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* 도쿄 의과대,하이드로겔에 함유된 보론산의 가역적인 구조적 변화를 활용
* 당이 없을 때 하이드로겔을 탈수시키고 불투과성으로 만드는 조밀한 화합물을 형성
* 포항공대, 눈물 액에 따라 혈당 수치 결정, 적절한 활성 물질을 방출하는 콘택트렌즈 개발
* 스마트 콘택트렌즈는 건강 모니터링 및 치료를 위한 새로운 길을 열 수 있다.

활성 물질 셔틀 및 바이오 센서 "하이드로겔이 약물 적용을 돕는 방법"

하이드로겔은 접착력이나 불투과성 때문에 인기가 있을 뿐만 아니라 외부 영향에 대한 변화 가능성으로 인해 귀중한 의료 보조 수단이 된다. 이것은 활성 성분을 우리 몸에 전달하고 필요에 따라 표적 방식으로 방출할 수 있기 때문이다. 

▲ 지능형 젤 덕분에 인슐린은 혈당 수치가 필요할 때만 작은 카테터에서 방출된다. © Matsumoto et al./ Sci. Adv. 2017

필요할 때 인슐린 전달

이러한 하이드로겔 약물 셔틀에 대한 한 가지 가능한 응용은 당뇨병에서 인슐린 투여다.
지금까지 인슐린이 필요한 환자는 주사를 통해 혈당 호르몬을 투여해야 했다. 이는 고통스럽고 비용이 많이 든다. 도쿄 의과대학의 아키라 마추모토(Akira Matsumoto)와 일본 연구원들은 이에 대한 대안을 개발할 수 있었다. 그들의 솔루션은 "지능형" 하이드로겔로 밀봉된 작은 인슐린 카테터로 구성돼 있다.

이 앙상블은 피부 아래에 이식되어 환자의 혈당에 독립적으로 반응한다.
혈당 수치가 상승하면 물질이 투과성이 되어 카테터를 통해 인슐린을 방출한다. 혈액에 포도당이 거의 없으면 젤이 피부와 같은 층을 형성하여 인슐린 방출이 중단된다. 이것은 하이드로겔에 함유된 보론산의 가역적인 구조적 변화에 의해 가능하다. 당이 없을 때 하이드로겔을 탈수시키고 불투과성으로 만드는 조밀한 화합물을 형성한다. 반면에 산이 포도당과 결합하면 젤이 촉촉하고 투과성이 높아져 인슐린이 통과할 수 있다.

쥐에 대한 테스트는 이러한 인슐린 카테터가 안정적으로 작동함을 이미 보여주었다.
연구팀이 보고한 바와 같이 당뇨병 설치류의 경우 피부 아래에 있는 작은 장치가 몇 주 동안 성공적으로 조심스럽게 포도당 수준을 조절했다. 이러한 결과가 인간을 대상으로 한 임상 테스트에서 확인된다면 지능형 인슐린 젤은 미래에 기존 주사기의 좋은 대안이 될 수 있다.

혈당 센서로서의 콘택트렌즈

한국 포항공대 금도희와 연구원들의 또 다른 접근법은 당뇨병과 하이드로겔에 관한 것이다.
그들은 눈의 눈물 액에 따라 혈당 수치를 결정하고 적절한 활성 물질을 방출할 수 있는 콘택트렌즈를 개발했다. 이 렌즈의 포도당용 바이오 센서는 전도도를 변화시켜 혈당에 반응하는 하이드로겔로 구성된다. 이것은 콘택트렌즈에 있는 두 개의 극도로 미세한 백금 전극에 의해 등록되고 통합 마이크로칩에 의해 평가돼 무선으로 컴퓨터로 전송된다.

콘택트렌즈를 사용하면 앱이나 다른 컴퓨터를 통해 혈당 수치를 지속적으로 모니터링할 수 있다. 동시에 수정체는 치료적으로도 사용할 수 있다. 예를 들어 당뇨병에서 자주 발생하는 망막 손상에 대비할 수 있다.

이를 위해 작은 약물 용기도 렌즈에 통합돼 극히 약한 전기 신호에 반응하여 내용물을 방출한다. 당뇨병 토끼에 대한 첫 번째 테스트에서 연구원들은 당뇨병 망막병증에 도움이 되는 활성 성분인 제니스테인을 성공적으로 적용했다. "이 스마트 콘택트렌즈는 건강 모니터링 및 치료를 위한 새로운 길을 열 수 있다"고 Keum과 그의 동료들이 말했다. (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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