하루 이상 걸리던 당뇨병 정밀 진단을 2시간 만에 할 수 있는 기술이 나왔다. 기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립 연구단은 당뇨병 정밀 진단과 조직 검사에 두루 쓰일 수 있는 새로운 형광물질 파이에프(PiF)를 개발했다.

▲ IBS 복잡계 자기조립 연구단이 개발한 당뇨병 정밀진단용 형광물질 PiF를 주입한 뒤 촬영한 생체 외 이미지.

당뇨병은 보통 혈액 속 포도당(혈당) 농도를 측정해 진단한다. 하지만 혈당 정보만으로 복합적 요인으로 발생하는 당뇨병의 진행 상태를 면밀히 파악하기엔 한계가 있다. 인슐린 분비를 담당하는 췌장 베타세포의 건강상태를 직접 측정한다면 보다 정확한 진단이 가능하다.

지금까지는 췌장을 외과적으로 조금 떼어내 베타세포를 검사했다. 하지만 외과적 수술을 반복 수행하기 어려울뿐더러 췌장에 불균일하게 분포하는 췌장섬을 모두 찾아내 그 양을 빠르게 측정하기 힘들다는 한계가 있었다.

▲ PiF를 이용하면 췌장섬 이식 수술의 성공여부까지 추적 관찰할 수 있다.

연구진은 건강한 베타세포의 양을 직접 빠르게 측정할 수 있는 도구를 개발해 이 문제를 해결했다. 우선 연구진은 췌장 베타세포에 분비되는 인슐린과 결합해 형광을 내는 화합물들을 선별했다. 이후 양전자단층촬영(PET) 조영제로 사용할 수 있도록 후보 화합물에 불소(F) 원자를 미리 도입한 뒤, 췌장 베타세포만 특이적으로 탐지하는 PiF를 최종 선별했다.

제1형 당뇨병을 유발한 생쥐의 꼬리로 PiF를 주사하고, 2시간 이후 관찰한 결과 PiF가 췌장 베타세포만을 선택적으로 탐지함을 확인했다. 하루 이상의 시간이 필요했던 기존 조직검사에 비해 처리 시간을 대폭 단축한 것이다. 형광의 세기를 토대로 건강한 췌장 베타세포의 양까지도 파악할 수 있다. 인슐린으로 혈당조절이 불가능한 당뇨병 환자들은 최후의 수단으로 췌장섬을 이식하는 치료를 진행하는데, PiF를 사용하면 췌장섬이 원래 조직에 정상적으로 정착하고, 기능하는지도 검사할 수 있다.

이후 연구진은 PiF의 PET 조영제로서의 효능 역시 확인했다. PiF에 도입된 불소 원자를 방사성을 가진 동위원소(불소-18)로 치환한 뒤, 실험쥐에 투여했다. PET 분석 결과, PiF가 췌장에 뚜렷하게 분포하는 모습이 관찰됐다. PiF는 30분 만에 췌장에 도달하여 가장 높은 흡수 상태를 나타냈고, 대부분 60분 이후 빠르게 몸 밖으로 빠져나갔다. 조영제로 사용해 환자를 진단할 때 부작용 가능성이 적다는 의미다.

▲ PiF를 주입한 뒤 촬영한 PET/CT 이미지.

장영태 부연구단장은 “PiF는 광학 및 PET 영상화가 모두 가능한 이중방식으로 베타세포를 탐지할 수 있는 최초의 형광 화합물”이라며 “당뇨병 발병 여부 및 조기 진단이 가능한 임상도구로 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.

이 연구결과는 미국 화학회지(JACS) 2월 10일자에 실렸다.

IBS 커뮤니케이션팀
권예슬