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에드몬드 옵틱스는 항체 검출에 사용되는 광학 부품을 제조하는 광학 전문 기업입니다. 항체 검출 시스템과 관련된 전반적인 문의는 관련 기기 제조 업체로 직접 연락하시기 바랍니다.

사례 연구:
광학을 이용한 항체 검출

미래는 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19)과 같은 감염병에 대한 면역 반응 여부를 확인할 수 있는 신속하고 정확한 항체 검출에 의해 좌우됩니다.

코로나19에 대한
면역 반응 감별

혈청학적(혈액에서 추출) 진단은 신종 코로나바이러스로 인한 감염병인 코로나19에 특화된 항체를 찾을 때 시행하는 검사법입니다.

항체는 바이러스의 침입을 막기 위해 백혈구에 의해 생성되는 Y형 구조의 단백질을 가리킵니다. 인체는 다양한 종류의 항체를 생산하며 일부는 일시적인 항체에 머무르지만, 이외 항체는 감염에 반응했던 방식을 기억함에 따라 동일한 병원체에 노출 시 재공격이 가능하기도 합니다.1

면역글로불린 M(lgM)은 인체가 바이러스와 싸울 때 최초로 생성되는 항체 중 하나로서 감염증이 개선될 경우 차츰 소멸하게 됩니다. 면역글로불린 G(IgG)는 두 번째로 생성되는 항체로서 감염 후 검사를 받은 사람들의 혈액에서 발견되며 감염에 대한 면역 반응이 형성되었음을 알려줍니다.2 이와 같은 항체 반응은 특히 감염에 대한 증상이 거의 없거나 완전히 무증상인 경우에 감염증을 진단하는 데 있어 매우 중요한 역할을 합니다.3 항체의 생성 여부가 앞으로 일어날 수 있는 감염에 대한 면역을 제공하는지는 불확실하지만, 혈청학적 검사는 코로나19의 확산 정도를 파악하고 세계적 유행병에 적절히 대처하면서 이를 퇴치하는 데 필요한 데이터를 제공하는 데 있어 반드시 필요한 조치입니다. 

Quick, Reliable, and Accurate COVID-19 Testing
그림 1: 바이러스를 공격하는 Y형 구조의 항체

항체 감별 검사를 진행하는 방식은?

신종 코로나바이러스에 대한 혈청학적 진단은 일반적으로 효소면역측정법(ELISA, Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay)과 간접형광항체법(IFA, Indirect Fluorescent Antibody Test) 두 가지 방식으로 이루어집니다.

직접 효소면역측정법(Direct ELISA)은 환자의 혈액 채취를 필요로 하며, 일반적으로 채취된 혈액은 혈청으로 가공되기 위해 연구소로 보내집니다.4 그 다음 신종 코로나바이러스와 유사한 합성 돌기 단백질을 웰 플레이트에 담아 고정시킵니다. 이후 혈청을 웹 플레이트에 첨가하면 IgM과 IgG 항체는 항원과 결합 반응이 일어납니다. 이때 결합이 되지 않은 항체는 씻겨 나가게 됩니다. 항체가 표적 항원과 결합이 되었다면 변색을 일으키는 화학액도 첨가합니다. 색은 시료 내에서 항원 특이성 항체의 양에 비례하여 변화합니다. 색의 강도는 면역측정 판독기를 사용하여 시각적 또는 분광학적으로 평가할 수 있습니다(그림 2의 상단 참조).

SpectralMD’s wound imaging system in use
그림 2: 직접 효소면역흡측정법(Direct ELISA)은 색의 변화를 통해 항체 생성 여부를 파악함.

그 다음으로 많은 이점을 가지고 있는 혈청학적 진단법은 간접형광항체법(IFA, Indirect Fluorescent Antibody test)입니다.

간접형광항체법(IFA)의 진행 단계는 효소면역측정법과 매우 유사합니다. 바이러스에 감염된 세포와 감염되지 않은 세포 모두 글래스 슬라이드 내의 웰(well)에 고정되는 과정을 거칩니다. 효소면역측정법에서와 같이 결합되지 않은 항체는 씻겨나가면서 제거가 됩니다. 간접형광항체법 방식의 경우 형광 염료가 결합된 항면역글로불린을 사용하면 초기 항체가 슬라이드 웰에 결합되는 과정이 입증됩니다. 비결합체를 씻어낸 뒤에는 완충된 글리세롤로 슬라이드를 도포하고 형광 현미경으로 이를 검사합니다. 형광으로 나타나는 부분의 형태와 위치를 평가하면 특정 반응을 불특정 반응과 구별할 수 있습니다. 이는 간접형광항체법을 통해 얻을 수 있는 주요 이점 중 하나로서 대다수의 혈청학적 검사법에는 적용되지 않습니다.5

SpectralMD’s wound imaging system in use
그림 3: 간접 면역 형광 항체 검사법

효소면역측정법(ELISA)과 간접형광항체법(IFA)에 사용되는 다수의 면역측정 판독기는 효소 반응에 따른 형광이나 색 변화를 기반으로 하며 설계면에서 형광 현미경과 유사합니다(그림 4). 면역형광법 응용 분야를 지원하는 유명 업체로는 BioTek Instruments, Molecular Devices, Essen BioScience, Thermo Fisher Scientific이 있습니다.

The optical designs of fluorescence-based or color detection screening systems for ELISA and IFA methods resemble this setup of a simple fluorescence microscope.
그림 4: 효소면역측정법(ELISA)과 간접형광항체법(IFA)에 활용되는 형광 기반 또는 색 검출 검사 시스템의 광학 설계는 단순 형광 현미경의 구성 방식과 유사함.

여기 필터(excitation filter)는 형광 샘플을 자극시키는 광원의 파장이 투과하도록 합니다. 이러한 여기 파장은 이색성 필터(dichroic filter)에서 반사 후 렌즈에 의해 샘플에서 초점을 맺게 됩니다. 샘플에서 방출되는 형광은 이색성 필터를 지나 시스템의 광검출기 상에 빛을 집중시키는 렌즈로 전달됩니다. 이때 형광의 양을 측정하면 면역측정 판독기로 바이러스에 감염된 환자가 코로나19 항체를 보유하고 있는지 여부를 판별할 수 있습니다. 

에드몬드 옵틱스는 코로나19(COVID-19) 진단 검사에 사용되는 광학 부품을 공급하는 광학 전문 기업입니다. 코로나19 진단 장비 및 관련 부품은 광학으로 실현 가능해진 기타 수많은 기술과 더불어 인류의 미래를 한층 더 안전하고 건강하게 만드는 데 앞장섭니다.

참고 문헌

1. Healthwise. (2019, December 8). Immunoglobulins. Retrieved from University of Michigan, Michigan Medicine: https://www.uofmhealth.org/health-library/hw41342

2. FDA. (2020, May 13). FAQs on Testing for SARS-CoV-2. Retrieved from FDA Medical Devices: https://www.fda.gov/medical-devices/emergency-situations-medical-devices/faqs-testing-sars-cov-2#serology

3. CDC. (2020, May 5). Serology Testing for COVID-19. Retrieved from Centers for Disease Control and Prevention: https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/lab/serology-testing.html

4. Udugama, K. K. (2020). Diagnosing COVID-19: The Disease and Tools for Detection. ACS Nano, 14. Retrieved from https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c02624

5. Charles River Laboratories International. (2016). Serologic Methods Manual. Retrieved from Charles River Laboratories International: https://www.criver.com/sites/default/files/resources/SerologicMethodsManual.pdf

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