대표적인 성인병인 당뇨병은 완치가 어려워 지속적인 관리가 요구되는 만성질환이다. 매일 여러 차례 채혈을 통해 혈당을 확인하고 인슐린 주사로 혈당을 조절하는 과정이 고통스럽고 번거롭다. 채혈없이 혈당을 측정할 수는 없을까?

국내 연구진이 소량의 땀으로 혈당을 측정하고 혈당 수치에 따라 단계별로 적정량의 약물전달이 가능한 피부부착형 당뇨패치를 개발했다. 이번 성과는 연구진이 지난 해 개발한 당뇨패치(16.03, 네이처 나노테크놀로지)보다 진일보한 것이다.

기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) 나노입자연구단(단장 현택환) 김대형 연구위원 연구팀은 기존의 당뇨패치보다 적은 양의 땀으로도 혈당측정이 가능하도록 소형화하고 당센서의 정확도를 높였다. 또한 센서를 통해 측정된 혈당에 따라 단계별로 적정량의 약물전달이 가능하도록 하여 채혈없이 혈당진단과 약물치료가 가능한 통합 시스템을 구현했다. 사용자의 편의를 위하여 당 수치만 간편히 측정할 수 있는 스트립(막대)형 센서도 추가로 개발하였다.

측정을 위해 인위적으로 땀을 발생시키는 것이 번거롭다는 점에 착안한 연구진은 다공성 금으로 당센서를 만들어 민감도를 높이고 소형화하여 매우 적은 양²⁾의 땀으로도 혈당측정이 가능하도록 하였다. 또한, 여러 개의 센서를 집적하여 땀 속 당의 농도를 측정한 후, 습도‧온도‧산성도 측정을 통한 보정으로 보다 정확한 혈당수치를 얻을 수 있다.

▲ [그림 1] 운동 중에도 측정가능한 피부부착 패치형 당센서

특히 이번 연구에서는 두 종류의 상변화 나노입자를 통해 혈당수치에 따라 단계별로 적적량의 약물전달이 가능하도록 하였다. 상변화 나노입자는 피부온도보다 높은 온도에서 약물이 전달되도록 하는데, 각각 40oC, 45oC에서 약물전달이 가능한 두 종류의 상변화 나노입자를 사용하여 혈당수준에 따라 6단계로 약물전달이 가능하도록 하였다. 미세 약물침에 상변화 나노입자를 넣고, 온도센서와 전기히터를 결합한 약물전달 시스템[그림2]을 당센서와 결합하여 통합 시스템을 구현하였다. 연구진은 실제로 2형 당뇨병³⁾을 유발시킨 실험용 쥐를 이용, 혈당조절을 확인하여 미세 약물침을 이용한 단계별 혈당조절에 성공했다.

▲ [그림 2] 단계별로 약물조절이 가능한 미세 약물침

사용자 편의성을 고려하여 기존의 피부부착 패치형[그림1] 외에도 스트립형 센서[그림3]를 추가로 개발하였다. 피부부착형 당센서는 운동 등의 활동을 하면서 혈당 수치를 측정할 수 있고, 스트립형 당센서는 사용자가 일회용으로 간편하게 측정할 수 있다.

▲ [그림 3] 스트립(막대)형 일회용 당센서

연구를 주도한 김대형 연구위원은 "환자들이 보다 손쉽게 사용할 수 있고 상용화 가능하도록 기존의 당뇨패치를 개선하였다"라며, "이번 당센서 및 치료에 적용된 다양한 기술들은 당뇨병 치료 외에도 다양한 질병 모델의 진단과 치료에 광범위하게 활용가능할 것"이라고 내다봤다.

이번 연구성과는 과학기술분야 권위지이자 세계적인 학술지인 사이언스 어드밴시즈(Science Advances)에 3월 9일자로 온라인 게재되었다.