KR101807285B1 - 비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질병 진단 방법 - Google Patents

비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질병 진단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질병 진단 방법에 관한 것으로, 혈액, 혈장, 혈청, 타액, 소변, 눈물, 콧물 중 적어도 하나를 포함하는 체액 샘플을 준비하는 단계, 체액 샘플을 희석하는 단계, 희석된 체액 샘플내 응집 단백질을 바이오 센서를 활용하여 측정 및 검출하는 단계, 및 응집 단백질 희석에 따른 바이오 센서의 신호변화를 분석하여 측정치로부터 농도 희석에 따른 기울기를 생성하는 단계, 농도 희석에 따른 기울기로부터 올리고머 비를 분석 및 진단하는 단계를 포함하는바, 바이오 센서를 이용하여 혈액의 임피던스 및 단백질 농도 측정함과 모노머와 올리고머의 수치 대비에 따른 기울기를 검출하여 정상 또는 비정상적인 단백질 응집이나 그에 따른 질병 등을 더욱 정확하게 진단할 수 있는 효과가 있다.

Description

비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질병 진단 방법{METHOD FOR THE DIAGNOSYS OF THE DISEASE REVEALED BY ABNORMAL AGGREGATED PROTEINS USING ANALYSIS OF OLIGOMERIC PROTEINS}
본 발명은 체액의 응집단백질 함량 분석 방법에 관한 것으로, 상세하게는 바이오 센서를 이용하여 혈액이나 체액의 단백질 농도의 변화를 농도희석비에 따라 측정한 기울기를 검출하여 모노머와 올리고머의 비를 추정함으로써 정상 또는 비정상적인 단백질 응집이나 그에 따른 질병 등을 정확하게 진단할 수 있도록 한 비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질병 진단 방법에 관한 것이다.
신경세포 기능장애 및 손상은 독성의 응집되기 쉬운 단백질에 의해 유발될 수 있고, 다수의 신경계 질환은 그러한 용태를 특징으로 한다. 이들은 근위축성 측삭 경화증, 알츠하이머 병, 파킨슨 병, 프리온 질병, 폴리글루타민 확장증, 척수소뇌성 실조증, 척수 및 연수 근육위축, 해면 뇌병증, 타우증(tauopathy), 헌팅톤 병, 또는 근육긴장 이상과 같은 질환을 포함한다.
상술한 질환들을 유발하는 독성의 응집되기 쉬운 단백질을 코딩하는 단백질, 및 단백질을 코딩하는 유전자가 동정 되었다. 정상적인 대사 효소는 합성 및 분해의 영구적인 순환을 형성하는 단백질을 재순환시킨다. 유전자가 돌연변이화 될 경우, 미스폴딩된 단백질은 비정상적으로 축적되고 분해된다. 이러한 미스폴딩된 단백질이 신경세포 손상의 지시일 수 있는 신경세포 봉입체 및 플라크를 유발하는 것으로 공지되어 있다. 따라서, 세포 기전을 이해하고, 미스폴딩된 단백질을 감소시키고, 저해하고, 호전시키기 위해 필요한 분자 수단을 동정하는 것이 중요하다. 추가로, 단백질 미스폴딩 및 응집이 신경세포 생존에 미치는 효과를 이해함으로써 이들 질환에 대한 합리적이고 유효한 치료법을 개발할 수 있을 것이다.
대한민국 등록특허 제100595494호(2006.06.23 등록)에는 특정 베타아밀로이드베타의 항원-항체 반응에 2차 항체-표지체 접합체(conjugate) 및 표지체의 발색기질 용액을 반응시켜 정상인과 알츠하이머 환자를 진단하는 키트에 대해 제시하고 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제1173677호(2012.07.07 등록)에는 특정 화학식으로 도시되는 EPPS(N-(2-하이드록시에틸) 피페라진-N'-(3-프로판술폰산))를 유효성분으로 함유하는 베타아밀로이드 집적 관련 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물에 대해 제시하고 있다.
상기 종래 기술의 특허에서도 도시된 바와 같이, 종래에는 바이오 센서를 이용하여 진단에 필요한 혈액의 임피던스나 혈액의 단백질 농도를 검출하여 혈액의 임피던스나 혈액의 단백질 농도 값을 결과를 정상인의 기준치와 비교하여 정상 또는 비정상적인 단백질 응집이나 그에 따른 질병 등을 진단하였다.
하지만, 혈액의 단백질 농도나 임피던스의 검출 수치만으로는 정상인과 비정상 환자의 차이가 명확하게 도시되지 않게 때문에 정상인과 비정상 환자를 구분하거나 그 진단 결과를 정확하게 도출할 수 없는 문제가 있었다. 즉, 정상인과 비정상 환자의 혈액 임피던스 검출 수치나 단백질 농도 검출 수치는 확연하게 정상과 비정상을 구분할 수 있을 만큼 차이가 명확하게 도출되지 않기 때문에 정확성이 떨어지고 그 신뢰도 또한 저하될 수밖에 없었다.
대한민국 등록특허 제100595494호(2006.06.23 등록) 대한민국 등록특허 제1173677호(2012.07.07 등록)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 바이오 센서를 이용하여 혈액이나 체액의 바이오 마커인 응집 단백질 농도를 수차례 단계로 희석하면서 얻은 센서신호의 기울기를 검출하여 모노머와 올리고머의 비를 추출함으로써, 정상 또는 비정상적인 단백질 응집이나 그에 따른 질병 등을 정확하게 진단할 수 있도록 전기(임피던스 및 전류) 및 광학기반 바이오 센서를 이용하는 비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질병 진단 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질환 가능성 예측 방법은 혈액, 혈장, 혈청, 타액, 소변, 눈물, 콧물 중 적어도 하나를 포함하는 체액 샘플을 준비하는 단계, 체액 샘플을 희석하는 단계, 희석된 체액 샘플내 응집 단백질을 바이오 센서를 활용하여 측정 및 검출하는 단계, 및 응집 단백질 희석에 따른 바이오 센서의 신호변화를 분석하여 측정치로부터 농도희석에 따른 기울기를 생성하는 단계, 및 농도희석에 따른 기울기로부터 올리고머 비를 분석 및 진단하는 단계를 포함한다.
상기에서 설명한 본 발명의 비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질병 진단 방법은 전기/광학 기반의 바이오 센서로 측정 가능하며 혈액 및 체액의 응집단백질 농도를 측정하여 모노머와 올리고머의 상대비율을 농도변화에 따른 기울기로 검출함으로써 정상 또는 비정상적인 단백질 응집이나 그에 따른 질병 등을 정확하게 진단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 혈장 외에도 혈장내의 엑소좀을 추출하여 단백질 함량을 진단하는 신경유래 엑소좀(Neuronal Exosome) 분석 방식을 부가적으로 활용하여 모노머와 올리고머의 상대비율에 따른 기울기가 더욱 명확하게 구분되도록 함으로써 정상 또는 비정상적인 단백질 응집이나 그에 따른 질병 등을 더욱 정확하게 진단하고 그 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. .
도 1은 본 발명의 실시 예에서 활용된 임피던스 바이오 센서 구성을 나타낸 구성 블록도이다.
도 2는 도 1의 바이오 센서 플랫폼을 활용한 베타 아밀로이드의 임피던스 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 베타 아밀로이드 측정 결과에 따른 임피던스 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 2의 방법을 통해 검출된 베타 아밀로이드 변화량을 활용한 진단 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 혈장 내 베타 아밀로이드의 임피던스 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 1의 바이오 센서 플랫폼을 활용한 베타 아밀로이드의 농도변화에 의한 기울기 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6의 베타 아밀로이드 농도변화에 의한 기울기 검출 결과에 따른 농도 변화량에 따른 임피던스 측정치 기울기를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 6의 혈장 내 베타 아밀로이드 농도 검출 결과를 농도 변화에 따른 임피던스 측정치 기울기에 따라 각각 다르게 나타낸 그래프이다.
도 9는 혈장 내 신경유래 엑소좀에서 추출된 베타 아밀로이드 임피던스 측정 결과와 그 기울기 변화에 따른 임피던스 검출 결과를 각각 나타낸 그래프이다.
도 10은 RIPA 버퍼를 활용하여 혈장 내 신경유래 엑소좀에서 추출된 베타 아밀로이드의 기울기 변화에 따른 검출 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 혈장의 베타 아밀로이드 임피던스 및 기울기 변화에 따른 검출 결과와 혈장 내 신경유래 엑소좀에서 추출된 베타 아밀로이드의 임피던스 및 농도변화에 의한 임피던스 기울기 변화에 따른 검출 결과를 모두 도시한 결과 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에서 활용된 임피던스 바이오 센서 구성을 나타낸 구성 블록도이다.
도 1을 참조하면, 임피던스 바이오 센서는 EIS(electrochemical impedance spectroscopy) 센서 어레이(a)와 BEIS(Bead EIS) 플렛폼(b)으로 각각 구분되어 구성될 수 있다. EIS 센서 어레이(a)에는 Pt/Ti 금속이 워킹 또는 카운터(Working/Counter) 전극으로 형성되고 SU-8 전극이 마이크로웰(Microwell)을 형성하도록 구성된다.
워킹 또는 카운터 전극은 10*10, 20*20 등의 배열이나 그 이상의 배열을 이루어 구성될 수 있다. 여기서, 마이크로웰은 마그네틱 비드를 각각의 워킹 또는 카운터(Working/Counter) 전극 사이에 배치하여 비드 표면에 전계를 집속시키기 위함이다.
BEIS 플렛폼(b)은 복수의 BEIS 센서 어레이를 구비하여 PDMS microfluidic channel(optional)을 형성하도록 구성되며, 그 배면에는 영구 자석 또는 전자기석이 배치된다. 이에, 생체분자의 크기 및 전하량이 센서 출력에 영상을 미치게 된다.
이 외에도 이용가능한 바이오 센서로는 광학기반의 ELISA(enzyme linked immunoassay) 분석 센서, SPR (Surface Plasmon resonance) 분석 센서 및 기타 전기 기반 바이오 센서 (FET센서, 전기화학센서) 등을 더 이용할 수도 있다.
도 2는 도 1의 바이오 센서 플랫폼을 활용한 베타 아밀로이드의 임피던스 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 3은 도 2의 베타 아밀로이드 측정 결과에 따른 임피던스 변화량을 나타낸 그래프이다.
우선, 도 2를 참조하여 베타 아밀로이드의 임피던스 측정 방법을 설명하면, 먼저 (a) 일차항체(Antibody, 1E11)와 베타 아밀로이드(Aβ) 및 마그네틱 비드를 미리 설정된 소정의 시간(예를 들어, 45분) 동안 인큐베이션(incubation) 하고 비특이적인 반응을 최소화하기 위해 버퍼용액에서 세척(washing)한다.
다음으로, (b) 마그네틱 비드가 들어있는 용액을 전극 위에 흘린 후기판 위에 이미 형성된 마이크로웰의 내부로 자석을 이용해 위치시킨 후, (c) 비드의 표면에 항체와 반응하여 붙어 있는 베타 아밀로이드(Aβ)로 인해 발생한 전기적인 임피던스(Electrochemical impedance)를 측정한다. 이 때 임피던스 값은 시료를 반응하지 않은 비드의 임피던스 값을 기준값으로 하여 상대적인 백분율로 계산하여 소자에 따른 임피던스 변화에 의한 오차를 최소화한다.
한편, 베타 아밀로이드의 임피던스 측정시에는 혈액, 혈장, 혈청, 타액, 소변, 눈물, 콧물 중 적어도 하나를 포함하는 체액의 샘플로 측정할 수 있다. 또한, 베타 아밀로이드가 반응한 비드의 임피던스 외에도 Tau, Alpha-synuclein, PrPsc, Huntingtin 중 적어도 하나가 각각의 항체와 반응한 비드의 임피던스를 측정할 수 있다.
즉, 비정상인과 정상인 별 모노머와 올리고머의 비율, 농도, 레벨, 검출량 그리고 임피던스 측정 결과 중 적어도 하나의 변화를 측정하고 도시함으로써, 모노머 대비 올리고머의 수치나, 올리고머 대비 모노머의 수치적인 차이에 따라 비정상인과 정상인을 구분하고 그 진단을 할 수 있게 된다. 이하에서는 설명의 편의상 미리 준비된 혈액의 샘플을 이용해 베타 아밀로이드가 반응한 비드의 임피던스를 측정하는 예만을 실시 예로 설명하기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전기적인 임피던스 기울기의 변화는 올리고머화 된 베타 아밀로이드(Aβ)에서 매우 커짐을 알 수 있다. 그래프로 도시한 바와 같이 모노머와 올리고머가 된 베타아밀로이드는 농도변화에 따른 임피던스 변화를 측정할 때 서로 다른 기울기를 보이게 된다. 이 때, 기울기 추출 결과는 초기 모노머는 6%/dec의 기울기를 갖지만, 올리고머화된 베타 아밀로이드(Aβ)는 20%/dec의 기울기로 나타난다. 올리고머화된 베타 아밀로이드(Aβ)의 농도변화 기울기가 모노머에 비하여 증가되어 측정됨을 확인할 수 있다. 또한, 임피던스 변화는 생체분자(biomolecules)의 크기에 비례하며, 초기 모노머 베타 아밀로이드(Aβ)의 농도를 100 pg/ml로 고정하여 올리고머화 시키면, 출력 임피던스의 농도변화 기울기가 시간이 지남에 따라 커짐을 확인할 수 있다. 아울러, 올리고머화된 베타 아밀로이드(Aβ)의 충전량은 그 시간에 대응됨 또한 확인할 수 있다.
도 4는 도 2의 방법을 통해 검출된 베타 아밀로이드 농도변화 기울기를 활용한 진단 방법을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, Z1 포인트와 Z2 포인트의 측정값은 제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD)의 체약 샘플들에서의 절대적인 베타 아밀로이드(Aβ) 충전량(예를 들어, 베타 아밀로이드(Aβ)의 전체 농도)을 나타낸다. 단순히 실험적인 수치이므로 절대적인 양은 신체적인 특성에 따라 큰 차이를 보일 수 있다.
제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD)의 체액 샘플 모두 모노머 베타 아밀로이드(Aβ)와 올리고머 베타 아밀로이드(Aβ)가 혼재된 상태로 볼 수 있으며, 제 2 검사자(AD)의 샘플이 올리고머 베타 아밀로이드(Aβ)가 더 많아지는 변화를 보인다. 이 결과, 변화량을 나타낸 농도변화 기울기가 샘플에서의 올리고머 비에 따라 커지면 제 2 검사자(AD)일 수록 그 기울기가 더 커짐을 확인할 수 있다.
Z1 포인트와 Z2 포인트의 측정값에 따른 제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD)의 베타 아밀로이드 변화량 기울기는 하기의 수학식 1을 통해 추출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016000866191-pat00001
여기서 r는 전체 베타아밀로이드 중 올리고머의 비율 (
Figure 112016000866191-pat00002
), y는 센서의 신호, Km은 모노머의 농도변화 기울기, Ko는 올리고머의 농도변화 기울기, 그리고 h는 농도 희석비이다. 농도변화 기울기를 측정하면 수학식 2로 올리고머의 전체에 대한 비율을 구할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112016000866191-pat00003
즉, 비정상인과 정상인 별 모노머와 올리고머 수치를 기울기로 도시할 수 있다. 모노머 대비 올리고머의 수치나, 올리고머 대비 모노머의 수치적인 차이에 따라 비정상인과 정상인을 구분하고 그 진단을 할 수 있게 된다.
도 5는 도 2의 혈장 내 베타 아밀로이드의 임피던스 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 혈장으로 측정된 비드의 전기적인 임피던스만으로는 제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD)의 수치적인 차이를 명확하게 구분하기 어렵다. 제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD)의 수치적인 차이 값이 최소값에 따른 차이만 보이게 된다. 또한, 제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD) 각각의 신체적인 차이나 능력치에 따라 전기적인 임피던스 차이가 나타나 진단시 왜곡 가능성이 있으며 기준치를 설정하기 애매해서 제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD)를 명확하게 구분하기 어렵다.
도 6은 도 1의 바이오 센서 플랫폼을 활용한 베타 아밀로이드의 농도변화에 의한 기울기 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 6를 참조하여 베타 아밀로이드의 농도 검출 방법을 설명하면, 먼저 (a) 안티바디(Antibody)가 바인딩된 마그네틱 비드를 미리 설정된 소정의 시간(예를 들어, 45분간) 인큐베이션(incubation)하여 준비한다.
(b) 준비된 안티바디가 형성된 마그네틱 비드와 진단을 필요로 하는 비정상인(환자) 샘플을 1시간 정도의 시간으로 반응시킨다. 이때, 비정상인의 샘플 농도는 1/5씩 희석해서 4-5개의 샘플로 준비함이 실험적인 결과 바람직함을 알 수 있었다. (예를 들어, 1, 1/5,1/25,1/125,1/625)
(c) 이후, 비정상인의 샘플 비드를 EIS 센서의 마이크로웰 영역에 위치시킨 후 베타 아밀로이드의 농도를 측정한다. 그리고, 상기의 (b)와 (c) 과정을 (a) 과정에서 준비된 비정상인의 샘플 수만큼 반복해서 측정 및 검출한다.
도 7은 도 6의 베타 아밀로이드 농도변화에 의한 기울기 검출 결과에 따른 농도 변화량에 따른 임피던스 측정치 기울기를 나타낸 그래프이다. 그리고, 도 8은 도 6의 혈장 내 베타 아밀로이드 농도 검출 결과를 농도 변화에 따른 임피던스 측정치 기울기에 따라 각각 다르게 나타낸 그래프이다.
도 7 및 도 8을 각각 참조하면, 혈장을 통해 베타 아밀로이드 농도변화에 의한 기울기를 검출한 결과, 제 1 검사자(NC)의 전혈 샘플과 제 2 검사자(AD)의 전혈 샘플 간에는 다소 기울기 차이를 보인다. 제 2 검사자(AD)의 전혈 샘플을 어느 정도 분리 가능하고 분류할 수 있을 정도로 확인할 수 있지만, 중첩 구간들이 확인되는바, 완벽하게 제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD)의 샘플을 구분하고 확정짓긴 어렵지만 기울기의 차이로 보면 제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD)를 구별할 수 있는 효과가 있다.
도 9는 혈장 내 신경유래 엑소좀에서 추출된 베타 아밀로이드 임피던스 측정 결과와 그 기울기 변화에 따른 임피던스 검출 결과를 각각 나타낸 그래프이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 혈장에서 추출된 신경유래 엑소좀에 있는 베타 아밀로이드(Aβ)와 반응한 비드를 이용하여 임피던스를 측정하고, 그 측정 결과의 변화 기울기를 검출하고, 기울기 변환 값을 포인트로 도시하면 제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD)의 수치 구분이 더욱 명확해짐을 알 수 있다.
특히, 신경관련 질병은 신경유래 엑소좀 분석 방식으로 수치 구분을 명확히 할 수 있다.
베타 아밀로이드(Aβ)를 이용한 농도, 레벨, 검출량 그리고 임피던스 측정 결과의 변화 기울기를 검출하는 방법에서 더욱 크게 나타난다. 구체적으로, 상기의 수학식 1을 통해 비정상인과 정상인 별 모노머와 올리고머의 수치, 농도, 레벨, 검출량 그리고 임피던스 측정 결과 중 적어도 하나의 변화를 기울기로 도시함으로써, 모노머 대비 올리고머의 수치나, 올리고머 대비 모노머의 수치적인 차이에 따라 비정상인과 정상인을 구분하고, 이를 통해 질환 가능성을 예측할 수 있다. 여기서, 임계값 포인트(Threshold point)는 임피던스 검출 방법에서 약 10% 정도지만, 몇몇 포인트가 오버랩되는 구간을 보이기도 한다. 하지만, 임피던스 측정 결과의 변화 기울기를 검출하는 방법에서 오버랩되는 구간 없이 제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD)의 수치 구분을 더욱 확연히 할 수 있다.
도 10은 RIPA 버퍼를 활용하여 혈장 내 신경유래 엑소좀에서 추출된 베타 아밀로이드의 기울기 변화에 따른 검출 결과를 나타낸 그래프이다.
뉴럴 엑소좀 분석 방식으로 혈장 추출된 베타 아밀로이드(Aβ)를 이용하여 임피던스를 측정하고 모노머와 올리고머의 수치, 농도, 양, 레벨 중 적어도 하나의 변화 기울기를 검출하고, 기울기 변화 값을 포인트로 도시한 경우보다, 도 10으로 도시된 바와 같이, RIPA 버퍼를 사용한 라이시스(lysis)에서 제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD)의 수치 구분이 더 명확하게 도출된다. 즉, 제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD)의 모노머와 올리고머 수치 대비 기울기 그래프를 통해 제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD)의 수치 구분을 더 명확하게 할 수 있다.
한편, 임계값 포인트는 임피던스 검출 방법과 RIPA 버퍼를 사용한 라이시스(lysis)를 통한 방법 모두 13-14 %/dec 정도로 볼 수 있다. 이렇게, RIPA 버퍼를 사용한 경우 측정 여유가 약 10%를 보일 정도로 확연히 구분 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 단백질의 올리고머의 상대적인 비율 분석 방법 외에도 모노머와 올리고머의 상대적인 비율로 질환을 진단하는 방법을 구체적으로 설명하였다. 여기서, 모노머와 올리고머의 상대적인 비율로 질환을 진단하는 대상 질환은 amyloidogenic 질환 즉, 환자의 경우 모노머와 올리고머의 비율이 다른 질환, 또는 모노머의 응집에 의해 올리고머가 되면 병이 되는 질환이 될 수 있다.
도 11은 혈장의 베타 아밀로이드 임피던스 및 기울기 변화에 따른 검출 결과와 혈장 내 신경유래 엑소좀에서 추출된 베타 아밀로이드의 임피던스 및 농도변화에 의한 임피던스 기울기 변화에 따른 검출 결과를 모두 도시한 결과 그래프이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 전혈 상태로 베타 아밀로이드(Aβ)를 이용하여 임피던스를 측정한 경우에는 그 수치적인 농도 그래프를 활용하더라도 제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD)의 수치 구분이 가장 어렵게 나타난다.
반면, 혈장 상태보다도 혈장내 신경유래 엑소좀에서 추출된 베타 아밀로이드(Aβ)를 이용하여 임피던스를 측정한 경우에는 제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD)의 수치 구분이 혈장 상태보다 더 명확하게 구분되긴 한다. 하지만, 모노머와 올리고머 수치 대비 기울기를 토대로 그래프를 활용한 경우에 제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD)의 수치 구분이 더욱 명확해짐을 알 수 있다. 특히, 혈장 추출된 상태로 모노머와 올리고머 수치 대비 기울기를 측정하여 그래프를 활용한 경우에 제 1 검사자(NC)와 제 2 검사자(AD)의 수치 구분이 가장 명확해짐을 알 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 상기에서 설명한 본 발명의 비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질병 진단 방법은 바이오 센서를 이용하여 혈장의 임피던스 및 단백질 농도 측정함과 모노머와 올리고머의 수치 대비에 따른 기울기를 검출하여 정상 또는 비정상적인 단백질 응집이나 그에 따른 질병 등을 더욱 정확하게 진단할 수 있다.
또한, 혈장 외에도 혈장내의 엑소좀을 추출하여 단백질 함량을 진단하는 신경유래 엑소좀(Neuronal Exosome) 분석 방식을 부가적으로 활용하여 모노머와 올리고머의 수치 대비에 따른 기울기가 더욱 명확하게 구분되도록 함으로써, 정상 또는 비정상적인 단백질 응집이나 그에 따른 질병 등을 더욱 정확하게 진단하고 그 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 체액 샘플을 준비하는 단계;
    상기 체액 샘플을 희석하는 단계;
    상기 희석된 체액 샘플내 응집 단백질을 바이오 센서를 활용하여 측정 및 검출하는 단계; 및
    응집 단백질 희석에 따른 상기 바이오 센서의 신호변화를 분석하여 측정치로부터 농도 희석에 따른 기울기를 생성하는 단계;
    상기 농도 희석에 따른 기울기로부터 올리고머 비를 분석 및 진단하는 단계; 를 포함하고,
    상기 응집 단백질은 베타 아밀로이드인 것인, 비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질환 가능성 예측 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 체액 샘플은
    혈액, 혈장, 혈청, 타액, 소변, 눈물, 콧물 중 적어도 하나를 포함하는 체액의 샘플인 것을 특징으로 하는 비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질환 가능성 예측 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 체액 샘플을 희석하는 단계는
    상기 체액 샘플을 일정한 비율로 다른 시약 혹은 버퍼용액과 섞어서 연속적으로 1회 이상 희석하는 것을 특징으로 하는 비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질환 가능성 예측 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 희석된 체액 샘플내 응집 단백질을 바이오 센서를 활용하여 측정 및 검출하는 단계는
    상기 희석된 체액 샘플내 응집 단백질의 수치, 농도, 양, 레벨 중 적어도 하나의 변화를 측정하는 단계를 포함하며,
    상기 수치, 농도, 양, 레벨 중 적어도 하나를 측정시에는 응집 단백질인 베타 아밀로이드(Amyloid β)의 변화를 측정하여 상기 체액 샘플의 수치, 농도, 양, 레벨 중 적어도 하나를 나타내는 것을 특징으로 하는 비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질환 가능성 예측 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 응집 단백질 희석에 따른 상기 바이오 센서의 신호변화를 분석하여 측정치로부터 농도 희석에 따른 기울기를 생성하는 단계는
    상기 검출된 각 모노머와 올리고머가 혼합된 체액 샘플을 희석 또는 농축하여, 이 농도의 변화에 따른 수치, 농도, 양, 레벨 중 적어도 하나의 변화를 기울기로 각각 생성할 수 있는 것을 특징으로 하는 비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질환 가능성 예측 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 체액 샘플을 준비하는 단계는
    신경유래 엑소좀(Neuronal Exosome) 분석 방식으로 상기 체액에서 엑소좀을 추출하거나 추출한 엑소좀으로부터 신경유래 엑소좀을 분리하여 분석 샘플을 준비하거나 상기 엑소좀을 분해(lysis)하는 단계를 더 포함하는 비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질환 가능성 예측 방법.
  7. 제 1 항에 있어서
    상기 응집 단백질 희석에 따른 상기 바이오 센서의 신호변화를 분석하여 측정치로부터 농도 희석에 따른 기울기를 생성하는 단계는
    체액 샘플 응집 단백질 또는 체액샘플 엑소좀으로부터 추출한 응집 단백질를 이용하여 상기 변화를 측정하는 단계;
    하기의 수학식 1과 수학식 2를 이용하여 상기 모노머와 올리고머의 비에 따른 기울기를 검출하는 단계;
    [수학식 1]
    Figure 112017068267977-pat00004
    ,
    여기서 y는 센서의 신호, r는 전체 베타아밀로이드 중 올리고머의 비율 (
    Figure 112017068267977-pat00005
    ,), Km은 모노머의 농도변화 기울기, Ko는 올리고머의 농도변화 기울기, 그리고 h는 농도희석비이다.
    [수학식 2]
    Figure 112017068267977-pat00006

    상기 모노머 대비 상기 올리고머의 변화나 상기 올리고머 대비 상기 모노머의 변화의 차이에 따른 변화 그래프로 추출하는 단계;
    를 포함하는 비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질환 가능성 예측 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 희석된 체액 샘플내 응집 단백질을 바이오 센서를 활용하여 측정 및 검출하는 단계는
    (a) 항체가 바인딩된 자성 비드를 미리 설정된 시간 동안 인큐베이션(incubation)하는 단계;
    (b) 준비된 항체가 형성된 자성 비드와 진단을 필요로 하는 비정상인 샘플을 미리 설정된 시간 동안 반응시키는 단계;
    (c) 상기 비정상인의 샘플 비드를 상기 바이오센서의 마이크로웰 영역에 위치시킨 후 베타 아밀로이드의 농도를 측정하고, 상기 (b)와 (c) 과정을 (a) 과정에서 준비된 비정상인의 샘플 수만큼 반복해서 측정 및 검출하는 단계;
    를 포함하는 비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질환 가능성 예측 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이오 센서는
    EIS (Electrochemical impedance spectrometry) 센서 어레이, Bead 기반 EIS 센서, ELISA(enzyme linked immunoassay), SPR (Surface Plasmon Resonance) 기반 분석 센서 혹은 FET형 바이오 센서 중 적어도 하나의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정상적인 응집 단백질의 올리고머 분석을 통한 질환 가능성 예측 방법.
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