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눈물로 질병진단, 당뇨·통풍·파킨슨병까지
단백질 등 농도 차 이용…웨어러블 진단 시스템 기대
[기사입력 2018-02-26 06:50]

체외 진단 기술이 발전하면서 사람의 눈물을 이용해 각종 질환을 진단할 수 있는 기술이 잇따라 개발되고 있다.

26일 업계에 따르면 세계적으로 눈물을 이용해 당뇨 질환 뿐만 아니라 통풍, 파킨슨병, 유방암까지 진단할 수 있는 기술이 나왔다.

한국과학기술연구원 서정목 박사팀은 연세대 전기전자공학부 이태윤 교수팀과 함께 눈물이나 체액을 이용해 진단 기술을 제작했다고 발표했다.

연구팀은 얇은 신축성 실리콘 위에 나노입자를 접착제와 함께 코팅한 것으로 표면장력이 낮은 기름이나 단백질을 포함한 혈액, 바이오 샘플에도 젖지 않는 초발수성 및 발유성을 동시에 지닌 코팅 표면을 형성했다.

연구팀은 이후 진공흡입장치를 이용해 표면 위에서 여러가지 액체를 방울 형태로 이동시키거나 수십 나노리터로 분배시킬 수 있는 '미세 액적 제어 시스템'을 개발했다

이 시스템 위에서 혈액, 눈물, 땀, 소변 등의 생체 시료를 수십 마이크로리터(㎕·100만분의 1ℓ) 단위로 나누고 물방울 형태로 이동시킬 수도 있음을 확인했다.

연구진은 이 시스템의 미세 패턴에 각각 혈당, 요산, 젖당 농도에 따라 색이 변화하는 시료를 사전 처리해 소량의 혈액 한 방울만으로 체내의 혈당, 요산, 젖당의 농도를 정밀하게 검출하는 것에 성공했다.

또 혈당 농도 측정을 통해 실제 당뇨병 여부를 성공적으로 진단할 수 있었다.

한국과학기술원 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀은 눈물을 쉽게 채집할 수 있는 종이 표면에 빛을 증폭시키는 나노플라즈모닉스 특성을 갖는 금 나노섬을 균일하게 증착, 저렴하고 정교한 통풍 종이 검사지(strip)를 개발했다.

연구팀은 이 기술이 눈물 속의 생체 분자를 분석해 비침습적 진단이 가능하고 소요 시간을 크게 단축시킬 수 있어 진단 의학, 약물 검사 뿐 아니라 현장 진단 등 특정 성분의 신속하고 정확한 진단이 필요한 다양한 분야에 응용 가능할 것으로 기대하고 있다.

통풍은 바늘 모양의 요산 결정이 관절에 쌓이면서 통증을 유발하는 병으로 일반적으로 통증의 완화와 요산 배출, 요산 강하제 복용 등이 치료법으로 이용된다.

이러한 치료법은 일시적인 통풍 증상 완화에는 도움이 되지만 완치에는 한계가 있어 지속적인 요산 농도 측정과 식이요법이 병행돼야 한다.

이에 간편하게 요산을 측정할 수 있다면 통풍 예방율을 크게 높일 수 있고 통풍 환자의 병 관리에 큰 도움을 줄 수 있다.

하지만 기존의 통풍 진단 기술은 혈액을 채취해 요산 농도를 측정하거나 관절 윤활액을 채취해 요산 결정을 현미경으로 관찰하는 방식이다. 이처럼 침습적 시술이 대부분이고 시간이 오래 걸리는 등의 한계가 있다.

연구팀은 이러한 문제 해결을 위해 눈물을 쉽게 채집할 수 있는 종이의 표면에 나노플라즈모닉스 특성을 갖는 금 나노섬을 균일하게 증착했다.

나노플라즈모닉스 기술은 금속의 나노구조 표면에 빛을 모으는 기술로 질병 및 건강 진단 지표, 유전 물질 검출 등에 응용할 수 있다.

또 금과 같은 금속은 빛을 조사했을 때 기존보다 강한 빛을 받아들이는 특성을 갖기 때문에 종이의 특성을 유지하면서도 기판 표면의 빛 집광도를 최고 수준으로 끌어올릴 수 있었다.

연구팀이 개발한 금속 나노구조 제작 기술은 넓은 면적에 자유자재로 나노구조를 제작할 수 있기 때문에 빛의 집광도를 자유롭게 조절할 수 있다.

연구팀은 종이 검사지에 표면증강 라만 분광법(Surface-enhanced Raman spectroscopy)을 접목시켜 별도의 표지 없이도 눈물 속 요산 농도를 측정하고 이를 혈중 요산 농도와 비교해 통풍을 진단했다.

외국에서는 눈물을 이용해 파킨슨병이나 유방암을 진단하는 기술이 나왔다.

미국 서던 캘리포니아대학 의대 신경과 전문의 마크 류 박사는 파킨슨병 환자는 눈물 속의 2가지 특정 단백질 수치가 일반인들과는 크게 차이가 난다는 연구결과를 발표했다.

파킨슨병 환자 55명 그리고 이들과 연령, 성별이 같은 일반인 27명에게서 채취한 눈물 속 단백질을 비교 분석한 결과 이 같은 사실이 밝혀졌다고 류 박사는 말했다.

파킨슨병 환자는 눈물 속 알파 시누클레인 단백질 수치가 평균 423pg/mg(밀리그램 당 피코그램)으로 일반인의 704pg/mg에 비해 크게 낮은 것으로 나타났다.

파킨슨병 환자는 또 알파 시누클레인이 응집한 형태인 올리고머 알파 시누클레인 수치가 평균 1.45ng/mg(밀리그램 당 나노그램)으로 일반인의 0.27ng/mg에 비해 5배 이상 높은 것으로 밝혀졌다.

이 두 단백질은 눈물샘 분비세포가 신경 자극에 의해 눈물 속으로 분비하는 것이다.

파킨슨병은 뇌 밖에 있는 신경의 기능에도 영향을 미치기 때문에 눈물 속 단백질 수치에도 변화가 있을 것으로 판단하고 이 같은 연구를 하게 됐다고 류 박사는 설명했다.

뉴질랜드 안나 데일리 박사팀은 눈물을 분석해 유방암을 진단하는 방법을 개발, 초기 임상시험에 착수했다.

뉴질랜드 연구팀은 오클랜드에서 400여 명의 여성에게 슬픈 영화를 보여주며 눈물을 채취, 이를 분석해 유방암을 가진 여성들에게서 변화를 보이는 단백질을 집중적으로 연구하게 된다.


강찬우 기자  ehealth@e-healthnews.com
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