국내에서 당뇨병 진단에 사용할 수 있는 스마트 콘택트렌즈를 개발, 상용화가 기대되고 있다.

15일 업계에 따르면 국내 연구진들이 눈에 착용해 눈물 속 생체 지표를 측정해 정확하게 혈당을 측정할 수 있는 콘택트렌즈들을 잇따라 개발했다.

연세대학교 의과대학 의공학교실 김자영 교수는 최근 세브란스병원 내분비내과 이용호 교수, 연세대학교 신소재공학과 박장웅 교수, 경북대학교병원 안과 김홍균 교수, 경북대학교 의과대학 김정호 연구원, 한국과학기술연구원 김주희 연구원과 함꺼 실시간으로 눈물 속 생체 지표를 측정해 정확하게 혈당을 측정할 수 있는 스마트 콘택트렌즈를 개발했다.

연구팀은 당을 측정하는 고감도 센서와 이를 휴대기기로 전송하는 무선 통신용 안테나가 내장된 스마트 콘택트렌즈를 제작해 임상 시험을 시행했다.

시판 중인 콘택트렌즈와 같은 재료로 만들어져 착용 시 이물감이 적고 시야는 가리지 않았다.

연구팀은 가장 먼저 동물 실험을 통해 여러 종류의 눈물 중 혈당과의 연관성에 영향을 주는 유형을 확인했다.

눈물은 눈을 깜빡일 때마다 흘러 청결을 유지하는 기본눈물(Basal tears), 감정에 의해 나오는 감정눈물, 외부 자극으로 흐르는 반사눈물(Reflex tears)로 나뉜다.

토끼 눈에 렌즈 착용 시 발생하는 자극과 연구팀이 의도적으로 가한 자극으로 인해 반사눈물이 나올 때 눈물 속 당과 혈당의 상관관계가 줄었다.

그러나 렌즈 착용 후 일정 시간(1~3분)이 지나자 눈물 당 수치가 안정되며 혈당과의 상관관계가 다시 높아졌다. 연구팀은 반사눈물로 인한 일시적인 상관관계 변화가 기존에 눈물로 혈당을 측정할 수 있는지 논란이 있었던 이유였다고 설명했다.

이후 '안정화 시간'을 거쳐 임상 시험을 진행했다.

연구팀은 정상이거나 당뇨를 앓는 토끼와 강아지 각 8마리, 사람 10명을 대상으로 스마트 콘택트렌즈로는 눈물당을, 혈당 측정기로는 혈당을 쟀다.

그 결과 모든 시험에서 혈당 수치의 변화에 맞춰 눈물당도 같이 등락하는 것을 확인할 수 있었다.

다만 시험 대상자들의 눈물당 등락은 개별적으로 다른 시간 간격을 두고 혈당 변화를 따라갔다.

연구팀은 이를 '개인화된 시간 지연'으로 정의했다.

이어 혈당과 눈물당 간 상관관계 분석에 사용한 '피어슨 상관계수'에 각기 다르게 지연 정도를 적용해보니 그 값이 0.9 이상으로 나왔다.

피어슨 상관계수에서는 값이 1에 가까울수록 상관관계가 높다.

아울러 '일치 오류 격자' 분석을 통해 눈물당 수치를 기반으로 혈당 수치를 예상해 설정하고, 실제로 혈당을 쟀다.

일치 오류 격자 분석법은 혈당 측정기의 정확도를 판단하는 데 사용하는 방식이다. 값을 비교해보니 예상한 혈당 수치는 혈당 측정기를 통한 결과와 오차가 거의 없었다.

연구팀은 스마트 콘택트렌즈가 당을 비롯해 눈물로 확인할 수 있는 콜레스테롤, 안압 등을 정확히 측정할 수 있어 다른 질환 진단과 치료에도 적용될 수 있을 것으로 기대했다.

포항공대(포스텍) 신소재공학과 한세광 교수는 최근 연속혈당 측정용 스마트 콘택트렌즈를 개발했다.

혈당 조절을 위해 약을 복용하는 당뇨병 환자는 저혈당이 나타날 위험이 있는데 고혈당뿐만 아니라 저혈당에 의해 여러 가지 합병증이 유발될 수 있어서 저혈당과 고혈당을 모두 측정할 수 있는 당센서 기술 개발이 필요하다.

연구팀은 다공성 고분자 하이드로젤에 바이메탈 나노촉매를 충진하는 데 성공, 당센서의 반응속도와 민감도를 높였다.

미량의 눈물 성분이 원활하게 이동할 수 있도록 다공성 구조로 만들어진 하이드로젤에 바이메탈 나노촉매와 당산화효소를 충진해 당센서를 제작했다.

포도당이 들어 있는 눈물이 다공성 하이드로젤에 빠르게 흡수되면서 당산화효소와 반응하게 되고 이때 생성되는 전자의 이동으로 전류의 변화가 생기게 된다.

다공성 하이드로젤에 충진된 바이메탈 나노촉매는 당산화 반응을 빠르게 활성화시키는 역할을 하는데 이로 인해 혈당을 실시간으로 정확하게 측정할 수 있다는 것이 큰 장점이다.

연구 결과 렌즈에 장착된 당센서의 응답시간은 이전 스마트 콘택트렌즈의 절반 수준으로 빨라졌으며, 3주 이상 재현성 있게 고민감도 당 분석이 가능한 것으로 나타났다.

연구팀은 30마리 이상의 토끼실험과 연구자를 대상으로 한 임상시험에서도 스마트 콘택트렌즈로 분석한 눈물 속 당 수치가 기존의 혈당측정기를 이용한 혈당 수치와 잘 일치한다고 설명했다.