• 세포배양 배지로부터 엑소좀 miRNA 분석을 위해 새로운 H-TAS(hourglass-inspired total analysis system)가 개발되었다. • H-TAS는 간단한 뒤집기 동작 하나로 원팟(one-pot)에서 필요한 모든 공정을 수행하였다. • 나노프로브/CRIPSR-Cas12a/isothermal amplification의 조합을 통해 H-TAS를 구현하였다. • H-TAS는 190분 내에 Exo-miR-21을 우수한 감도로 분석하였으며(검출한계, LOD = 1.308 fM), • H-TAS는 복잡한 생물학적 시료로부터 엑소좀 miR-21도 성공적으로 분석하였다. 규칙적으로 군집된 짧은 회문 반복서열-CRISPR(CRISPR) 계열의 CRISPR-Cas 시스템은(클러스터드 정규 간격 짧은 회문 반복-카스; clustered regularly interspaced short palindromic repeat-Cas) 등온 핵산 증폭(isothermal nucleic acid amplification)과 결합될 때, 서열 특이적 정보를 전달(transducing)하는 강력한 센싱 메커니즘을 제공한다. 그러나 CRISPR-Cas 시스템을 이용한 엑소좀 miRNA(Exo-miRs) 분석은 여전히 어렵고, 외부에서 엑소좀 분리/농축 또는 복잡한 신호 증폭 및 검출과 같은 복잡한 단계가 종종 필요하다. 본 연구에서는 CRISPR-Cas12a 시스템과 등온 핵산 증폭을 이용하여 원팟(one-pot) 조건에서 Exo-miR을 쉽고 민감하게 색도계(colorimetric)로 검출하기 위한 hourglass-inspired total analysis system(H-TAS)를 제안한다. 이 장치에서는 전체 시스템이 두 가지 혁신적 시스템의 연속적 구성에 의해 작동한다: (i) 촉매/항체가 풍부하게 결합된 금-위성-자기 나노입자(promoter/antibody-enriched gold-satellite-magnetic nanoparticles)를 이용한 엑소좀 분리/농축 및 원팟 등온 Exo-miR 증폭, 그리고 (ii) 다중 효소가 캡슐화된 나노입자(multi-enzyme-encapsulated nanoparticles)와 CRISPR-Cas12a 시스템을 활용한 향상된 색도계 신호 분석이다. 또한 두 시스템의 연속적 결합을 용이하게 하고 사용성을 높이기 위해, 반응 바이알을 바꾸지 않고도 Exo-miRs를 검출하기 위해 모든 분석 단계를 수행할 수 있는 hourglass-inspired 장치를 개발하였다. 그 결과, 개발된 H-TAS는 단 한 번의 단순한 뒤집기 동작만으로 Exo-miR 검출에 필요한 모든 공정을 손쉽게 진행할 수 있다. 개념 증명(proof-of-concept)으로서 우리는 H-TAS를 miR-21 및 Exo-miR-21 분석에 적용하고, 190분(시료-투-답(sample-to-answer) 시간) 내에 적절한 특이성 및 감도를 확인하였다(각각 검출한계 = 0.711 fM, 1.308 fM). 또한 특수 장비가 필요하지 않았다. 더 나아가, 제안된 장치의 적용 가능성은 다양한 유방 세포 유래 엑소좀과 임상 시료로부터 Exo-miR-21을 분석함으로써 검증되었다. 따라서 H-TAS는 매우 높은 민감도, 선택성, 간편함 및 시간 효율성을 갖춘 방식으로 Exo-miRs를 검출하기 위한 유망한 플랫폼이 될 수 있다.
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