원유 내 유선염 검출을 위한 분광 미세유체 칩 제작

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 6041(2023) 이 기사 인용

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유방염은 젖소가 생산하는 우유의 양과 품질에 직접적인 영향을 미치는 질병으로, 우유 판매로 발생하는 수입에도 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 이 유방 질환으로 인한 심각한 염증은 젖소 우유 1밀리리터당 최대 1×106개의 백혈구를 생성할 수 있습니다. 현재 캘리포니아 유방염 검사는 인기 있는 화학적 검사 검사이지만, 40%가 넘는 오류율은 지속적인 유방염 확산의 중요한 요인입니다. 본 연구에서는 정상, 준임상 및 임상 유방염을 식별하기 위해 새로운 미세유체 장치를 설계하고 제작했습니다. 이 휴대용 장치를 사용하면 1초 이내에 결과를 정확하게 분석할 수 있습니다. 이 장치는 체세포를 스크리닝하도록 설계되었으며 단일 세포 프로세스 분석을 사용하여 체세포를 식별하기 위해 염색 프로세스가 추가되었습니다. 우유의 감염상태를 확인하기 위해 형광원리를 이용하였고, 이를 미니분광계를 이용하여 분석하였다. 장치의 정확도를 테스트한 결과, Fossomatic 기계를 사용하여 얻은 정확도와 비교하여 95%의 정확도로 감염 상태를 판단하는 것으로 나타났습니다. 이 새로운 미세유체 장치를 도입함으로써 젖소의 유방염 확산이 크게 줄어들어 품질이 향상되고 수익성이 높은 우유 생산이 가능해질 것으로 기대됩니다.

젖소의 유방염은 원유의 양과 품질에 직접적인 영향을 미쳐 상당한 경제적 손실을 초래하기 때문에 낙농가들이 직면하고 있는 지속적인 문제입니다. 전 세계적으로 연간 손실은 약 300억 유로1로 추산되며 상당한 우유 손실, 우유 품질 저하, 만성 감염된 동물의 제거 및 간헐적인 사망으로 구성됩니다2. 유방염은 특정 병원체의 침입, 알레르기 또는 신체적 외상으로 인해 발생하는 유선의 염증으로, 유선과 젖에 비정상적인 변화를 초래합니다. 일반적으로 유방염에는 임상형 유방염과 무증상 유방염의 두 가지 유형이 있습니다. 이는 세균 감염, 감염성 독소 상처, 화학 물질 노출 등 다양한 원인으로 인해 발생하며, 가장 일차적이고 빈번한 원인은 세균 감염입니다. 유방염은 소에서 소로 전염될 수 있으며 확산이 증가합니다. 발견이 지연된 후 유선염의 증상이 뚜렷해지면 약 2주 동안 젖소의 치유를 크게 방해할 수 있습니다. 이로 인해 젖소는 실명하게 되고 영구적으로 우유를 생산할 수 없게 됩니다. 또한 정기적으로 유방염을 관리하려면 질병을 치료하고 예방하기 위해 항생제를 투여해야 하는데, 이는 젖소의 항생제 내성에 심각한 위험을 초래합니다. 진단에는 두 단계가 있습니다. 첫 번째는 질병의 상태를 평가하여 존재 여부를 확인하는 것이고, 두 번째는 원인 물질을 탐지하는 것입니다. 심한 유선염의 경우 유방의 모습과 젖의 모습을 관찰하여 질병의 상태를 판단할 수 있습니다. 임상적 또는 무증상 유방염을 선별하기 위해 캘리포니아 유방염 검사(CMT)와 같은 체세포 수(SCC) 분석을 위한 농장 내 선별 검사가 사용됩니다. 우유의 SCC를 결정하려면 실험실 현미경을 통해 체세포(SC)를 평가해야 하며, 여기서 우유의 SC는 현미경 슬라이드에서 염색된 세포로 직접 관찰되고 작업자를 통해 계산됩니다. 이 방법을 사용하여 결과를 분석하는 것은 시간이 많이 걸리고 샘플을 준비하려면 전문가가 필요합니다4. 유세포분석(FCM)은 상대적으로 신속한 우유의 SCC 및 박테리아 분석에 사용될 수 있습니다5; 이 방법은 분석에 필요한 상대적으로 값비싼 하드웨어와 기타 일회용 품목을 처리하기 위해 숙련된 인력의 지원도 필요합니다.

CMT 시약은 유방염 검사에 간편하게 사용할 수 있으며 농장의 SCC 추정에도 적용할 수 있습니다5. CMT에 사용되는 시약은 쉽게 감지할 수 있는 높은 SCC 및 겔 형성이 있을 때 핵산과 다른 요소의 세포가 방출된다는 원리에 기초한 나트륨 알킬 아릴 설포네이트입니다. 그러나 이 시약으로 얻은 결과는 위양성 또는 위음성이며 SCC6,7,8에 대해서는 낮은 민감도와 특이도가 관찰됩니다. 이들 테스트 중 어느 것도 SCC에 대한 정확한 수치를 제공하지 못했습니다. 결과는 테스트 대상의 눈에 의해 인지된 형태학적 특성을 기반으로 하여 부정확한 결과를 낳았기 때문입니다. 또한, 이러한 검사는 관련된 병원체와 감염의 병독성을 확인하지 않고 유방염에 대한 긍정적 또는 부정적 결과만 제공합니다9,10.