검색 상세

Ultra-sensitive detection of oligomer Aβ in exosome using photooxidation-induced fluorescence amplification

  • 허유희 (서강대학교 일반대학원)

초록 (요약문)

The ability to detect extremely low concentrations of biomarker proteins or nucleic acids in body fluids is essential for disease diagnosis and life science research. Since the detection of rare biomarkers is very important for accurate early diagnosis, high-sensitivity analysis is urgently required. Recently, as liquid biopsy is expected, studies on disease biomarkers, especially in blood, have been conducted in many groups. It provides information on the onset and progression of the disease with low cost and high sensitivity. Unfortunately, conventional ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) machines currently used in diagnostic laboratories cannot provide information on rare protein biomarkers with sufficient sensitivity of tens of pg/mL to distinguish between people with diseases and healthy controls. The approach to overcoming the sensitivity barrier is to amplify the signal to a detectable level. I developed a photooxidation-induced fluorescence amplification (PIFA) method that can amplify small fluorescence signals to measurable levels using ADHP. The effects of environmental factors such as ADHP concentration, hydrogen peroxide concentration, light intensity, and volume of ADHP solutions were evaluated, and the sensitivity improvement of PIFA analysis was demonstrated by comparing ELISA detection limits between PIFA and conventional fluorescence detection systems. PIFA is compatible with existing ELISA and provides a simple and inexpensive solution that increases sensitivity by 10 to 100 times. Using this, I tried to measure Amyloid beta, a candidate for biomarkers, to detect Alzheimer's disease. Exosomes were extracted using magnetic beads for early diagnosis of Alzheimer's disease based on blood, and oligomeric amyloid beta was measured. In addition, for high sensitivity, an automated enzyme immunoassay machine equipped with a photooxidation-induced fluorescence amplification system was developed with Absology Co., Ltd. It took less than an hour to analyze one sample, and the detection limit for measuring the dimer Aβ level was less than 1 pg/ml. In addition, the machine was used to detect oligomer Aβ levels of exosomes in plasma of clinical samples provided Seoul National University Bundang Hospital (60 patients, 61 normal controls), sensitivity and specificity were over 80%, and the area under curve was 0.879. Measurement of the oligomer level of plasma exosomes using a photooxidation-induced fluorescence amplification system is expected to be used for early screening of Alzheimer's disease patients in general medical institutions at low cost.

more

초록 (요약문)

체액에서 극도로 낮은 농도의 바이오마커 단백질 또는 핵산을 검출하는 능력은 질병 진단과 생명과학 연구에 필수적이다. 희귀 바이오마커의 검출은 조기의 정확한 진단을 위해 매우 중요하기 때문에 고감도의 분석법이 절실히 요구되고 있다. 최근 액체생검이 기대됨에 따라 특히 혈액에서 질병 바이오마커에 대한 연구가 많은 그룹에서 이루어지고 있다. 낮은 비용과 높은 민감도로 질병의 발병과 진행에 대한 정보를 제공한다. 불행하게도, 현재 진단 실험실에서 사용되는 기존의 효소 결합 면역흡착 분석 기계는 검출 한계가 일반적으로 범위 내에 있기 때문에 질병이 있는 사람과 건강한 대조군을 구별할 수 있는 수십 pg/mL의 충분한 감도를 가진 희귀 단백질 바이오마커에 대한 정보를 제공할 수 없다. 감도 장벽을 극복하기 위한 접근 방식은 신호를 감지 가능한 수준으로 증폭하는 것이다. 이에 ADHP를 이용하여 작은 형광 신호를 측정 가능한 수준까지 증폭할 수 있는 광산화 유도 형광 증폭(PIFA) 방법을 제안하고자 한다. ADHP 농도, 과산화수소 농도, 빛의 세기, ADHP 용액의 부피 등 환경적 요인이 형광 증폭률에 미치는 영향을 평가하였고, PIFA 분석법의 감도 향상은 PIFA와 기존 형광 검출 시스템 간의 ELISA 검출 한계를 비교하여 입증하였다. PIFA는 기존 ELISA와 호환되며 감도를 10~100배 증가시키는 간단하고 저렴한 솔루션을 제공한다. 이를 이용하여 알츠하이머병의 검출을 위해 바이오마커의 후보인 아밀로이드 베타를 측정고자 했다. 혈액을 기반으로 한 알츠하이머병의 조기 진단을 위해 자성비드를 이용하여 엑소좀을 추출하였고, 그 안의 올리고머 아밀로이드 베타를 측정하였다. 또한 고감도를 위해 광산화 유도 형광 증폭 시스템이 탑재된 자동화된 효소면역분석법 기계를 앱솔로지 회사와 함께 개발하였다. 하나의 샘플을 분석하는데 1시간도 채 걸리지 않으며, 1-40 dimer Aβ 수준을 측정하기 위한 검출 한계는 1pg/ml 미만이었다. 또한 이 기계는 분당서울대학교병원으로부터 제공받은 임상샘플 (환자 60명, 정상 대조군 61명)의 혈장에서 엑소좀의 아밀로이드베타 올리고머 수준을 검출하는데 사용이 되었으며, 민감도와 특이도는 80% 이상이었고, 곡선하 면적은 0.879였다. 광산화 유도 형광 증폭 시스템을 이용한 혈장 엑소좀의 아밀로이드베타 올리고머 수준 측정은 적은 비용으로 일반적인 의료기관에서 알츠하이머병 환자의 조기 선별에 활용될 것으로 기대하고 있다.

more
반출 Meta View 목록