상처없이 당뇨병 알아내고, 검사 시간 10배 넘게 줄인 형광물질 개발

PiF를 이용한 PET 영상. 연구진이 PET 영상용 조영제로 만든 PiF를 꼬리 정맥주사로 쥐에게 투여한 뒤 120분 동안 PET 영상을 촬영했다. 사진제공 IBS

국내 연구진이 상처 없이 당뇨병을 빠르고 정확하게 진단할 수 있는 형광물질을 찾아냈다.

기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립연구단 부연구단장인 장영태 포항공대 화학과 교수 연구팀이 국내외 공동연구를 통해 당뇨병 정밀 진단과 조직 검사에 모두 쓸 수 있는 새로운 형광물질을 개발했다고 25일 밝혔다.

당뇨병은 혈액의 포도당 농도를 측정해 진단한다. 하지만 포도당 농도인 혈당 정보만으로는 병 상태를 자세히 알 수 없다. 이에 인슐린 분비를 담당하는 췌장의 베타세포를 수술로 조금 떼어낸 다음 분석해 당뇨병 상태를 자세하게 파악했다.

그러나 당뇨병 진행에 따라 다시 수술하기도 쉽지 않아, 병 진행을 파악하는데 한계가 컸다. 이런 환경에서 연구진은 몸에 상처를 내지 않으면서 베타세포를 시각화하고, 건강한 베타세포 질량을 측정할 수 있는 방법을 찾아냈다.

연구진은 먼저 췌장 베타세포에서 분비되는 인슐린과 결합해 형광을 내는 화합물들을 골라냈다. 그런 다음 양전자단층촬영(PET) 조영제로 사용할 수 있도록 후보 화합물에 불소(F) 원자를 넣어, 췌장 베타세포만 탐지할 수 있는 형광물질 파이에프(PiF, Pancreatic islet Fluorinated probe)를 만들었다.

연구진은 이 파이에프를 당뇨병 모델 생쥐 꼬리에 주입했다. 그리고 2시간 뒤에 광학현미경으로 관찰했더니 PiF가 췌장 베타세포만을 선택적으로 탐지함을 확인했다. 최소 24시간 이상이 필요했던 기존 조직검사를 10배 이상 대폭 단축한 셈이다. 특히 더 많은 인슐린과 결합할수록 형광이 세지는 원리를 활용해, 형광 세기로 건강한 췌장 베타세포 양까지도 확인할 수 있었다.

연구진은 쥐 실험을 통해 PiF로 췌장섬 이식 성공여부를 관찰할 수 있음을 알아냈다. 또 PiF를 PET 조영제로 쓸 수 있음을 동물실험으로 확인했다. PET 영상에서 PiF가 30분 만에 췌장에 도달해 가장 높은 흡수 상태를 나타낸 뒤, 빠르게 몸 밖으로 빠져나가 60분 뒤에는 대부분 사라졌다.

장영태 부연구단장은 “PiF는 광학과 PET 영상에서 양쪽에서 베타세포를 탐지하는 데 쓸 수 있는 형광물질”이라며 “당뇨병 발병 여부와 조기에 진단할 수 있는 도구로 유용할 것”이라고 말했다.

이 연구 결과는 국제학술지 미국화학회지 2월 10일자에 게재됐다.