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윤대성 교수팀, 암세포막 코팅 기법 적용한 정밀 혈당 측정기 개발
  • 글쓴이 : 커뮤니케이션팀
  • 조회 : 1575
  • 일 자 : 2019-05-02


윤대성 교수팀, 암세포막 코팅 기법 적용한 정밀 혈당 측정기 개발
바이오센서분야 최고 권위지 Biosensors & Bioelectronics 논문 게재
당뇨 환자 혈당 측정 오차로 인한 위험성이 줄어들 것 기대
고기능성 생체 재료 개발 활발해질 것 기대
박진성 교수와 공동연구로 두 편의 논문이 같은 학술지에 게재되는 쾌거도 이뤄내

 

 


보건과학대학 바이오의공학과 윤대성 교수 연구팀이 체내에서 포도당을 과량 흡수하여 이상증식에 사용하는 암세포를 이용해 혈당 측정기기의 포도당에 대한 선택성을 높게 향상시키는 세포막 필터를 개발했다. 


이로 인해 당뇨병 환자가 식습관이나 건강보조식품의 섭취에 의한 영향을 받지 않고 언제든 안정적으로 자신의 정확한 혈당을 측정할 수 있는 센서를 개발했다.

 

 

왼쪽부터 고려대 바이오의공학과 김인수 통합과정, 이규도 연구교수, 윤대성 교수
▲ 왼쪽부터 고려대 바이오의공학과 김인수 통합과정, 이규도 연구교수, 윤대성 교수

 

 

당뇨병은 높은 혈당 수치가 오랫동안 지속되는 대사 질환군을 말한다. 혈액 내에 과다한 혈당은 다양한 합병증을 유발할 수 있다. 대표적인 합병증으로는 심혈관질환, 뇌졸중, 만성신부전, 당뇨병성 궤양, 당뇨망막병 등 다양하다. 현대인의 식습관, 정신적 스트레스, 생활 패턴에 의하여 당뇨병을 앓는 환자의 수는 계속 늘어나는 추세이고, 2040년에는 전 세계 성인의 10%인 약 6억4200만 명으로 증가될 것으로 추정된다.(국제 당뇨 연맹) 이에 따라 연간 6730억 달러에 달하는 비용이 소모되고 있으며 이는 전체 헬스케어 시장의 12%에 해당한다.



당뇨환자들은 지속적으로 본인의 혈당 수치를 관찰하며 관리해야 한다. 이를 위해 혈당 진단 기기들이 개발됐고 일반적으로 전기화학적 방식*을 사용해 신속하며 높은 정밀도를 가지는 것을 목표로 한다. 특히 효소를 사용한 방법으로 혈액 내의 포도당을 전기적인 신호로 바꾸어 측정하는 기술이 상용화되어 있다. 다만, 상기와 같은 효소 기반 전기화학적 혈당 센서는 포도당 외에 포도당과 분자구조가 유사한 물포도당과 분자구조가 유사한 물질(과당, 자일로오스, 말토오스 등)과 산화 환원반응을 일으키는 물질들 (시스테인, 비타민C, 요산 등)에 의해 정확한 측정이 불가능하다는 단점이 있다. 전 세계적으로도 이러한 한계를 극복하기 위해 다양한 방법이 활발하게 연구되고 있다.

* 전기화학적 방식: 물질간의 전자 이동에 의한 산화·환원 반응과, 그것들에 의한 여러 가지 현상을 측정하는 방식.



연구팀은 이러한 기술적 한계를 극복하기 위해 포도당을 선택적으로 흡수하는 암세포의 특성에 집중했다. 암세포는 체내에서 이상증식을 일으키는 세포이며, 이상증식을 하기 위해 여타 세포보다 많은 영양소(포도당)가 필요하다. 포도당을 과량으로 흡수하기위해 암세포의 표면에 암세포가 되기 전보다 더 많은 포도당 수송체*를 발현시킨다. 포도당 수송체
는 혈액 내의 수많은 물질중에서 포도당만을 선택적으로 세포 내로 수송하는 역할을 한다. 이러한 포도당 수송체를 혈당센서에 응용하기 위해 암세포의 막을 추출 및 정제하여 코팅하는 기술을 개발했다. 필요한 상황에 맞게 두께를 조절할 수 있고, 본 연구에서는 혈당을 측정하기 위해 약 200nm 두께의 막을 제조했다. 암세포 막을 코팅하여 만들어진 이 센서는 코팅되지 않은 센서에 비해 수많은 물질이 공존하는 사람의 혈청에서 안정적으로 정확히 포도당의 농도를 측정할 수 있었다.
* 포도당 수송체: 막단백질의 일종으로 포도당이 세포의 내부로 이동할 수 있도록 촉진시키는 수송 단백질. 포도당은 모든 생명체의 에너지원이기 때문에 대부분의 세포에 존재하며, 특히 적혈구 및 암세포에 많이 존재한다.



본 연구를 통해 향후 정확도 및 안정성을 높인 혈당 센서의 개발로 당뇨병 환자의 혈당 측정 오차로 인한 위험성이 줄어들 것이다. 더욱이 암세포막 외에도 다양한 세포들의 세포막을 코팅하여 다양한 기능성을 갖는 생체 재료를 만들 수 있을 것으로 기대되어 기존 합성 물질의 성능을 뛰어넘는 고 기능성 생체 재료의 개발이 활발해질 것으로 보인다.



해당 연구결과는 Elsevier에서 발행하는 전기화학 (Electrochemistry)및 분석화학 (Analytical chemistry)분야의 최고 권위지인 Biosensors & Bioelectronics (IF=8.173, 분야별 상위 4% 이내) 6월 15일자로 출판될 예정이다.


또한 고려대학교 박진성 교수와의 공동연구인 세포막기반 광학센서와 더불어 두 편의 논문이 같은 학술지에 게재되는 쾌거도 이뤄냈다.  

저널정보:
저자 : 김인수 통합과정, 권도형 학부과정, 이동택 통합과정, 이규도 연구교수, 윤대성 지도교수
논문명 : Permselective glucose sensing with GLUT1-rich cancer cell membranes
학술지명, 권, 호 : Biosensors and Bioelectronics, Volume 135, Pages 82-87 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.bios.2019.04.007

저자정보 : 김인수 _  제1저자, 고려대학교 바이오융합공학과 박사과정
          이규도 _ 공동교신저자, 고려대학교 글로벌헬스텍연구소 연구교수
          윤대성 _ 교신저자, 고려대학교 바이오의공학부 교수

 

 

그림1

▲ 그림 1.  암세포막이 코팅된 혈당센서의 작동 모식도

 

그림2
▲ 그림 2. 암세포막 코팅 전후의 방해물질의 영향 측정. 포도당과 방해물질을 함께 측정하였고, 단일 포도당의 신호 (100%)에 근접할수록 방해물질의 영향이 적음.

 

 

 

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)