라만과 혈액

 사람의 평균 일생 동안 심장이 약 2억 4천만 리터의 혈액을 펌프질하는 동안 사람 몸속에는 약 5리터의 혈액이 들어 있다는 사실을 알고 계셨나요? 혈액은 우리 몸을 순환하며 영양분과 산소를 공급하고 노폐물을 제거하는 역할을 하는 액체입니다. 혈액은 우리 몸의 건강에 대해 많은 것을 알려줍니다.

혈액 샘플에서 혈장은 절반 이상을 차지하며, 혈장은 대부분 물과 단백질로 구성된 수용액으로 신체에서 여러 가지 중요한 기능을 수행합니다. 나머지 혈액의 주요 구성 요소는 적혈구(산소 운반을 담당), 백혈구(감염 퇴치를 담당), 혈소판(상처의 혈액 응고를 돕는 작은 세포)의 세 가지 유형의 혈액 세포로 이루어져 있습니다.

혈액은 누군가의 건강을 나타내는 좋은 지표가 될 수 있으며, 라만 분광법은 이를 조사하는 데 훌륭한 기술입니다. 혈액 분석에 라만을 사용할 수 있는 몇 가지 방법이 있는데, 첫째로 수혈 전 품질 관리를 위해 혈액백의 변화를 모니터링하는 데 사용할 수 있고, 둘째로 라만 스펙트럼은 질병 진단을 보조하는 데 유용합니다. 혈액을 통해 암, COVID-19와 같은 바이러스, 박테리아 및 곰팡이 감염, 헌팅턴병과 같은 신경 퇴행성 질환 등 다양한 건강 문제를 감지하는 라만 분광법의 능력에 관한 수많은 논문이 발표되었습니다.1-5 라만 분광법은 생체 분자에 대한 높은 감도, 빠른 분석 및 결과, 샘플 준비가 필요 없고 비파괴적 특성으로 인해 혈액 분석에 특히 적합합니다.

Figure 1: Plasma vs serum

라만 분광법을 통해 혈액을 분석하는 가장 좋은 방법은 혈장 또는 혈청을 분석하는 것입니다. 앞서 언급했듯이 혈장은 항응고제 튜브에서 원심분리를 통해 나머지 혈액 성분과 분리되는 수용액입니다. 혈청은 혈액이 응고된 후 남은 액체로, 혈청을 분리하기 위해 혈액 샘플을 응고시킨 다음 남은 액체 상청액과 함께 원심분리하여 혈청을 분리합니다. 혈청은 적혈구를 더 효율적으로 제거하여 혈액 단위당 더 많은 양을 얻을 수 있기 때문에 연구에 가장 널리 사용됩니다. 두 가지 모두 600-700nm 영역(예: 638nm)의 가시광선 레이저에서 보이는 형광과 532nm 및 475nm 여기에서의 β-카로틴 공명 라만 때문에 일반적으로 785nm 레이저 라인 또는 더 나아가 NIR로 연구합니다.

혈장과 혈청에는 글로불린과 알부민 단백질이 있습니다. 가장 풍부한 단백질은 인간 알부민(HA)으로, 단백질 함량의 약 절반을 차지합니다. 알부민은 수송 단백질로 작용하고 삼투압을 지원하며 신진대사 과정에 기여합니다. 혈액의 주요 구성 성분인 만큼 알부민의 스펙트럼을 조사해 보았습니다.

Figure 2: Raman spectrum of human serum albumin with band assignments.6

그림 2에 표시된 관심 스펙트럼 영역은 일반적으로 지문 영역이라고 합니다. 이는 스펙트럼이 매우 구체적이어서 샘플에 대한 훌륭한 통찰력을 제공하기 때문입니다. 분자 내의 스트레칭 및 변형 진동에 기인할 수 있는 일련의 밴드를 볼 수 있습니다. 1004 cm-1의 강한 피크는 단백질의 구성 요소인 아미노산인 페닐알라닌입니다. 이 피크는 다른 라만 밴드와 달리 지질, 물, 핵산과 같은 다른 분자의 간섭을 받지 않기 때문에 라만 분광법에서 보정/기준점으로 자주 사용됩니다. 이는 페닐알라닌 피크가 일정하게 유지되는 경우 실제 이동임을 증명하기 때문에 미묘한 피크 변화를 살펴볼 때 매우 유용합니다.  아미드 및 기타 작용기의 밴드뿐만 아니라 다른 아미노산의 존재도 확인할 수 있습니다.

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References

1. J. González-Solís, Discrimination of different cancer types clustering Raman spectra by a super pragmatic stochastic network approach, PLoS One, 2019, 14, e0213621.
2. A. Huefner et al., Serum Raman spectroscopy as a diagnositc tool in patients with Huntington’s diesease, Chem. Sci., 2020, 11, 525–533.
3. G. W. Auner et al., Applications of Raman spectroscopy in cancer diagnosis, Cancer Metastasis Rev., 2018, 37, 691.
4. G. Yin et al., An efficient primary screening of COVID-19 by serum Raman spectroscopy, J. Raman Spectrosc., 2021, 52, 949–958.
5. N. Arend et al., High-throughput screening Raman spectroscopy platform for label-free cellomics Anal. Chem., 2020, 92, 10560–10568.
6. N. C. Dingari et al., Raman spectroscopy provides a powerful diagnostic tool for accurate determination of albumin glycation, PLoS One, 2012, 7, e32406.