최고 수준의 기초과학 연구와 교육을 목표로 나노의학 융합연구를 수행하며 100년을 바라보는 세계 초일류 수준의 대학 내 기초과학연구소를 지향한다. 고등과학원은 융합 분야의 퍼스트 무버(First Mover) 및 빅 사이언스(Big Science) 창출을 목표로 하며 나노과학과 의학을 융합한 나노바이오메디컬엔지니어링 전공을 통해 미래과학을 선점하는 데 기여하고 있다.

논문정보

● 논문제목: A rapid assay provides on-site quantification of tetrahydrocannabinol in oral fluid

● 논문주소: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34669441/