[바이오타임즈] 당뇨병은 혈중 포도당의 농도가 높아지는 고혈당으로 인해 소변에서 포도당을 배출하는 대사질환의 일종이다. 인슐린 분비량이 부족하거나 정상적으로 기능하지 않을 때 발생한다. 인슐린을 얼마나 분비하느냐에 따라 제1형과 제2형으로 나눠진다. 

대한당뇨학회에 따르면 2018년 기준 30세 이상 성인의 당뇨병 유병률은 13.8%로 나타났다. 인구로 환산하면 당뇨 환자는 494만 명이다. 즉, 성인 7명 중 1명은 당뇨병을 앓고 있는 셈이다. 

당뇨병은 한 번 발병하면 비만, 혈관장애, 감염증 등 심각한 합병증을 유발할 수 있는 만큼, 관리와 완치가 어려운 질환 중 하나로 꼽힌다. 특히 코로나19와 같은 감염병이 확산되면 중증 질환으로 발전할 수 있어 발병 전부터 예방하는 것이 중요하다. 

◇이탈리아 연구팀, 체내 섭취 가능한 인슐린 투여 로봇 개발

바이오텍 업계가 당뇨병 치료를 위한 신기술 개발에 주목하고 있다. 체내에서 인슐린이 거의 분비되지 않는 제1형 당뇨병 환자의 경우 정해진 시간마다 매일 인슐린을 투약한다. 여기에 섭취한 음식 속 탄수화물 양을 일일이 확인하고 그에 맞는 인슐린양을 계산하는 것이 필수다. 식사 전에 미리 인슐린을 주사하거나 식사 정보를 매번 확인하는 번거로움도 있다. 

바이오테크 업계는 당뇨병 환자가 겪는 번거로움을 줄이기 위해 인공지능(AI) 기반의 당뇨병 로봇 치료 기술 개발에 주력하고 있다. 식사 정보나 시간을 자동으로 계산해 인슐린을 주입하는 데 목적을 둔다. 

18일(현지시각) 미국 IT전문매체 <엔가젯>에 따르면 이탈리아 바이오 로보틱스 연구소 등 연구팀은 주삿바늘 없이 당뇨병 환자에게 인슐린을 투여하는 로봇 PILLSID(PILl-refiLled implanted System for Intraperitoneal Delivery)를 개발했다고 보도했다. PILLSID는 당뇨병 환자가 섭취할 수 있는 로봇으로 체내에서 인슐린을 전달하는 역할을 한다. 인슐린 분사기와 자기캡슐로 구성돼 있다. 

의사가 당뇨병 환자 체내에 인슐린 분사기를 이식 후 당뇨병 환자는 자기캡슐을 복용하면 된다. 자기캡슐은 자석이 물건을 끌어당기는 것처럼 인슐린 분사기까지 체내 소화기관을 따라 이동한다.

자기캡슐이 인슐린 분사기에 도달하면 인슐린 분사기는 바늘을 통해 인슐린을 전달한다. 인슐린이 채워지면 자기캡슐은 소화기관을 따라 이동하면서 인슐린을 주입한다. 자기캡슐 속 인슐린이 모두 주입되면 배변을 통해 환자의 체내 밖으로 나오는 원리다. 

PILLSID가 무선 충전 방식인 만큼, 의사와 환자가 PILLSID를 유지∙관리하기 쉽다는 게 특징이다. 연구팀은 “PILLSID는 환자에게 얼마의 인슐린이 필요한지 등도 자동으로 계산한다”며 “한 번이 아닌 여러 차례 인슐린을 투여해야 하는 환자 사이에서 선호도가 높을 것”이라고 설명했다. 

연구팀은 다음 단계로 PILLSID 안에 체액이 들어가지 않기 위한 연구를 진행할 계획이다. 연구팀에 따르면 당뇨병에 걸린 돼지 3마리를 대상으로 실험한 결과, PILLSID가 몇 시간 동안 돼지의 인슐린 수치를 조절한다는 것을 발견했다. 하지만 일부는 돼지의 체액이 로봇 안으로 스며들기도 했다. 

연구팀은 “PILLSID가 실제 의료계에서 사용할 때까지는 시간이 좀 걸릴 것”이라고 예상하며 “PILLSID와 같은 인체 내부로 주입하는 로봇 장치가 다른 질병에도 유용하게 사용될 것”이라고 말했다. 

◇포스텍 연구팀, 개인화∙자동화 기반 AI알고리즘 연구

한편 한국에서도 AI를 활용한 당뇨병 치료 로봇 개발을 진행 중이다. AI가 높은 수준의 정확도로 당뇨병을 탐지하고 관리할 수 있는 시스템이다. 

포스텍 창의IT융합공학과 박성민 교수 연구팀은 지난 2월 AI 기반 인공췌장 기술을 발표했다. AI의 강화학습(reinforcement learning)을 활용해 당뇨병 환자에게 맞는 인슐린양을 계산해 자동으로 주입하는 AI알고리즘이다. 

연구팀은 알파고 알고리즘으로 알려진 강화학습에 약리학 개념을 추가해 AI알고리즘을 개발했다. 그 결과, 미국 FDA승인 가상 제1형 당뇨병 환자에서 하루 평균 89.56%의 정상혈당 범위를 유지하는 것을 발견했다. 식사량을 입력해야 하는 기존 인공췌장 알고리즘과 달리 식사 정보 없이도 개인화와 자동화 측면에서 높은 혈당관리 성능을 보였다는 게 연구팀의 설명이다. 

박 교수는 “완전 자율화된 인공췌장은 의료분야에서의 자율주행과 같다”며 “이번에 개발된 AI 알고리즘은 식사량을 따로 입력하는 번거로움 없이 완전히 자동화된 개인맞춤형 혈당 관리를 가능하게 한다”고 말했다. 또 “현재 동물실험을 진행 중”이라며 “이 알고리즘은 약물을 기반으로 한 다른 치료에도 확장할 수 있을 것으로 기대한다”고 덧붙였다. 
 

[바이오타임즈=염현주 기자] yhj@biotimes.co.kr

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