2024-06-29

SARS-CoV-2 Detection in COVID-19 Patients' Sample using Wooden Quoit Conformation Structural Aptamer (WQCSA)-Based Electronic Bio-sensing System 

□ SARS-CoV-2 바이러스는 빠르게 전 세계적으로 확산되고 있으며 다양한 변이 발생은 진단 및 모니터링이 어려움

 ○ 현재 사용되는 진단 방법은 매우 정확하지만, 시간 소요 및 비용이 많이 들고 변이를 가진 바이러스를 정확히 감지하기 어려움

□ 신속하고 경제적인 SARS-CoV-2 바이러스 감지를 위한 신규 바이오센서 개발

 ○ 초민감도를 갖추고 있어서 전기적 변화를 이용해 SARS-CoV-2를 5초 이내 신속하게 감지함 

   - 목재 링 형태 구조 압타머 (Wooden quoits* conformation structural aptamer, WQCSA) 기반     *Quoits - Wikipedia

      [WQCSA]

   - 전자 바이오센서 시스템 WQCSA-IDCE (Inter-digitated Capacitor Electronic) 활용 

   - DNA 압타머(aptamer) 사용, 바이러스 단백질 감지 

 ○ SARS-CoV-2의 S (spike스파이크) / N(nucleocapsid뉴클레오캡시드) 단백질을 형광라벨 없이 초고속으로 감지할 수 있는 시스템 

   - S 단백질은 바이러스가 인간 세포에 결합하고 침투하는 데 중요한 역할을 하는 단백질임 

   - 본 연구에서 사용된 압터머는 SARS-CoV-2의 S 단백질에 결합하도록 설계된 짧은 DNA 분자로 WQCSA 형태로 특정 항원 감지하는 역할을 가짐 

   - S 항원 및 DNA 압타머 혼합 과정을 통해 SARS-CoV-2의 S 단백질 감지 가능

□ IDEA (Inter-digitated electrode array) 바이오센서 칩에 압타머 결합하여 칩을 통해 SARS-CoV-2의 S단백질 결합, 표적 항원을 감지함

 ○ IDCE (Inter-digitated capacitive electrode) 감지 시스템은 압타머가 고정된 칩의 분자 구성 요소와 APTES(3-aminopropyl) 단분자층을 포함함

   - (APTES) DNA 압타머를 고정하기 위해 칩의 표면을 화학적으로 처리하는 물질

   - (전기 용량 결합 효과capacitive coupling effect) Pt/Ti 기반 전극(IDEA)에 압타머 바이오분자가 장착되면 금속 전극 사이 전기장이 교란되어 이 센서를 통해 항원-항체 결합을 감지함

 ○ 숙주세포 수용체(angiotensin converting enzyme2, ACE2) 결합 부위 모방 하여 SARS-CoV-2의 S 단백질에 대한 높은 친화도를 가진 압타머를 선별함 

 ○ S와 N 압타머는 낮은 농도에서도 SARS-CoV-2의 바이러스 수용체 결합 도메인(receptor-binding domain, RBD) 및 뉴클레오캡시드 단백질 감지 가능

□ 비강, 소변, 침 시료로부터 타 코로나바이러스와 SARS-CoV-2 구별, 2분 이내 정확한 결과 제공하여 기 FDA 승인받은 코로나19 진단제품 수준의 높은 성과를 보임

 ○ WQCSA-IDCE 바이오센서는 체액, 시료로부터 야생형 및 오미크론 변이 SARS-CoV-2를 감지할 수 있는 가능성 확인

 ○ 압타머를 사용한 바이러스 항원 검출은 RT-PCR 등 진단 기술을 대체할 수 있으며, 감염 초기 단계의 극소량 바이러스도 감지 가능 

 ○ WQCSA 기반 전자 감지 시스템은 코로나19 변이를 신속하고 정확하게 진단할 수 있는 차세대 기술로 향후 대규모 임상 적용 가능

 ○ SARS-CoV-2외에도 HIV, Zika, 인플루엔자 바이러스 등 동시에 감지할 수 있는 DNA 압타머 개발 가능  

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