윤대성 교수 연구팀, 적혈구의 포도당 선택적 투과 능력 활용
상업적 가치 예상 국내 특허출원은 물론 국제특허도 출원 예정
국내 바이오의공학을 전공하는 연구자들이 세포막을 이용해 보다 정확하게 혈당을 측정하는 기기를 개발했다.
포도당만 선택적으로 투과시키는 적혈구 세포막을 이용해 당뇨병 환자의 혈당측정 오차를 28.2%대(기존 혈당센서)에서 2.6%(적혈구 세포막 코팅)대로 획기적으로 줄일 수 있게 됐다.
한국연구재단은 윤대성 교수(고려대 보건과학대학 바이오의공학부) 연구팀이 적혈구 세포막을 혈당센서에 코팅해 스마트 고선택성 혈당센서를 개발했다고 16일 밝혔다.
이 연구에는 김인수 박사과정(제1저자, 고려대학교)과 이규도 박사(공동교신저자, 고려대학교)가 주저자로 참여했다.
당뇨병은 아직까지 완전한 치료제가 없으며, 환자 스스로 혈당 수치를 정상상태로 유지하기 위해 지속적으로 노력해야 한다. 이를 위해 환자가 수시로 혈당을 정상상태로 유지하기 위해 하루에서 4번 이상 혈당을 관찰할 수 있는 개인용 최소침습형 혈당측정기가 많이 활용되고 있다.
국제 당뇨병 연맹에 따르면 세계적으로 2015년도 4억 1500만 명의 당뇨병 환자가 있으며, 2040년도에는 6억 4200만 명으로 늘어날 것으로 추산하고 있다. 이는 세계 성인인구의 10%로, 10명 중 1명이 당뇨병에 걸릴 것으로 예상되고 있다.
당뇨병은 시력 상실, 심장 마비, 뇌졸중 및 혼수상태 등 다양하고 심각한 합병증을 동반할 수 있다는 점에서 환자의 지속적인 식이관리와 노력이 필요하다.
그러나 개발된 혈당측정기는 오류가 자주 발생한다. 효소와 포도당의 전기화학적 반응을 통해 혈당을 측정하는데, 혈액 속 단백질, 환자가 섭취한 식품이나 약물이 효소와 포도당의 상호작용을 저해하기 때문이다. 오차를 줄이고 보다 정확히 측정할 수 있는 기술 개발이 필요하다.
연구팀은 적혈구 세포막에 정밀하게 포도당만을 흡수하는 포도당 수송체가 다수 존재하는 것에 착안했다. 적혈구 세포막으로 200nm(나노미터) 두께의 포도당 선택적 반투과성 막을 제작해 혈당센서에 적용했다.
혈당 측정에 간섭을 일으키는 요산, 비타민 C, 갈락토오스를 포함해 실험한 결과, 적혈구 세포막으로 코팅한 혈당센서에서 오차가 대폭 줄어든 것을 확인했다. 기존 혈당센서에서 오차가 28.2% 발생한 반면, 적혈구 세포막으로 코팅한 경우에는 오차가 2.6%에 그쳤다.
윤대성 교수는 "이 연구는 적혈구 세포막을 자연모사함으로서 포도당을 제외한 다른 생체물질에는 반응하지 않는 고성능 혈당센서 기술을 개발한 것"이라고 말했다.
또 "세포막코팅을 이용한 선택적투과기술은 바이오센서 분야 뿐 아니라 약물전달시스템 및 조직공학 분야에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다"고 연구의 의의를 설명했다.
연구팀은 이번 기술은 기존의 상용화된 혈당측정기에 단순한 작업인 정제된 세포막을 올리고 가열하는 방법만으로 적용될 수 있기에 실용화의 가능성이 클 것으로 예상하고 있다.
특히 상업적 가치가 있을 것으로 생각돼 국내 특허출원을 진행했고 국제특허도 출원 예정이다.
이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행됐다. 분석화학 분야 저명 국제학술지 <바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors & Bioelectronics)> 4월 15일자 논문으로 게재됐다.
