땀 분석을 이용해 생물학적 연령과 스트레스 저항성을 확인하는 방법

실제 나이는 신체의 실제 상태에 대해 거의 알려주지 않습니다. 같은 나이의 두 사람이라도 지구력, 위험, 그리고 치료 반응 측면에서 근본적으로 다를 수 있습니다. ETH 취리히, Empa, Caltech, 그리고 바젤 대학병원으로 구성된 연구팀은 AGE RESIST(AGE clock for RESIlience in SweaT) 프로젝트를 시작합니다. 과학자들은 웨어러블 센서를 통해 지속적으로 수집되는 땀 분자를 기반으로 생물학적 나이와 "회복탄력성"(스트레스와 긴장에 대한 저항력)을 정확하고 쉽게 평가하는 방법을 연구하고자 합니다. 이 프로젝트의 목표는 복잡한 실험실 패널을 피부에 부착하여 개인 맞춤형 의학적 결정을 내리고 치료의 부작용을 줄이는 편리한 "연령 시계"로 활용하는 것입니다. 이 프로젝트는 스위스 국립과학재단(SNSF)의 지원을 받고 있습니다.

연구 배경

달력(연대기) 연령은 신체의 실제 상태, 즉 지구력, 질병에 대한 취약성, 치료 내성을 예측하는 데 있어 정확도가 낮습니다. 이러한 이유로 최근 몇 년 동안 생물학적 연령 "시계"가 빠르게 개발되어 왔습니다. 하지만 이러한 시계 중 다수는 값비싼 실험실 패널(혈액, "오믹스")에 의존하고, 간헐적으로 결과를 제공하며, 항상 임상적 부가가치를 입증하지는 못했습니다. 이러한 배경에서 AGE RESIST 프로젝트(ETH 취리히, Empa, Caltech, 바젤 대학병원)는 다른 방식을 제시합니다. 땀에서 새로운 바이오마커를 찾고, 웨어러블 센서를 사용하여 지속적으로 판독하여 "나이"뿐만 아니라 스트레스 저항력과 회복률까지 평가하는 것입니다. 이 "시계" 접근법은 환자의 실제 신체 상태에 맞춰 개입 강도를 선택하여 부작용을 줄이는 개인 맞춤 치료를 위한 도구로 고안되었습니다. 이 프로젝트는 스위스 국립과학재단(SNSF)의 지원을 받고 있습니다.

땀은 왜 필요할까요? 땀은 생리학을 들여다볼 수 있는 편리한 창을 제공합니다. 전해질, 대사산물, 스트레스 및 염증 지표를 바늘 없이 실시간으로 측정할 수 있습니다. 피부 인터페이스 플랫폼은 최근 몇 년 동안 유연한 전기화학 패치, 미세유체 수집기, 그리고 정적 값뿐만 아니라 분석 물질의 역학을 추적할 수 있는 수시간 센서를 통해 비약적으로 발전했습니다. 이는 회복탄력성에 중요합니다. 예측되는 것은 절대 농도가 아니라 열/부하에 대한 반응의 양상과 심박수, 호흡, 심부 체온과 관련된 "회복 곡선"의 모양입니다.

AGE RESIST에서는 이 아이디어를 실제로 적용하고 있습니다. 연구팀은 휴대용 땀 센서를 개발하고, 기후 챔버에서 프로토타입을 테스트하며, 분자 신호를 생리학적 신호(심박수, 호흡수, 심부 체온 등)와 결합하여 연령+회복탄력성 모델을 학습시키고 있습니다. 이 프로젝트는 노에 브라지에(ETH 취리히)가 이끌고 있으며, Empa 측에서는 사이먼 아나하임이 센서 부서를 담당하고 있습니다. 이를 통해 클리닉에서 편리한 "연령 척도"를 개발하여 여권 연령이 아닌 생리적 연령을 기반으로 치료 및 재활 계획을 수립하는 데 도움을 줄 것으로 기대됩니다.

맥락은 하나의 프로젝트보다 더 광범위합니다. 후성유전학, 전사체학, 단백체학 등 고전적인 "시계"가 빠르게 발전하고 있지만, 2024년에서 2025년에는 그 한계와 "재조정"(혈구 구성 의존성, 다양한 집단에 대한 모델 재구성, 임상으로의 이동성)에 대한 논의가 활발하게 진행되고 있습니다. 2023년 학술 의제에서 처음 체계적으로 제안된 땀/웨어러블 "시계"라는 아이디어는 실험실 바이오마커와 일상적인 모니터링 사이의 간극을 메웁니다. 노화의 역동적인 측면, 즉 시스템이 어려움에 대응하고 회복하는 능력을 포착하고자 합니다.

작동 방식

연구진은 새로운 분자 바이오마커를 동시에 판독하고 이를 생리적 지표(심박수, 호흡수, 심부 체온 등)와 결합하는 휴대용 땀 센서를 개발하고 있습니다. 생체모방 멤브레인 및 섬유(EMPA) 연구소의 사이먼 애너하임에 따르면, 이 피부 센서의 정밀성은 신체 상태에 대한 지속적이고 신뢰할 수 있는 데이터를 제공합니다. 연구팀은 열과 부하를 가할 수 있는 기후 챔버에서 프로토타입을 테스트하고 있습니다. 이러한 데이터 스트림을 기반으로 부하에 대처하고 회복하는 능력을 생물학적 연령 및 회복력과 연결하는 "시계 장치" 알고리즘을 학습시킬 것입니다.

이 프로젝트를 주도하는 사람은 누구이며, 이 프로젝트는 무엇을 바꿀 것인가?

이 프로젝트를 시작한 사람은 노에 브라지에르 박사(ETH 취리히, 중개의학 연구소)입니다. 이 프로젝트에는 ETH, Empa, Caltech, 바젤 병원의 임상, 감각 및 재료 전문가들이 참여합니다. 만약 이 "시계"가 재현성과 예측 가치를 입증한다면, 종양학, 심장학, 정형외과, 노인병학 등 특정 분야를 위한 여권이 아닌 "생리학적" 연령을 기반으로 치료 및 재활 강도를 선택하는 데 사용될 수 있습니다. 이상적으로는 이를 통해 "과잉 치료", 부작용, 그리고 적시 치료 기회 상실을 줄일 수 있습니다.

자원봉사자 모집: 참가자들이 경험하게 될 것

현재 파일럿 연구 참가자 모집이 진행 중입니다. 44-54세 또는 60-70세 연령대에서 체질량지수(BMI)가 30 미만이고 독일어 또는 영어에 능통하며 약 1시간 동안 운동을 할 의향이 있는 남녀를 모집합니다. 참가비는 체력 평가(폐활량 측정), 생물학적 연령 평가, 혈액 검사 결과, 그리고 200 CHF(교통비 포함)입니다. 연구 장소는 장크트갈렌의 엠파(Empa)입니다. 연구 과정은 총 3회 방문(총 6시간)으로 구성됩니다. 첫 번째 방문은 가벼운 온열 운동과 휴식 시간을 병행하는 사이클링 운동(땀을 측정하고 비침습적 센서를 통해 지표를 기록합니다), 두 번째 방문은 "코어" 온도 모니터링을 위한 센서 캡슐 제거 여부를 확인하는 짧은 방문입니다. 데이터는 기밀로 유지되며, 참가자에게 어떠한 의학적 혜택도 보장되지 않습니다.

왜 땀을 흘리나요?

땀은 신진대사를 들여다보는 "창"입니다. 전해질, 대사산물, 염증 및 스트레스 지표를 포함하고 있으며, 바늘 없이 지속적으로 측정할 수 있습니다. 간헐적인 혈액 검사와 달리, 웨어러블 센서에서 나오는 땀은 신체가 자극(열, 부하)에 어떻게 반응하고 얼마나 빨리 회복하는지에 대한 역학 관계를 제공합니다. "나이 측정기"의 경우, 한 번에 얼마나 많은 분자가 존재하는지뿐만 아니라 회복 곡선의 진폭, 속도, 모양과 같은 반응 프로파일도 중요합니다. 심박수, 호흡, 심부 체온과 함께 이는 회복력의 디지털 "초상화"로 변환되며, 이는 개인 맞춤 치료의 핵심입니다.

정확히 무엇을 측정하고, 어떻게 해석하는가?

파일럿 실험에서 팀은 다음을 비교합니다.

• 땀 속의 분자: 생물학적 연령과 스트레스 반응을 나타내는 새로운 후보 바이오마커.
• 생리학: 심박수, 호흡, 체온(감각 캡슐을 삼킴), 피부 지표.
• 지구력 및 "내열성": 열 제어 사이클링 및 회복.
  이후 수집된 데이터는 연령대별 및 반복 실험에 걸쳐 검증된 연령-내열성 모델로 통합됩니다. 임상의가 쉽게 사용하고 이해할 수 있는 임상적 부가가치를 제공하는 도구를 개발하는 것이 목표입니다.

이것이 내일 유용할 수 있는 곳

• 중재 계획. 수술이나 중환자 치료 전에 "생리적" 연령과 예비력을 평가하여 위험도를 더욱 정확하게 조절합니다.
• 재활 및 스포츠 의학. 시간 경과에 따른 회복력을 모니터링하고, 적절한 시기에 부하를 조절하며, 과부하를 모니터링합니다.
• 노인과 만성 질환: 임상적 사건이 발생하기 훨씬 전에 회복력의 '격차'를 파악하고 치료를 개인화합니다.

간단히 말해서 - 가장 중요한 것은

• AGE RESIST는 땀에서 생물학적 연령과 회복력을 나타내는 바이오마커를 찾아 웨어러블 센서가 이를 지속적으로 "읽도록" 훈련합니다.
• 이 프로젝트는 취리히 연방공과대학교(ETH Zürich), EMPA, 칼텍(Caltech), 그리고 바젤 클리닉(Basel Clinics)이 주도하고 있으며, SNSF(사회과학재단)의 지원을 받고 있습니다. 이 프로젝트의 목표는 개인 맞춤형 의료를 위한 연령별 "시계"를 개발하는 것입니다.
• 시범 시행 - 3회 방문, 부드러운 열에서 사이클링 부하, 핵심 온도를 위한 감각 캡슐, 보상 200 CHF.

출처: Empa의 AGE RESIST 프로젝트 페이지.