땀을 활용한 '질병 모니터링' 기술 개발
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땀을 활용한 '질병 모니터링' 기술 개발
  • 정 현 기자
  • 승인 2024.05.02 01:14
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- KIST 연구팀, Northwestern University 연구팀, 2년간 공동 연구
- 땀샘 자극 약물 전달과 생체 상태 모니터링 동시 가능한 플렉서블 디바이스 개발
- 낭포성 섬유증 유아 환자 대상 임상 테스트 성공
- 논문, SCI급 국제학술지 'Biosensors & Bioelectronics' 게재

[위즈뉴스] 국내 연구진이 참여한 국제공동연구팀이 땀으로 질병을 모니터링할 수 있는 기술을 개발했다. 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 지난달 23일, 바이오닉스연구센터 김주희 박사와 미국 노스웨스턴대(Northwestern University) 존 로저스(John A. Rogers) 교수로 구성된 공동연구팀이 피부 약물 전달을 통해 운동이 필요 없는 간편한 땀 모니터링 디바이스를 개발했다고 밝혔다.

존 로저스 교수(왼쪽)와 김주희 박사 / 사진=KIST, 노스웨스턴대 홈페이지

이번에 개발한 기술은 운동을 통해 땀을 유도했던 기존 방법과 달리 피부를 통해 땀샘을 자극할 수 있는 약물을 전달해 땀을 유도하는 방식이다.

이번 연구 결과를 담은 논문은 SCI급 국제학술지 'Biosensors & Bioelectronics(IF=12.6)' 최신호 온라인 판에 게재됐다.

논문명은 'A skin-interfaced, miniaturized platform for triggered induction, capture and colorimetric multicomponent analysis of microliter volumes of sweat'이며, 노스웨스턴대 존 로저스 교수와 수산나 맥콜리(Susanna A. McColley) 교수가 공동 교신저자로, KIST 김주희 박사가 제1저자로 참여했다.

공동연구팀의 김주희 박사는 “노스웨스턴대와 2년간 공동 연구를 통해 달성한 성과로 땀 모니터링 디바이스 개발에 있어 기존의 땀 유도 방식의 한계를 해결했을 뿐 아니라, 임상 연구에도 성공함으로써 상용화에 한 걸음 더 가까워진 연구 성과”라고 말했다.

노스웨스턴대 존 로저스 교수는 “앞으로 성인을 포함한 대규모 임상 연구 및 상용화를 위한 후속 연구를 진행할 계획”이라고 말했다. 

국제학술지 'Biosensors & Bioelectronics' 최신호에 게재된 해당 논문
doi.org/10.1016/j.bios.2024.116166

땀에는 당뇨병부터 유전질환까지 다양한 건강 상태를 모니터링할 수 있는 바이오마커가 포함돼 있다.

땀 채취는 혈액 채취와 달리 통증이 없어 사용자들이 선호하는 방법이지만, 검사를 진행하기 위해 충분한 영양소나 호르몬을 땀에서 얻기 위해서는 격렬한 운동을 통해 충분한 땀을 배출해야 했다. 그런데 이런 방법은 운동기능이 제한적인 사람들에게는 적용되기 어렵다는 문제가 있었다.

연구팀은 약물이 포함된 하이드로젤에 전류를 흘려 약물을 피부 밑 땀샘으로 전달할 수 있는 플렉서블(Flexible) 디바이스를 개발했다. 이 디바이스는 작고 부드러워 피부 위에 쉽게 부착할 수 있으며, 약물로 유도된 땀은 디바이스 내 마이크로 플루이딕 채널에 수집돼 바이오센서를 통해 생체 상태를 모니터링 한다. 플루이딕은 땀과 같은 극소량의 액체를 제어하기 위해 마이크로 사이즈를 가지는 채널이 연결된 구조를 말한다.

이처럼 디바이스 부착만으로 땀 속의 바이오마커를 분석할 수 있어 병원을 방문해 검사받아야 하는 번거로움을 줄이고, 검사 과정에서 발생할 수 있는 바이오마커의 오염 가능성도 낮출 수 있어 정확도 또한 높일 수 있다.

연구팀이 개발한 디바이스를 낭포성 섬유증을 앓고 있는 아기에게 부착하고 땀 속의 바이오마커인 염소 농도를 확인한 결과, 병원에서 땀을 채취해 기존 분석 방법으로 진단한 결과와 98% 이상 일치했으며, 피부 온도 및 피부 pH 수치를 확인해 피부에 대한 디바이스 안정성을 확보했다.

낭포성 섬유증은 폐와 소화기관에 점액을 만들어 호흡과 소화에 문제를 일으키는 유전병으로, 주로 유아기에 발현되기 때문에 질병 진행 및 신체 상태에 대한 지속적인 모니터링이 필요한데, 디바이스를 통해 집에서도 간편하게 모니터링할 수 있어 유아 환자와 보호자의 정신적·신체적 스트레스를 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

자료이미지=KIST

[그림설명] 웨어러블 소자를 아이에게 부착하여 테스트하는 모습
아이의 왼쪽 팔에는 병원에서 기존에 쓰이는 유선 장비를 부착하고, 오른쪽 팔은 개발한 기기를 피부에 붙여 땀샘을 자극하는 약물을 전달하는 모습.

이번에 개발한 디바이스는 건강한 성인도 별도의 운동 없이 간편하게 땀 속 바이오마커를 모니터링할 수 있어 비침습적 질병 모니터링 기술인 땀 기반의 디바이스 확대에 기여할 수 있다.

또한, 피부를 통해 약물을 전달하는 기술은 땀을 유도할 뿐만 아니라 피부질환, 피부 상처 등 국소적으로 약물 전달이 필요한 곳에서 약물 전달률을 높여 회복 속도를 높이는 데도 활용될 수 있다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 KIST 주요 사업과 우수신진연구사업으로 수행됐다.


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