당뇨병 정밀진단 2시간만에 가능한 형광물질 발견

2020.02.25 12:00
장영태 IBS 복잡계자기조립연구단 부연구단장. IBS 제공.
장영태 IBS 복잡계자기조립연구단 부연구단장. IBS 제공.

하루 가량 걸렸던 당뇨병 정밀 진단을 2시간만에 할 수 있는 기술이 개발됐다. 

 

기초과학연구원(IBS)은 장영태 복잡계자기조립연구단 부연구단장(포스텍 화학과 교수) 연구팀이 당뇨병 정밀 진단과 조직검사를 빠르게 할 수 있는 형광물질 ‘파이에프(PiF)’를 개발했다고 25일 밝혔다. 

 

당뇨병 진단은 보통 혈액 속 포도당(혈당) 농도 측정으로 이뤄지지만 혈당 정보만으로 복합적 요인이 작용하는 당뇨병 진행 상태를 면밀히 파악하는 데 한계가 있다. 인슐린 분비를 담당하는 췌장 베타세포의 건강상태를 직접 측정하면 보다 정확한 진단이 가능하다. 

 

지금까지 췌장 베타세포의 건강상태를 측정하려면 외과적 수술을 통해 췌장을 조금 떼어내 분석해야 했다. 하지만 외과 방식을 반복 수행하기 어렵고 병 진행에 따라 시시각각 달라지는 베타세포의 양을 1~2일이 소요되는 분석기술로 파악하기도 쉽지 않았다. 

 

장영태 부연구단장 연구진은 췌장 베타세포를 시각화하고 건강한 베타세포의 질량을 측정할 수 있는 도구를 개발했다. 우선 췌장 베타세포에서 분비되는 인슐린과 결합하면 형광을 내는 화합물을 선별했다. 그런 뒤 양전자단층촬영(PET) 조영제로 사용할 수 있도록 화합물에 불소 원자를 적용한 뒤 췌장 베타세포만 특이적으로 탐지하는 PiF를 최종 선별했다. 

 

연구진은 췌장 베타세포 파괴를 유도한 제1형 당뇨병 모델 생쥐의 꼬리에 PiF를 주사했다. 2시간 이후 광학 현미경으로 확인한 결과 PiF가 췌장 베타세포만을 선택적으로 탐지함을 확인했다. 조직을 떼어내 항체를 붙이는 등 복잡한 절차와 하루 이상 시간이 필요했던 기존 조직검사에 비해 처리시간을 대폭 단축한 것이다. 형광의 세기로 건강한 췌장 베타세포 양까지 확인하는 데 성공했다. 

 

연구진이 개발한 PiF를 활용해 인슐린으로 혈당 조절이 불가능한 당뇨병 환자들의 췌장섬 이식 치료 성공 여부도 관찰 가능하다. 췌장섬은 췌장 세포가 모여 섬처럼 보이는 세포 덩어리다. 연구진은 쥐에서 분리한 1000개의 췌장섬을 생쥐의 간문맥으로 이식하고 PiF를 다음날 주사한 결과 췌장섬을 이식한 쥐의 PiF 형광신호가 이식을 받지 않은 쥐의 간보다 현저히 높았다. 연구진은 또 PiF의 PET 조영제로서의 효능도 동물실험으로 확인했다. 

 

장영태 부연구단장은 “PiF는 광학 및 PET 영상화가 모두 가능한 췌장 베타세포 탐지 최초의 형광 화합물”이라며 “당뇨병 발병 여부 및 조기 진단이 가능한 임상도구로 활용될 것으로 기대한다”고 말했다. 연구결과는 미국 화학회지(JACS) 2월 10일자에 실렸다. 

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