신부전증 (Renal Failure)


ㆍ현대사회의 급격한 발전과 식생활의 변화에 의해 당뇨병은 성인병중 높은 비중을 차지할 정도로 보편적인 질병이 되어가고 있으며, 현재 우리나라도 대략 전체인구의 5%인 150만 정도의 사람들이 가지고 있는 것으로 보고됨.
ㆍ 당뇨병이 무서운 것은 당뇨병 자체가 아니라 당뇨병으로 인해 합병증이 발생하고 그 병이 잘 낮지 않는 것임.
ㆍ 당뇨병 합병증으로서 가장 흔한 질병으로서 당뇨병 신증(腎證)이 있는데 이것은 신장질환의 33%를 차지하고 있으며 혈중에 당이 있게 되면 사구체, 신동맥 등에 경화가 생겨서 사구체, 기저막의 증식, 사구체 투과성의 증가, fibrin침착증가, 신조직의 섬유화 등으로 급성신염, 만성신염, 신우신염, 신성 고혈압, 뇨독증 등이 나타나는 것을 말함.
ㆍ 신장은 생명을 유지하기 위하여 영양소를 섭취하여 에너지로 이용하고 남은 분해산물의 배설, 체액균형, 혈압조절 및 조혈기능 등의 중요한 역할을 수행하며 그 기능을 소실하게 되면 2∼3주 내에 사망에 이르게되는 인체내의 중요한 기관임. 따라서 신장의 이상을 발생초기에 진단을 하는 것은 매우 중요하며 질병 진행과정을 예측하는 것 또한 중요한 일로 여겨지고 있음.
ㆍ 소변 내 알브민의 농도가 정상치 이상으로 증가하는 현상을 microalbuminuria 라고 하며, 이것은 당뇨병의 가장 중요한 합병증의 하나인 당뇨병 신증 발생의 초기 이상징후일 뿐만이 아니라 그 증상의 진행을 예고해주는 것으로 보고되고 있음.
ㆍ 더욱이 microalbuminuria는 고혈압의 합병증세로 나타날 수 있는 심장 이상에 대한 조기진단지표로도 보고됨.
ㆍ 이러한 뇨알브민은 정상인이라 하더라도 어느 정도의 양을 가지고 있으며 나이, 성별, 상태에 따라서 분비 양이 틀려지기 때문에 정량분석 또는 측정농도 범위를 포함하는 반정량 분석이 필요하며 이 때문에 측정장치나 대조표와 같은 다른 보조장치를 사용해서 측정을 하고 있는 실정임.

Bar code 표시 면역분석법

1. 분석시스템 구성 및 원리

ㆍ중합체패드: 비오틴이 결합된 항체-골드 중합체 그리고 비오틴이 결합된 항체 중합체를 축적시켜 놓은 유리섬유 멤브레인
ㆍ항원패드: 분석물질을 멤브레인 표면상에 화학결합에 의해 고정화해 놓은 니트로셀룰로우즈 멤브레인
ㆍ신호패드: 사다리 바 형태로 스트랩트아비딘을 고정화시켜 놓은 니트로셀룰로우즈 멤브레인
ㆍ흡수패드: 과량의 수용액을 흡수할 수 있는 셀룰로우즈 멤브레인

분석원리

ㆍ분석물질 농도 변화에 따라 순차적인 발색 bar 수의 증가를 위해 경쟁반응을 도입하였음.
ㆍ최적 경쟁성분으로는 탐지항체-biotin 중합체가 결정됨(왼쪽그림).
ㆍ분석물질의 농도가 낮은 경우 (그림, low dose)에는 경쟁반응이 약해 bar 수가 적게 나타남.
ㆍ반면에 분석물질의 수가 많은 경우 (그림, high dose)에는 경쟁이 심화되어 bar 수가 증가됨.

2. 분석성능


ㆍ당뇨병에 의해 유발될 수 있는 신장질환을 진단하기 위해 소변 내에 포함된 알브민을 측정하는 면역분석 시스템
ㆍ개발된 시스템은 다른 부가적인 수행이 필요 없으며(1단계 측정), 분석시간이 짧은(5분 이내) 면역 크로마토그래피 방식의 시스템을 사용함.
ㆍ더욱이 본 시스템은 분석물질 농도에 비례하여 '사다리 바(ladder bar)수'가 변화되도록 즉, 각 농도범위가 바코드 형태로 나타나도록 고안됨.


전기 전도도 측정형 면역센서

ㆍ기존의 gold colloid를 표지물질로 그대로 사용하면서도 휴대가 가능한 탐지기를 사용함으로써 현장진단에 적합한 면역센서를 개발하고자 하였음.
ㆍ기존에 gold colloid를 사용한 정량방법은 분석물질 농도에 비례한 신호발색을 reflectance photometry 방법에 의해 정량화한 것이 있으나 이것은 gold colloid에 의한 신호발색을 단순히 수치화한 것으로 민감도의 향상도 없을뿐더러 제작된 탐지기 또한 휴대하기는 어려운 형편임.
ㆍ이러한 이유로 gold colloid가 금속입자라는 것을 이용 전기 전도도를 측정하고자 하였음.
ㆍ전기 전도도와 같은 전기화학적 측정방법은 측정 장비의 소형화가 가능하고 제조가 간편하다는 장점을 지님.

1. 분석시스템 구성 및 특징

ㆍ전극과 면역스트립을 접목하기 위해 신호패드로 사용되는 NC membrane 상에 직접 전극을 형성시키는 방법을 사용.
ㆍ Screen printing 기술을 도입하여 그림과 같이 면역스트립 상에 직접 전극을 형성시킴으로써 실제 항원-항체 반응에 의해 형성된 샌드위치 면역결합체에 포함된 gold colloid를 통해 전기화학적 신호를 측정할 수 있도록 하였음 (그림).


ㆍ 탐지항체-gold colloid 중합체를 단독으로 사용한 경우 (그림 왼쪽) 그 신호 값이 매우 약하게 나타남.
ㆍ 이러한 이유는 탐지항체-gold colloid 중합체 제조공정에서 gold colloid의 안정화를 위해 불활성 단백질을 사용하여 표면을 막아주기 때문인 것으로 gold colloid 자체는 전도성을 나타내지만 표면이 단백질로 둘러싸인 경우에는 전도성이 없어지기 때문임.
ㆍ 이에 본 연구진은 전자의 이동을 원활하게 만들어주기 위해 오른쪽 그림에 나타나 있는 것과 같이 gold colloid 표면을 단백질로 막아주기 전에 우선 conducting polymer (예: polyaniline)를 결합시켜주어 사용하였음.
ㆍ 그 결과 뇨 알부민 농도 변화에 따른 전기 전도도의 변화를 측정할 수 있었음.

2. 분석성능 시험결과

연구개발 제품의 성능 (뇨 알부민 기준)

ㆍ측정 민감도: 10 ng/mL
ㆍ측정 농도범위 : 25 ~ 10,000 ng/mL
ㆍ총 분석시간: 5분 (실온 기준)
ㆍ시료 요구량: 100 μL (소변 기준)

분석특성
ㆍ저가의 정량측정 탐지기술 채택
ㆍGold colloid를 이용한 정량센서 개발

 
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