(Optical image of an O2-Macrodevice submerged in liquid water, generating oxygen (bottom) and hydrogen (top) bubbles without the need for any batteries or wires. Credit: Claudia Liu and Dr. Siddharth Krishnan, MIT/Boston Children’s Hospital)
1형 당뇨 환자나 진행된 2형 당뇨 환자의 경우 거의 평생 인슐린 주사를 맞아야 할 수 있습니다. 하루에 몇 번이고 주사기로 몸을 찌르는 일은 매우 곤욕이고 정확한 용량을 맞추는 일 역시 힘들기 때문에 과학자들은 여러 가지 대안을 만들었습니다. 인슐린 펌프가 가장 대표적인 사례인데, 별도의 펌프를 계속 붙이고 계속 관리해야 하기 때문에 불편한 점은 여전히 존재합니다.
현재 이에 대한 대안으로 연구가 활발한 부분이 인슐린을 분비하는 췌장의 베타 세포를 분리한 후 배양해 이식하는 것입니다. 하지만 환자 자신의 것이 아닌 베타 세포는 면역 시스템에 인식되어 공격 받기 때문에 여러 가지 문제가 있습니다. 이를 극복하기 위해 면역 억제제를 사용하는 것은 또 다른 문제를 일으킵니다.
다른 대안은 베타 세포를 면역 세포가 파고들 수 없는 막으로 쌓고 혈액 속의 포도당이나 인슐린은 통과하게 만드는 것입니다. 하지만 이 역시 산소 같은 물질이 충분히 교환되게 만들지 못해 외부에서 산소를 공급해줘야 하는 단점이 있었습니다. 산소를 충분히 공급하려면 역시 적혈구가 있는 혈액이 공급되어야 하는데, 그렇게 하면 면역 세포도 같이 들어오게 됩니다.
MIT의 연구팀은 이 한계를 극복하기 위해 양성자 교환막 (proton-exchange membrane)을 지닌 특수한 임플란트를 개발했습니다. 이 막은 스스로 물을 수소와 산소를 분리해 산소는 세포에 공급하고 수소는 흡수되어 사라지게 만듭니다. 쥐에 이식한 결과 2V 정도의 낮은 전압으로 충분한 양의 산소를 생산할 수 있어 상당히 오랜 시간 세포를 유지할 수 있었습니다. 필요한 전력은 외부에서 무선으로 전달할 수 있습니다.
여전히 외부에서 도움을 주어야 하긴 하지만, 일단 베타 세포가 별도의 배터리나 산소 공급 장치 없이 혈당을 조절해주기 때문에 인공 췌장의 꿈에 한 걸음 더 다가간 기기로 생각할 수 있습니다. 하지만 가장 궁극적인 형태는 환자 자신의 줄기 세포에서 베타 세포를 배양한 후 면역 거부 반응 없이 몸에 이식할 수 있는 게 아닐까 생각합니다.
참고
https://medicalxpress.com/news/2023-09-implantable-device-enable-injection-free-diabetes.html
Krishnan, Siddharth R. et al, A wireless, battery-free device enables oxygen generation and immune protection of therapeutic xenotransplants in vivo, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2311707120. doi.org/10.1073/pnas.2311707120
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