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국내 당뇨 자가진단키트의 발전...'타액으로 간단하게'
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국내 당뇨 자가진단키트의 발전...'타액으로 간단하게'
  • 김민철 기자
  • 승인 2022.04.04 13:42
  • 댓글 0
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자가 혈당관리법, 침습적 방식... 손가락에 바늘 찔러 나오는 혈액 분석
비침습적 당뇨 자가진단
KBSI, 침·소변으로 검출하는 '당뇨 진단 키트' 개발... 15분 이내 검출
'Sensors and Actuators B: Chemical' 논문 게재

당뇨병은 최근 5년간 국내 2형 당뇨 환자는 약 27% 이상 증가했고, 젊은 층의 당뇨병 유병률도 지속 상승하고 있다.(건강보험심사평가원) 

 의사에게 당뇨병을 진단받은 30세 이상 사람의 분율(%) 연도별 추이 /질병관리청 만성질환건강통계

당뇨병 환자들은 혈당 변화를 파악하기 위해 자가 혈당 측정을 통해 저혈당과 고혈당을 예방한다. 가장 대중적인 자가 혈당관리법은 침습적 방식으로 손가락에 바늘을 찔러 나오는 혈액을 소형 분석기를 통해 분석하는 혈당센서다. 

'체외진단용 의료기기 품목 및 등급 분류에 관한 연구'에서 당뇨병 진단은 2016년 105억만여 달러에서 연평균 성장률 4.1%로 증가하여 2021년에는 128억만여 달러에 이를 것으로 전망되었다. 자가혈당측정기는 체외진단기기 시장 중 두 번째로 큰 시장으로 세계 헬스케어 기업들이 대부분의 시장을 점유하고 있다. 

그러나 식 전과 식후, 잠들기 전 등 하루 2~4회 실시하는 이러한 진단은 채혈의 번거로움과 스트레스가 있으며, 잦은 채혈은 통증과 감염 등이 부담스러운 노약자나 영유아, 중증환자 등에 사용이 제한적인 것이 지적된다.

비침습적 당뇨 자가진단

피부를 관통하거나 신체의 어떤 구멍을 통과하지 않는 비침습적 당뇨 진단도 있다. 인터넷으로 '당뇨 진단키트'를 검색해보면 간편한 소변 검사를 통해 당뇨를 검사하는 스틱형 체외진단검사시약 제품도 쉽게 찾아볼 수 있다. 

'당뇨 검사 키트' 구글 검색 결과 화면

국내에서는 대구경북과학기술원이 주관한 '타액 및 콧물을 이용한 치매, 고지혈증, 당뇨병 자가진단시스템 개발(2015~2020년)' 보고서에 따르면 타액과 콧물을 이용해 알츠하이머성 치매, 고지혈증, 당뇨 환자 선별을 비침습적 방법으로 가능하게 하는 기술에 있어 고감도 센서와 임상 검체로 검증된 바이오마커를 발굴했다.

타액 당뇨 진단용 페이퍼칩 기반 바이오센서 키트 개발과 타액 내 당화알부민·알부민·당(글루코스, glucose) 동시진단 바이오센서 킷 제작 등 단계를 거쳐 시제품 개발을 진행한 바 있다.

(상단)알부민 및 당화알부민 동시 정량을 위한 페이퍼 칩 기반 바이오센서, (하단)케이스를 포함한 페이퍼칩의 반응 시간에 대한 시그널 확인 결과 / '타액 및 콧물을 이용한 치매, 고지혈증, 당뇨병 자가진단시스템 개발(2015~2020년)' 보고서 갈무리

당뇨병 환자의 타액 내 당 수치가 정상인의 타액에서보다 2배 이상 높게 나타난 결과, 제2형 당뇨병에 걸린 환자들의 타액에서 효소 면역 반응법을 이용해 레지스틴(resistin)수치를 측정해 당뇨병 환자들의 인슐린 저항성을 알아낼 수 있다는 것이다.

보고된 비침습형 당뇨 모니터링 관련 국외 특허 중 ▲적외선 분광법, ▲형광법, ▲라만 분광법, ▲편광법, ▲폐쇄 분광법, ▲광음향 분석법, ▲표면자기공명법 등 다양한 광학적인 분석법을 사용해 체내 글루코오스를 측정하는 기술이 혈액 이외의 체액을 사용하는 기술에 비해 압도적으로 높은 비율을 나타내기도 했다.

당뇨 체외진단 연구 동향 /'타액 및 콧물을 이용한 치매, 고지혈증, 당뇨병 자가진단시스템 개발(2015~2020년)', 과학기술정보통신부 보고서

KBSI, 침·소변으로 검출하는 '당뇨 진단 키트' 개발... 15분 이내 검출

4일 한국기초과학지원연구원(KBSI)는 소변이나 타액으로도 당뇨병을 신속하고 정확하게 판별할 수 있는 검출 기술을 개발했다고 밝혔다. KBSI 최종순·한도경 박사 연구팀은 혈액에 비해서 소면과 타액에 적은 양으로 존재하는 당을 민감하게 검출할 수 있도록 효소모사촉매 활성을 가지는 백금 나노-고분자 기능성 복합소재 'PtNZ-Hydrogel(PtNZHG)'의 개발과 당 분석 플라스틱 자가진단 키트를 개발했다는 것.

당 분석 디바이스 구성 및 분석원리(적층 구조의 플라스틱 디바이스와 백금-고분자 복합소재를 활용한 당 검출 효소기질 촉매반응) /연구 이미지=KBSI 제공

효소모사촉매는 자연계 효소를 모사해 물리화학적 촉매활성을 가지도록 합성한 유무기 나노구조체다. 바이오나 환경, 에너지 분야 등에서 효율적인 인공촉매로 활용되고 있다. 연구팀이 개발한 당뇨 자가진단 키트는 플라스틱 기반의 변색 센서로 친수성 성질이 다른 플라스틱 소재를 교차 적층시키는데 이는 주입구에 담긴 체액이 효과적으로 통과할 수 있도록 3차원 입체구조로 설계했다.

효소모사촉매 특성을 활용한 효소기질 반응을 통해 검출 신호를 증강시켜 고감도로 분석할 수 있게 했으며, 연구팀은 소변과 타액에 존재하는 당을 15분 이내에 수 밀리그램 수준까지 쉽게 검출이 가능하다고 설명했다. 

혈액, 소변, 타액 등 다양한 체액 당 분석 및 결과 판독(15분 이내 자가검사를 완료할 수 있으며, 스마트폰 카메라를 이용하여 변색결과 확인) /연구 이미지=KBSI
혈액, 소변, 타액 등 다양한 체액 당 분석 및 결과 판독(15분 이내 자가검사를 완료할 수 있으며, 스마트폰 카메라를 이용하여 변색결과 확인) /연구 이미지=KBSI

검사 방식은 검출부의 발색 변화로 간단하게 당뇨병 판별이 가능하다.

이번 연구는 분석기기 장비 분야 세계적 학술지에 논문명 'Sensors and Actuators B:Chemical'지에 '혈청, 소변 및 타액에서 1단계 포도당 검출을 위한 백금 나노자임-하이드로겔 복합물(PtNZHG) 함침 캐스케이드 감지 시스템(Platinum nanozyme-hydrogel composite (PtNZHG)- impregnated cascade sensing system for one-step glucose detection in serum, urine, and saliva)'로 최근 게재됐다.

'Platinum nanozyme-hydrogel composite (PtNZHG)- impregnated cascade sensing system for one-step glucose detection in serum, urine, and saliva(혈청, 소변 및 타액에서 1단계 포도당 검출을 위한 백금 나노자임-하이드로겔 복합물(PtNZHG) 함침 캐스케이드 감지 시스템)' /ScienceDirect 갈무리

비침습적 당 분석이 가능한 이번 연구는 소변과 침 등 체액에 존재하는 미량의 당을 분석할 수 있는 진단 플랫폼 기술이며, 향후 병원과의 협력연구를 통해 당뇨환자 대상 평가와 표준분석검사법을 확립해 새로운 당뇨병 자가진단법으로 활용될 것으로 기대되고 있다.

케미컬뉴스 김민철 기자


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