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차세대 기술 개발…만성질환 진단 의료기기 등장 기대
당뇨 정밀 진단 형광물질·비침습 측정 기술 개발 성공
[기사입력 2020-06-03 06:42]

만성질환 진단 효율성을 높이는 차세대 기술이 개발돼 의료기기 상용화 가능성을 높이고 있다.

3일 업계에 따르면 국내 연구팀과 기업들이 당뇨, 관상동맥질환 등의 진단에 효과적인 기술을 개발해 유용한 임상도구로서 자리매김할 것으로 전망되고 있다.

기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립 연구단 장영태 부단장 연구팀은 국내외 공동연구를 통해 당뇨병 정밀 진단과 조직 검사에 쓰이는 형광물질 '파이에프(PiF‧Pancreatic islet Fluorinated probe)'를 개발했다.

당뇨병을 신속하게 진단하는 기술로 혈액 내 포도당 농도를 측정하는 방법이 있지만 혈당 정보만으로는 병의 진행 상태를 정밀하게 파악하기 어렵다.

더 정확한 진단을 위해 인슐린 분비를 담당하는 췌장 베타세포를 떼어내 분석하는 방법이 있지만, 조직 검사에 1∼2일 걸린다는 단점이 있다.

연구팀은 몸에 상처를 내지 않고도 베타세포를 시각화해 건강한 베타세포의 질량을 측정할 수 있는 기술을 개발했다.    

인슐린과 결합하면 형광을 내는 화합물에 불소 원자를 도입해 췌장 베타세포에만 특이적으로 반응하는 파이에프를 만들었다.

이어 베타세포가 파괴된 당뇨병 모델 생쥐에 파이에프를 주사한 뒤 2시간 이후 광학 현미경으로 관찰한 결과 파이에프가 췌장 베타세포만을 선택적으로 탐지하는 것이 확인됐다.

조직을 떼어내 항체를 붙이는 등 복잡한 절차를 거쳐야 하는 데다 하루 이상 긴 시간이 필요했던 기존 당뇨병 조직 검사보다 처리 시간을 대폭 단축했다.

파이에프가 더 많은 인슐린과 결합하면 형광을 더 많이 내기 때문에, 형광 세기를 토대로 건강한 췌장 베타세포의 양도 확인할 수 있다.

또 파이에프가 투여 30분 만에 실험쥐 췌장에 흡수되는 것으로 나타났으며, 1시간 뒤면 몸 밖으로 빠져나가는 것이 확인됐다.

장영태 부단장은 "체외로 금세 빠져나가 인체에 적용할 경우 부작용도 적을 것으로 예상된다"며 "당뇨병 조기 진단을 위한 임상도구로 활용될 것"이라고 말했다.

삼성전자 종합기술원 모바일 헬스케어랩 남성현 마스터팀은 MIT 연구팀과 공동으로 직접 피를 뽑지 않고 레이저 빛을 이용해 혈당을 측정하는 비침습 혈당 측정 기술을 개발했다.

연구진이 주목한 비침습 혈당 측정법은 1990년대부터 꾸준히 연구돼 온 방식이다.

당뇨병 환자의 통증과 불편함을 최소화할 수 있어 큰 기대를 받아왔지만 채혈 없이 혈액 내 혈당 농도를 정확히 측정해야 하기에 학계의 난제로 꼽혀왔다.

연구진은 난제를 풀기 위해 비침습 혈당 측정에 라만 분광법(Raman spectroscopy) 을 적용했다.

라만 분광법이란 레이저 빛을 이용해 물질을 식별하는 분석법으로 레이저 빛이 특정 물질에 조사(照射)돼 산란될 때 물질 분자의 고유 진동에 의해 산란된 빛의 파장이 변하는데 이 현상을 이용한다.

물질이 여러 개 일 땐 신호가 복잡하게 섞이기도 하는데 이 분석법은 다른 비침습 방식과 비교했을 때 특정 물질을 구분하는 식별 능력이 매우 뛰어나다. 때문에 혈당 측정의 신뢰도를 높일 수 있다.

연구진은 측정 방식의 정확도를 높이기 위해 '비(非)접촉 사(斜)축(non-contact off-axis) 라만 시스템'을 개발했다.

이는 비스듬히 기울인 빛을 피부 아래층에 도달하게 해 우리 몸속 혈당의 라만 스펙트럼을 얻어내는 기술이다.

이 방식으로 비침습 신호 측정의 정확도 지표인 상관계수를 업계 최고 수준인 0.95로 끌어올릴 수 있었다.

연구진은 라만 스펙트럼 내 혈당 신호 추출을 위한 신호처리 방법도 고안했다.

이로써 혈당을 측정할 때 센서나 사람의 움직임 등 주변의 영향을 최소화할 수 있다.

기존 통계 분석 기반의 비침습 혈당 측정 방식과 비교해 라만 스펙트럼의 물리적 특성을 이용, 혈당 예측도를 높였다.

남성현 마스터는 "비침습 혈당 측정 기술은 30년 난제로 불릴 만큼 어려운 기술로 이번 연구는 기존의 틀을 깨고 비침습 혈당 측정기술에 명확한 실험적 증거와 방향을 제시했다는 점에 큰 의미가 있다"며 "추가 연구를 통해 비침습 혈당 센서의 상용화에 힘쓸 것"이라고 말했다.

광섬유 제조기업인 지오씨는 광센서를 활용한 혈관 내 혈압측정 장치 개발에 성공했다.

지오씨 지난 2016년부터 연구 개발해 온 관상동맥 혈관 내 혈압측정 시스템(FFR Display System)의 제품화를 눈앞에 두고 있다고 발표해 주목받고 있다.

이 시스템은 압력측정 센서를 단 광섬유를 혈관에 삽입, 협착 부위의 혈압 차이를 확인해 막힌 부위를 정확히 찾아내는 기술이다.

심혈관계 병변을 찾아내는 효능이 기존의 혈관 조영술을 통한 진단 기법에 비해 5배나 높다.

혈관 협착 부위를 정확히 판단할 수 있어 혈관 확장 스텐트 삽입 횟수를 줄일 수 있고, 환자의 스텐트 삽입에 따른 시술 상 고통은 물론 의료비용 부담도 줄여준다.

지오씨는 이 시스템의 핵심인 머리카락 3개 굵기의 압력측정 센서를 세계에서 6번째, 국내에선 처음으로 개발에 성공했다.

현재 혈관 내 혈압 측정 센서 시스템 세계시장 규모는 2018년 기준 5억4000만달러로 평가되며, 2025년까지 연평균 10.5%의 성장을 보일 것으로 예상한다.

서울의 대형 종합병원과 협업해 인체모형 시험과 대동물(돼지) 전임상 실험 등을 진행해왔다.

내년 신제품 출시를 목표로 올해 하반기부터 국내는 물론 미국, 유럽지역 의료기기 인증도 신청할 계획이다.

박인철 대표는 "이 시스템 개발로 심혈관계 의료기기 수입대체 효과는 물론 고령화 사회에서 의료서비스 질 향상에도 크게 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.  


김양순 기자  ehealth@e-healthnews.com
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