연구원들은 이 바이오센서 시스템을 적용한다면 통풍을 더 잘 관리할 수 있다고 설명했다.
퓨처리티(Futurity)는 한 연구팀이 학술지 sensors에 최소 침습성 바이오센서 시스템이 통풍 관리에 대한 새로운 열쇠가 될 수 있다는 연구 결과를 실었다고 보도했다.
통풍 진단을 위해 의사들은 종종 통증의 빈도 및 위치, 그리고 염증의 심각성과 같은 임상 기준을 이용하지만, 확실한 진단을 위해서는 관절 사이의 요산 결정의 유무와 양을 검사해야 한다. 이러한 검사 방법은 장비와 인건비 등 비용이 상당히 많이 드는데다가 긴 시간이 소요된다. 이에 연구진은 고령의 통풍 환자들에게 검사를 위한 빈번한 방문이 부담이 될 수 있다고 말한다.
이 연구의 주요 저자인 공대 대학원생인 토쿤보 팔로훈(Tokunbo Palohun)은 "요산의 낮은 수치를 유지하는 것은 통풍 증상을 완화시키는데 매우 중요하다"고 말한다. "이에 우리는 환자들이 쉽게 자신의 혈뇨 수치를 스스로 모니터할 수 있도록 신뢰할 수 있고 사용하기 쉬운 기술을 만들길 원했다"고 말했다.
요산은 요산 산화효소에서 산화되어 알란토인을 생성한다. 연구원들은 이 지식을 바탕으로, 산소를 위한 센서로 알려진 벤조포르피린(benzoporphyrin)을 사용하여 간접적으로 요산 수치를 관찰할 수 있는 시스템을 개발하는데 이용했다.
벤조포르피린은 광학 바이오센서 설계에 가치가 있는 독특한 광학적 특성을 가진 복잡한 분자다. 발광다이오드(LED)에서 나오는 빛에 맞으면 벤조포르피린에 열기가 생기고, 잠시 후 초과량을 단계적으로 잃은 후 마침내 빛을 발산한다. 그러나 산소 원자는 에너지가 공급된 상태에서 벤조포르피린의 시간이나 수명에 영향을 미칠 수 있다.
충돌을 통해 산소 원자는 벤조포르피린으로부터 과다한 에너지의 일부를 빼앗을 수 있다. 따라서 산소 원자가 적으면 벤조포르피린과 부딪히는 수가 적어지며, 벤조포르피린 수명은 비례적으로 증가하게 된다. 연구자들은 요산 수치가 높을 때 알란토인을 만들기 위해 더 많은 산소가 사용되기 때문에 벤조포르피린 수명은 더 길어져야 한다고 생각했다.
미국 텍사스주에 있는 주립 종합대학교인 텍사스A&M대학교의 생명공학과 학과장이자 교수인 마이크 맥셰인과 팔로훈은 이러한 근거를 토대로 벤조포르피린의 수명을 측정하는 기술을 세웠다. 이들의 기술은 두 가지 주요 요소로 구성되었는데, 벤조포르피린에서 빛을 생산하고 방출되는 빛을 모으는 광학 장치와 요산 산화효소 및 벤조포르피린 캡슐화를 위한 생체 적합 하이드로겔 플랫폼이다.
연구진은 인체와 유사한 환경을 만들기 위해 직경 밀리미터의 얇은 디스크인 하이드로겔 조각들을 식염수가 채워진 챔버에 넣어 산소를 지속적으로 공급하고, 인체의 체온과 유사한 섭씨 37도(화씨 98.6도)로 유지되도록 했다. 그 후 각각의 방에, 그들은 각기 다른 상태의 소변을 넣은 다음 광학 시스템에 연결된 외부 컴퓨터가 벤조포르피린의 수명을 계산하여 보고하였다.
연구진이 예상했던대로 LED 조명을 켜면 각 챔버의 요산 수치가 벤조포르피린의 수명에 직접적인 영향을 미친다는 결과가 나왔다. 이는 즉, 소변량이 더 많으면 충돌에 사용할 수 있는 산소 원자가 더 적어지고, 결과적으로 벤조포르피린의 수명은 더 높아지는 것이었다.
연구진은 광학 바이오센서 시스템의 장기적인 안정성을 확보하기 위해서는 향후 임상 실험의 활용에 적합하도록 추가 실험이 필요하다는 입장을 밝혔다.
하수지 기자
suji@healthinnews.co.kr