획기적인 마이크로칩, 단 90분 만에 신체가 바이러스와 싸우는 방식 밝혀

미세유체 전자현미경 기반 다클론 에피토프 매핑(mEM)으로 알려진 이 새로운 시스템은 연구자들에게 백신 개발 및 항체 발견을 가속화하는 데 도움이 될 수 있는 더 빠르고 명확한 통찰력을 제공합니다. 출처: 스크립스 연구소

스크립스 연구소 과학자들이 발명한 새로운 마이크로칩은 단 한 방울의 혈액만으로 사람의 항체가 바이러스와 어떻게 상호작용하는지 알아낼 수 있습니다. 이 기술은 연구자들에게 백신 개발과 항체 발견을 가속화하는 데 도움이 될 수 있는 더 빠르고 명확한 통찰력을 제공합니다.

스크립스 연구소 통합 구조 및 계산생물학과 교수이자 2025년 6월 3일 네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering) 에 게재된 이 논문의 수석 저자인 앤드류 워드(Andrew Ward)는 "이를 통해 백신이나 병원체 노출 후 항체가 진화하는 과정을 빠르게 파악할 수 있습니다."라고 말했습니다. "이렇게 짧은 시간 안에, 이렇게 적은 양의 혈액으로 이런 결과를 얻을 수 있었던 적은 없었습니다."

누군가가 바이러스에 감염되거나 백신을 접종받으면 면역 체계는 외부 침입자를 인식하기 위해 새로운 항체를 생성합니다. 어떤 항체는 병원체에 잘 작용하는 반면, 어떤 항체는 약하게만 부착합니다. 가장 효과적인 항체가 바이러스의 어떤 부위에 부착하는지 정확히 파악하는 것은 백신 최적화를 시도하는 과학자들에게 중요한 정보입니다. 강력하고 신뢰할 수 있는 면역 반응을 유도하는 백신을 설계하고자 하기 때문입니다.

스크립스 연구소의 대학원생이자 이번 논문의 주저자인 리 세월은 "어떤 특정 항체가 바이러스에 대한 가장 보호적인 반응을 일으키는지 알면, 그 항체를 유발하는 새로운 백신을 개발할 수 있다"고 말했습니다.

2018년, 워드의 연구실은 전자현미경 기반 다클론 에피토프 맵핑(EMPEM)이라는 기술을 선보였습니다. 이 방법을 통해 과학자들은 혈액 샘플 내 항체가 바이러스에 어떻게 부착하는지 시각화할 수 있었습니다. 획기적이었지만, 단점도 있었습니다. 완료하는 데 꼬박 일주일이 걸렸고, 비교적 많은 양의 혈액이 필요했습니다.

"COVID-19 팬데믹 기간 동안 우리는 이 작업을 더 빨리 처리할 방법을 간절히 원하기 시작했습니다."라고 이 연구를 이끈 스크립스 연구소 소속 과학자 알바 토렌트스 데 라 페냐는 말합니다. "우리는 처음부터 설계하기로 결정했습니다."

미세유체 전자현미경(EM) 기반 다클론 에피토프 맵핑(mEM)으로 알려진 이 새로운 시스템을 통해 연구진은 사람이나 동물에게서 채취한 혈액 4마이크로리터(μL)를 이용하여 연구를 시작합니다. 이는 기존 EMPEM에 필요한 양보다 약 100배 적은 양입니다. 이 혈액은 바이러스 단백질이 특수 표면에 부착된 작고 재사용 가능한 칩에 주입됩니다. 혈액이 칩을 통과하면서 항체가 이 단백질을 인식하고 결합합니다. 그런 다음, 항체가 부착된 바이러스 단백질은 칩에서 부드럽게 분리되어 표준 전자현미경을 이용한 이미징을 위해 준비됩니다. 전체 과정은 약 90분밖에 걸리지 않습니다.

연구팀은 mEM의 가치와 효과를 검증하기 위해 이 시스템을 사용하여 인플루엔자, SARS-CoV-2, HIV를 포함한 바이러스에 감염되었거나 백신 접종을 받은 사람과 생쥐의 항체를 매핑했습니다. 이 새로운 기술은 항체와 바이러스 간의 상호작용을 빠르게 매핑할 뿐만 아니라 EMPEM보다 민감도가 더 높았습니다. EMPEM으로는 포착되지 않았던 인플루엔자 및 코로나바이러스 단백질 모두에서 새로운 항체 결합 부위를 발견했습니다.

연구팀은 병원균에 대한 백신을 접종한 후 개별 쥐에서 시간이 지남에 따라 항체가 어떻게 진화했는지 추적하기 위해 여러 시점에서 쥐의 소량 혈액 샘플을 채취했습니다.

"EMPEM에 필요한 혈액량 때문에 과거에는 불가능했을 일이죠."라고 시월은 말합니다. "그래서 개인의 시간을 추적할 수 있다는 게 정말 흥미로웠어요."

연구진은 현재 시스템을 자동화하고 다중화하는 연구를 진행 중이며, 이를 통해 수십 개의 샘플을 동시에 처리할 수 있게 될 것입니다. 궁극적으로 mEM은 코로나바이러스부터 말라리아에 이르기까지 다양한 병원균의 백신 개발을 모니터링하고 유도하는 데 널리 사용되는 도구가 될 것으로 예상합니다.

토렌트 데 라 페냐는 "이 기술은 샘플 양이 매우 제한적이거나 초기 결과를 빠르게 얻어야 하는 모든 상황에서 유용합니다."라고 말하며, "이 기술이 간소화되고 간소화되어 더 많은 연구자들이 활용할 수 있기를 바랍니다."라고 덧붙였습니다.

" 항체-바이러스 당단백질 복합체의 신속하고 고처리량 매핑을 위한 전자 현미경과 결합된 미세유체공학 " 연구의 저자인 워드, 세월, 토렌트 데 라 페냐 외에도 스크립스 연구소 의 레베카 데 파이바 프로스 로차, 그레이스 깁슨, 미셸 루이, 산드야 방가루, 앤디 S. 트랜, 가브리엘 오조로프스키, 블랑카 초카로 루이스, 나단 보이틀러, 토마스 F. 로저스, 데니스 R. 버튼, 앤드류 B. 워드; MGH, MIT, 하버드의 라곤 연구소의 젠페이 시에와 파쿤도 D. 바티스타; 예일대학교 의대의 수바시스 모한티와 앨버트 C. 쇼가 참여했습니다.

본 연구는 미국 국립보건원(AI136621, AI089992, AI144462)과 빌 앤 멜린다 게이츠 재단(INV-002916 )의 자금 지원을 받아 수행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/07/250711224312.htm