[바이오정보] 소변, 타액으로 당뇨를 진단하는 고감도 자가진단 키트 개발~

소변, 타액으로 당뇨를 진단하는 고감도 자가진단 키트 개발

- 체액으로 검출 가능한 비침습적 고감도 당뇨진단법

- KBSI, Sensors and Actuators B: Chemical誌 논문 게재

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우리나라 성인 7명 중 1명이 앓고 있는 대표적인 만성질환 중 하나인 당뇨병을 혈액이 아닌 소변, 타액으로도 신속․정확히 판별할 수 있는 검출기술을 개발했다. 피를 내지 않는 비침습 방식으로 통증이나 감염, 출혈 없이 검사가 가능하여, 당뇨병의 자가 진단 및 합병증 예방에 큰 도움이 될 것으로 보인다.

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한국기초과학지원연구원(원장 신형식, 이하 KBSI)은 소재분석연구부 최종순· 한도경 박사 연구팀이 혈액 이외에 소변, 타액 등 다양한 체액 검체를 활용하여, 당뇨병을 효과적으로 판별할 수 있는 비침습적 자가진단 키트를 개발했다고 4일(월) 밝혔다.

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당뇨병은 인슐린 호르몬의 분비에 문제가 있거나 정상적인 기능이 이뤄지지 않아, 높은 혈당 수치가 오랜 기간 지속되는 대사질환이다. 비정상적으로 높아진 혈당은 전신의 미세혈관과 장기 조직을 손상시켜, 당뇨병성 말초신경병증, 망막병증, 신장질환, 동맥경화, 뇌졸증 등 다양한 합병증을 일으킨다. 이로 인해 체내 당 수치를 측정하여 당뇨병을 조기 진단하고, 매일 스스로 정상 수준의 당 수치를 관리하는 것은 매우 중요하다.

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현재 개인의 자가진단과 자발적인 혈당관리 방법으로, 혈당센서가 가장 대중적으로 사용되고 있다. 혈당센서는 손가락에 바늘을 찔러 나오는 혈액을 소형 분석기를 통해 분석하는 침습 방식으로, 사용이 간편한 장점이 있지만 혈당수치 관리를 위해 하루 2~4회 정도 실시하는 진단 과정에서의 채혈 스트레스가 단점으로 지적되고 있다. 특히, 잦은 채혈로 인한 통증, 감염 등이 부담스러운 영유아, 노약자, 중증환자 등에게 혈액 기반의 분석진단법은 그 사용이 제한적일 수밖에 없다.

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KBSI 최종순․한도경 박사 연구팀은 혈액에 비해 소변, 타액에 대단히 적은 양으로 존재하는 당을 민감하게 검출할 수 있는 진단법 개발에 주목했다. 고감도의 당 검출을 위해 효소모사촉매* 활성을 가지는 백금 나노-고분자 기능성 복합소재(PtNZ-Hydrogel; PtNZHG)의 개발과 간편 자가진단을 위한 독창적인 당 검출 디바이스 구조 설계의 적용을 통해 미량분석이 가능한 당 분석 플라스틱 자가진단 키트를 개발했다.

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* 자연계 효소(natural enzyme)를 모사하여 이와 유사한 물리화학적 촉매활성을 가지도록 합성한 유․무기 나노구조체로, 바이오, 환경, 에너지 등 여러 분야에서 효율적인 인공촉매로 다양하게 활용되고 있음.

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이번에 개발한 자가진단 키트는 플라스틱 기반의 변색센서로, 친수성 성질이 다른 플라스틱 소재를 교차 적층시켜 주입구에 담긴 체액이 효과적으로 통과할 수 있도록 3차원 입체구조로 설계하였다. 또한, 백금 나노-고분자 기능성 복합소재의 효소모사촉매의 특성을 활용한 효소기질 반응을 통해 검출 신호를 증강시킴으로써 고감도의 분석 민감성을 확보했다. 이를 통해 혈액, 소변, 타액에 존재하는 당(glucose)을 15분 이내에 수 밀리그램 수준까지 손쉽게 검출이 가능하다.

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자가진단 키트의 검사방식은 간단하다. 검출부의 발색 변화를 통해 직관적으로 당뇨병의 판별이 가능하도록 했다. 현재 개발한 키트는 검출부 색이 변색되는 것을 스마트폰으로 촬영 후 컴퓨터 무료 소프트웨어를 통해 검사 결과를 확인할 수 있다. 추후 키트가 상용화되면, 스마트폰 전용 조기 진단 앱 개발에도 활용이 가능하여, 보다 손쉽게 자가검진이 가능할 것으로 전망된다.

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이번 연구 성과는 KBSI 생물재난 분석기술개발 사업의 지원으로 진행되었으며, 분석기기․장비 분야 세계적 권위 학술지인 Sensors and Actuators B: Chemical誌 [논문명: Platinum nanozyme-hydrogel composite (PtNZHG)- impregnated cascade sensing system for one-step glucose detection in serum, urine, and saliva, IF=7.46, JCR 상위 4.69%, 박주성(제1저자), 최종순(공동교신저자), 한도경(공동교신저자)]에 최근 게재됐다.

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KBSI 한도경 박사는 “이번 연구는 혈액은 물론 소변, 타액 등의 체액에 존재하는 미량의 당을 분석할 수 있는 진단 플랫폼 기술로, 비침습적 당 분석이 필요한 환자들에게 유용하게 쓰일 것”이라며, “향후 병원과의 협력연구를 통해 당뇨환자 대상으로 상호진단 평가 및 표준분석검사법을 확립하게 된다면 새로운 당뇨병 자가진단법으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.”고 밝혔다.

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KBSI 최종순 박사(현 부원장)는 “KBSI는 국민생활 및 안전과 직결된 문제 해결을 위해 다양한 연구를 수행하고 있으며, 이번에 개발한 기술도 KBSI 생물재난 분석기술개발 과제를 통해 독자적으로 수행하여 이룬 결과”라며, “질병 조기 진단에 활용할 수 있어, 합병증 등 예방에도 크게 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

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(출처 : https://www.nst.re.kr/nst/notice/02_01.jsp?mode=view&article_no=73454&board_wrapper=%2Fnst%2Fnotice%2F02_01.jspd_no=29)