세포들 사이를 오가는 신호를 관찰하는법: sEV-ICP-TOF-MS for Single Extracellular Vesicle Analysis

엑소좀(세포밖소포체) 분석의 한계를 넘다

세포밖소포체(Extracellular Vesicles, EVs)는 세포 간 신호전달을 매개하며, 질병 진단과 치료제 개발의 핵심 바이오 나노입자로 주목받고 있습니다. 하지만 EV는 작은 크기(30–150 nm)와 높은 이질성, 그리고 비(非)EV 나노입자 간섭으로 인해 정확한 검출과 정량 분석이 쉽지 않습니다.

한양대학교 윤태현 교수 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 질량분석 기반 유세포분석기(Mass Cytometer, Helios CyTOF)를 이용해 나노입자-항체 결합체(nanoparticle-conjugated antibodies)와 동위원소 비율 필터링(isotope ratio filtering)을 결합한 새로운 **단일 세포밖소포체 분석 방법(sEV-ICP-TOF-MS)**을 적용했습니다.

이 기술은 기존의 형광 기반 분석보다

🔹 수십 배 높은 감도와

🔹 배경 노이즈 제거 능력

🔹 단일 세포밖소포체 단위의 다중 단백질 분석

을 가능하게 합니다.

sEV-ICP-TOF-MS란?

sEV-ICP-TOF-MS (single Extracellular Vesicle Inductively Coupled Plasma Time-of-Flight Mass Spectrometry)는 질량분석 기반 유세포분석기(Mass Cytometer, Helios CyTOF)를 이용해, 나노입자-항체 결합체와 동위원소 비율 필터링(isotope ratio filtering)을 결합한 분석 방법입니다.

핵심 기술 포인트

나노입자 결합 항체 표지
→ 항체를 은(Ag) 나노입자 또는 양자점(Qdot)에 결합하여, 단일 표지당 수백만 개의 금속 원자를 포함시킴으로써 기존 금속동위원소 표지 항체 대비 최대 14배 향상된 검출 감도를 달성했습니다.
동위원소 비율 필터링(Isotope Ratio Filtering)
→ 107Ag/109Ag, 112Cd/114Cd와 같은 자연 동위원소 비율을 활용하여, 실제 EV 유래 신호와 용액 내 배경 노이즈를 정밀하게 구분함으로써 신호 특이성과 정량 신뢰성을 크게 향상시켰습니다.

이 두 요소의 결합을 통해, 본 연구에서는 검출 한계(LOD)를 기존 대비 36배 개선하여 2.07 × 10⁴ particles/mL 수준까지 EV 검출이 가능함을 입증했습니다.

➡️ 결과적으로, 단일 세포밖소포체 수준에서의 정량적 신뢰성을 확보했습니다.

단일 세포밖소포체 수준의 다중 단백질 프로파일링

연구팀은 sEV-ICP-TOF-MS를 이용해 세포밖소포체 표면 단백질 CD9과 CD63을 동시에 분석했습니다. 그 결과, CD9⁺CD63⁺ 세포밖소포체 내부에서도 **두 개의 하위군(bimodal distribution)**이 존재함을 확인했습니다.

🟣 CD63 high 세포밖소포체 → 세포 내 다중소포체(MVB) 유래 exosome-type
🔵 CD9 high 세포밖소포체 → 세포막에서 직접 분비된 microvesicle-type

즉, 세포밖소포체는 단일 집단이 아니라 서로 다른 생성 경로와 기능을 지닌 이질적 하위군으로 구성되어 있음을 시사합니다.

한편, 동일한 시료를 **형광기반 나노입자추적분석(Fl.NTA)**으로 측정했을 때,CD9⁺ 및 CD63⁺ 엑소좀의 발현 비율이 Mass Cytometry(sEV-ICP-TOF-MS) 분석 결과와 유사하게 나타났습니다.

이는 Fl.NTA 기반의 엑소좀/세포밖소포체 단백질 발현 분석이 단일입자 질량분석 결과와 높은 상관성을 가지며, 품질관리(QC) 및 표면 단백질 비교 분석에도 충분히 신뢰성 있는 도구 임을 보여줍니다.

Mass Cytometry 플랫폼

이 연구에 활용된 Mass Cytometry (CyTOF)는 한양대학교 차세대유세포분석연구센터(CNGC)에서 운영 중입니다.

💡 장비 특징

40개 이상의 채널에서 1Da 질량분해능 분석
형광기반 분석 대비 신호 중첩(Spillover) 없음
자가형광(Autofluorescence) 최소화
scRNA-seq과 통합 분석으로 고차원 단일세포·엑소좀/세포밖소포체 연구 가능

👉 이러한 플랫폼을 통해, 세포밖소포체의 단백질 발현 패턴을 정밀하게 파악하고 질병 특이적 바이오마커 탐색까지 확장할 수 있습니다.

결론: 단일 세포밖소포체 분석의 새 지평

이번 연구에서 제시된 sEV-ICP-TOF-MS는 세포밖소포체 연구의 새로운 전환점을 제시합니다.

✔ 단일 세포밖소포체 수준에서의 정밀 검출

✔ 다중 단백질 동시분석

✔ 생물학적 이질성 규명

이 기술은 향후 정밀 진단, 맞춤 치료제 개발, 바이오마커 발굴 등 다양한 분야로의 확장이 기대됩니다.

윤아이디어랩은 이러한 기술 혁신을 실제 연구·산업 현장에 연결하여, 한국의 엑소좀/세포밖소포체 기반 치료제 및 진단 기술이 글로벌 경쟁력을 확보할 수 있도록 함께하고 있습니다.

정밀한 엑소좀 분석이 필요하다면?

이번 연구에서 입증된 sEV-ICP-TOF-MS 기법은 세포밖소포체의 단일입자 수준 특성 분석, 바이오마커 발굴, 치료제 품질관리(QC) 등에 직접 응용할 수 있습니다.

특히 다음과 같은 연구자 및 기관에 적합합니다 👇

✅ 엑소좀 기반 진단·치료제 연구팀: EV 표면 단백질 프로파일링 및 이질성 분석
✅ 제약·바이오 기업: EV 품질관리 및 제조공정 최적화
✅ 임상·전임상 연구기관: 체액 내 EV 기반 질병 바이오마커 검증
✅ 대학·병원 연구실: 단일 엑소좀/세포밖소포체 단백질 동정 및 기능적 분류 연구

윤아이디어랩은 sEV-ICP-TOF-MS를 포함하여 나노입자추적분석(NTA), 형광표지 NTA(Fl-NTA) 등 다양한 엑소좀/세포밖소포체 분석 플랫폼(EV analysis platforms)을 통합 제공합니다.

이를 통해 연구자는 엑소좀/세포밖소포체의 크기·농도 분석부터 단일입자 수준의 다중 단백질 프로파일링까지, 연구 단계별로 필요한 정밀하고 맞춤화된 데이터 분석 솔루션을 받을 수 있습니다.

🎥 논문 소개 영상 보기 (YouTube) : https://www.youtube.com/watch?v=7gYxsCMFiW0

📄 관련 논문 전체 보기 (Analytical Chemistry, 2025) : https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.5c02801

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