국가연구개발성과

연구보고서
FO-LSPR 기반의 해외유입 감염병 신속 현장 진단기기 개발 (Development of point-of care system based on FO-LSPR for imported infectious diseases detection)

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등록번호 TRKO202500010852 발행년월 2025-07
발행기관명 제이더블유바이오사이언스 주식회사 발행국가/사용언어 대한민국 /국문
발주기관 한국보건산업진흥원 과제관리(전문)기관 한국보건산업진흥원
키워드 니파 바이러스;분자 진단 POCT;광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 센서;
Nipha virus;CRISPR Cas system;Fiber Optic Localized Surface Plasmon Resonance;
초록
□ 연구개발 목표 및 내용

❍ 최종 목표
[연구개발과제의 최종 목표]
- FO-LSPR 방법을 이용한 고민감도, 정밀진단 니파 바이러스 검출 제품 개발
1. 진단용 시작품(FO-LSPR Sensor와 프로브 포함) 카트리지 및 시작품의 동작, 기능성, 조립성을 검토하여 완성 시제품 제작
1-1. 프로브 RNA를 FO-LSPR의 금 나노입자에 부착하여 CRISPRㆍCas의 활성화 여부로 바이러스의 존재 유무와 검출 한계(LOD)를 실험적으로 산출해내어 목표치 만족 유무를 확인.
1-2. FO-LSPR 리더기 소형화, 센서 카트리지 개발, 센서 성능 향상 등을 통해 고 민감도 진단기기 완성.

2. FO-LSPR 센서가 포함된 시제품 제작
2-1. 2개의 fiber로 사용하여 1개는 control 표지용으로 센서의 정상 작동 유무를 확인하고, 나머지 1개는 니파바이러스 검출용으로 사용. 니파 바이러스의 유입으로 검출 수요가 더 증폭되면 카트리지의 수를 늘려 동시 검출 수를 늘리고자 함.
2-2. 센서 카트리지를 일회용으로 쉽게 장착 및 교환이 가능하도록 제작.
2-3. 카트리지 및 FO-LSPR은 동결건조를 통해 파우치 포장으로 상온 보관 가능 제작하는 것을 최종 목표로 함.
2-4. 검출 한계 등 FO-LSPR 기기의 성능(민감도; 10 copy/ul 10 fM 와 비교)을 평가하기 위해 신속 진단 키트와 RT-PCR과 비교.
2-5. 사용자 편의 반영한 FO-LSPR 전용 소프트웨어 개발

3. 임상적 성능이 포함된 평가 결과 발표
3-1. 학술대회 및 논문: 2~3년 차 사이에 임상적 민감도 95% 이상, 특이도 99% 이상의 임상 결과를 도출. 임상 결과를 바탕으로 한 학술대회 발표 혹은 논문 발표.

[연차별 목표]
1. 1차년도 목표: FO-LSPR 기기 및 카트리지 시제품 생산 완료
- (주관) JW 바이오사이언스: 해외유입 바이러스 검출 임상 IRB 승인 및 카트리지 양산 조건 수립
- (공동) ㈜엠비티: 카트리지 시제품 제작 및 시약 구성 완료 및 생산 이관

2. 2차년도 목표: FO-LSPR 기기 허가 완료 및 분석적 성능 평가 실시
- (주관) JW 바이오사이언스: 임상 및 표준 물질 확보 및 분석적 성능 평가 실시
- (공동) ㈜엠비티: FO-LSPR 기기 전기 안정성 평가 완료 및 식약처 허가 신청

3. 3차년도 목표: 분석적, 임상적 성능평가 완료 및 식약처 품목 허가 신청
- (주관) JW 바이오사이언스: JW 바이오사이언스: 분석적, 임상적 성능 평가 완료, 식약처 품목 허가 신청
- (공동) ㈜엠비티: FO-LSPR 기기 식약처 허가 완료 및 양산 계획 수립

❍ 전체 내용
[CRISPR-Cas system을 통한 니파 바이러스 검출 제품 개발]
1. 현장에서 직접 사용할 수 있는 POCT의 신속진단검사법으로 ㈜엠비티에서 개발한 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 센서 (FO-LSPR)를 이용하여 니파 바이러스를 진단하고자 함.
2. 니파 바이러스(Nihpa virus, NiV)는 Paramyxoviridae family의 Henipavirus 속에 속하는 바이러스로 약 18.2 kb의 negative-strand RNA를 유전자로 갖고 있으며 이 유전자는 nucleocapsid (N), phosphoprotein (P), matrix (M), fusion (F), attachment glycoprotein(G), large protein or RNA polymerase protein (L) 구성되어 있음.
3. 니파 바이러스와 헨드라 바이러스는 항원성 혈청학적 및 미세 구조적 특징을 공유하며 두 바이러스 모두 동물과 사람에 감염되어 증상을 나타냄.
4. NiV의 구조에서 N, P 및 L 단백질은 바이러스 복제 및 전사의 역할을 담당하고, 비구조 단백질 C는 독성에 영향을 미침.
5. 서열 분석에서 N, P, L 및 C 유전자의 뉴클레오티드 서열 동일성은 각각 98.3%, 92%, 98.2% 및 95.2의 상응하는 아미노산 서열 동일성으로 각각 94.3%, 92.0%, 93.4% 및 97.6%로 확인됨 (Harcourt et al. 2005).
6. NiV의 이러한 생물학적 특성으로 구조적으로 유사성이 많이 확보되어있는 N 부위에서 crRNA를 제작하여 특이적으로 감염체 검출 시 사용함.

[개발 제품의 검출 과정]
1. 니파바이러스 RNA가 들어있는 검체는 제품 구성품 중의 하나인 반응 튜브에 섞어 반응시킴.
2. 반응액 속의 니파바이러스 특이적인 crRNA는 니파바이러스 RNA에 결합하게 되고 반응액의 Cas13 단백질이 결합하여 nuclease activity(RNase activity)를 갖게 됨.
3. 이후, 반응액을 카트리지에 떨어뜨려 FO-LSPR의 골드나노파티클(Gold Nanoparticle, AuNP)에 붙은 프로브 RNA를 표적, 절단하여 신호 전달 변화를 통해 반응이 일어남

[개발 의의]
1. 기존 타방법과 비교하여 고감도 반응으로 20분 이내의 반응을 나타낼 것으로 기대함.

(출처 : 요약문 4p)

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