눈물로 혈당 측정 가능한 ‘스마트 콘택트렌즈’ 개발

의과대학 김자영·이용호 교수,신소재공학과 박장웅 교수·박원정 연구원 연구팀

의과대학 김자영(의학공학)·이용호(내과학) 교수, 신소재공학과 박장웅 교수·박원정 연구원 연구팀은 실시간으로 눈물 속 생체 지표를 측정해 혈당을 정확하게 측정할 수 있는 스마트 콘택트렌즈를 개발했다고 밝혔다.

여러 합병증을 유발하는 당뇨병은 식사를 비롯한 생활방식에 따라 수치가 수시로 변해 실시간 측정이 중요하다. 그동안 환자들은 바늘로 손가락을 찔러 혈당을 측정했지만, 신체‧정신적 고통은 물론 2차 감염의 우려도 높았다. 이외에도 침이나 땀, 소변 등 체액을 활용한 방식이 있으나, 오염도가 높아 측정 수단으로 부적합한 한계를 갖고 있었다.

이에, 뛰어난 접근성과 낮은 오염도를 가진 눈물을 이용한 측정 방식이 주목을 받고 있다. 눈물은 안구의 습도 유지를 위해 지속적으로 생산되고 눈꺼풀이 오염을 막아 혈당 측정에 용이하다. 그런데 아직까지 눈물 속 당과 혈당 사이의 연관성을 확인한 연구는 없었다.

연구팀은 당을 측정하는 고감도 센서와 이를 휴대기기로 전송하는 무선 통신용 안테나가 내장된 스마트 콘택트렌즈를 제작했다. 스마트 콘택트렌즈는 시판 중인 콘택트렌즈와 동일한 소재로 만들어져 착용 시 이물감이 적고 시야를 가리지 않게 제작됐다.

연구팀은 동물 실험을 통해 여러 종류의 눈물 중 혈당과 관련이 있는 유형을 확인했다. 눈물은 크게 눈을 깜빡일 때마다 흘러 청결을 유지하는 기본눈물, 감정에 의해 나오는 감정눈물, 외부 자극으로 흐르는 반사눈물로 구분된다.

실험 결과, 연구팀이 의도적으로 가한 자극으로 발생하는 반사눈물은 혈당 변화와 관련이 높지 않았다. 하지만 렌즈 착용 후 일정 시간(1~3분)이 지나자 눈물당 수치가 안정되며 혈당과의 상관관계가 다시 높아졌다.

연구팀은 안정화 시간을 거쳐 임상 시험을 진행했다. 정상이거나 당뇨를 앓는 토끼와 강아지 각 8마리, 사람 10명을 대상으로 스마트 콘택트렌즈로는 눈물당을, 혈당 측정기로는 혈당을 측정했다. 그 결과 모든 시험에서 혈당 수치의 변화에 맞춰 눈물당도 같이 등락하는 것을 확인할 수 있었다.

이때 실험 대상자들의 눈물당 등락은 개별적으로 시간차를 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 도출되어 유의미한 상관관계를 보였다.

끝으로. 연구팀은 혈당 측정기의 정확도를 판단하는 데 사용하는 ‘일치 오류 격자’ 분석을 통해 혈당 수치를 추정하고 실제 혈당을 쟀다. 분석 결과 예상 혈당 수치는 혈당 측정기를 통해 측정한 결과와 유사한 값을 보였다.

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