Disease diagnosis is the most important starting point for treatment. But in several life-threatening diseases, including cancer, conventional diagnostic methods have shown still limitations for efficient and effective di-agnosis. To overcome these problems, development of ‘novel biosensor’ for sensitive, rapid, facile, and accu-rate diagnosis has been highly required. This dissertation deals with the development of biosensors for cancer diagnosis, one is capture platform for circulating tumor cells (CTCs), and another is molecular beacon for mutation detection in cancer cells. CTCs have attracted much attention as promising markers for diagnosing and monitoring the cancer status. But the extremely rare number of the CTCs is present in blood with ex-tremely large number of other blood cells, capture of CTCs with high-efficiency and high-purity is technically challenging. In this dissertation, magnetic particle-based platforms were developed for efficient and effective capture of CTCs. Tentacle-structure magnetic particles enabled to obtain significantly increased capture effi-ciency and purity. Sequential targeting by quantum dots nanoparticles and magnetic beads allowed simultaneous capture and quantification of cancer cell. The results suggested that these platforms will be applied to CTC-based cancer diagnosis. To analysis of cancer cells in terms of mutation detection, PCR-based direct sequencing is most extensively used even though this method is labor-intensive, time-consuming and low-sensitivity. To consider this problem, this dissertation describes the molecular beacon (MB) for rapid, simple, and sensitive detection of harboring mutations in cancer cells in terms of exon 2 deleted-aminoacyl-tRNA synthetase complex-interacting multifunctional protein 2 (AIMP2-DX2). Dual-conjugated liposomes could discover the mutation by cancer cell-specific imaging. Lung cancer patients sample could be analyzed by molecular beacon based-assay. I believe that molecular beacon-based approach will provide the information regarding the patient status and therapeutic guideline.
질병의 진단은 치료를 위한 중요한 시작점이다. 현재 재래식의 진단법들이 임상 현장에서 많이 사용되고 있지만, 암과 같은 위험한 질병들에 대해서는 효율적이고 효과적인 진단이 어렵다. 이러한 문제를 극복하기 위하여, 좀 더 감응도가 높고, 빠르고, 쉽고 정확한 진단을 위한 바이오센서의 개발이 필요하다. 본 학위논문에서는 암을 진단하기 위해 사용될 수 있는 바이오센서를 개발하는 연구를 다루고 있다. 하나는 혈중종양세포를 포획하는 기술에 관한 것이고, 다른 하나는 종양세포의 돌연변이를 분석하기 위한 분자신호기 이다. 혈중종양세포는 암을 진단하기 위한 생물학적 표시물로써 최근 큰 주목을 받고 있다. 하지만 혈중종양세포는 그 수가 매우 작을 뿐만 아니라, 많은 수의 혈액세포들 내에 존재하기 때문에, 이것을 높은 효율과 높은 순도로 포획해내는 것은 기술적으로 어렵다. 이 학위 논문에서는 자성입자를 기반으로 기존의 방법 보다 매우 효율적이고 효과적인 혈중종양세포 포획방법에 대한 연구를 다루고 있다. 나노 촉수 구조체를 가진 자성입자를 이용하여, 기존의 방법보다 매우 높은 순도와 효율을 나타내는 혈중종양세포 포획법을 개발할 수 있었다. 또한 순차적 적중화법을 이용하여, 혈중종양세포의 포획과 정량을 동시에 할 수 있는 방법도 개발하였다. 이 연구결과는 혈중종양세포를 기반으로 하는 암 진단에 응용 할 수 있을 것이라 기대 할 수 있다. 종양세포에 존재하는 돌연변이를 분석하기 위해서, 기존에는 중합효소 연쇄반응산물의 디옥시리보핵산 서열을 확인하는 것이 가장 널리 쓰이고 있다. 하지만 이 방법은 노동력과 시간이 많이 들고 감응도가 좋지 않다. 이 문제를 극복하기 위하여 본 학위논문에서는 분자 신호기를 이용하여 좀 더 빠르고, 간편하고, 그러면서도 높은 감응도를 보이는 돌연변이 분석법을 개발하고자 하였다. 분석 대상 돌연변이는 액손2가 결손된 아미노아실전령리보핵산과 상호작용하는 다기능 단백질2로 하였다. 환자샘플 분석을 통하여 본 돌연변이가 폐암진단에 널리 쓰일 수 있는 생물학적 표지자 임을 밝혀내었다. 분자신호기를 이용한 이 진단법은 기존의 진단법보다 좀더 간편하고 감응도 높은 결과를 제공하기 때문에, 환자 맞춤형 치료를 위해 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.
