눈물 성분으로 혈당 측정 ‘스마트 콘택트렌즈’ 등장

연세대·경북대·KIST 공동연구 결과…‘시간 개념’ 도입해 정확도 높여

(사진제공=세브란스병원)

눈물의 성분을 분석해 혈당을 확인할 수 있는 ‘스마트 콘택트렌즈’가 제작됐다.

연세대학교 의과대학은 김자영 의공학교실 교수, 이용호 세브란스병원 내분비내과 교수, 박장웅 연세대학교 신소재공학과 교수·박원정 연구원, 김홍균 경북대학교병원 안과 교수, 김정호 경북대학교 의과대학 연구원, 김주희 한국과학기술연구원 연구원 등이 참여한 공동 연구팀이 실시간으로 눈물 속 생체 지표를 측정해 정확하게 혈당을 측정할 수 있는 스마트 콘택트렌즈를 개발했다고 5일 밝혔다.

혈당이 높은 당뇨병은 대부분의 신체 부위에 합병증을 유발한다. 혈당 수치는 식사 등 생활방식에 따라 쉽게 변해 실시간으로 측정해야 하는데, 혈액 채취를 위해 환자들이 바늘로 손가락을 찔러야 하기 때문에 신체‧정신적 고통은 물론 2차 감염 위험도 있다.

침이나 땀, 소변 등 타액은 오염도가 높아 측정 수단으로 삼기에는 어려움이 있다. 이에 접근성은 높지만, 오염도는 낮은 눈물을 이용한 방식이 주목받고 있다. 눈물은 안구 습도 유지를 위해 계속 분비되고 눈꺼풀이 오염을 막아준다. 지금까지 눈물 속 당과 혈당 사이 연관성이 있는지 확인한 연구는 없었다.

연구팀은 당을 측정하는 고감도 센서와 이를 휴대기기로 전송하는 무선 통신용 안테나가 내장된 스마트 콘택트렌즈를 제작해 임상 시험을 시행했다. 시판 중인 콘택트렌즈와 같은 재료로 만들어 착용 시 이물감이 적고 시야를 가리지 않았다.

연구팀은 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 나온 반사눈물 속 당과 혈당의 상관관계는 줄었다.

그러나 렌즈 착용 후 1~3분이 지나자 눈물당 수치가 안정되며 혈당과의 상관관계가 다시 높아졌다. 연구팀은 반사눈물로 인한 일시적인 상관관계 변화가 기존에 눈물로 혈당을 측정할 수 있는지 논란이 있었던 이유였다고 설명했다.

이후 연구팀은 ‘안정화 시간’을 거쳐 임상 시험을 진행했다. 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 등락했다.

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.

끝으로 ‘일치 오류 격자’ 분석을 통해 눈물당 수치를 기반으로 혈당 수치를 예상한 뒤, 실제로 혈당을 쟀다. 일치 오류 격자 분석법은 혈당 측정기의 정확도를 판단하는 데 사용하는 방식이다. 연구팀이 예상한 혈당 수치는 혈당 측정기를 통한 결과와 오차가 거의 없었다.

이용호 교수는 “시간 개념을 도입해 기존에 눈물을 이용한 혈당 분석 연구가 지지부진했던 원인을 해결하면서 눈물당과 혈당 수치의 상관관계를 명확히 확인했다”며 “스마트 콘택트렌즈가 당을 비롯해 눈물로 확인할 수 있는 콜레스테롤, 안압 등을 정확히 측정할 수 있어 다른 질환 진단과 치료에도 적용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications, IF 16.6)’ 최신 호에 실렸다.