혈액 부족의 해결책! 인공 혈액 Artificial Blood
< 인공혈액 >
1. 인공 혈액 개발의 현 주소
인공 혈액 개발은 전 세계적으로 중요한 연구 분야 중 하나로, 이제 막 상용화를 위한 준비 단계에 접어들고 있다. 일본에서는 헤모글로빈을 인지질로 구성된 인공 세포막으로 둘러싸 저장성을 높인 인공 적혈구인 HbV(Hemoglobin Vesicle)를 개발하였다. 이는 장기 보관이 가능하고 저장 중 변질되지 않으며 냉동 보관이 필요 없는 등, 의료 현장에서 매우 유용하다.
2025년에는 HbV의 임상 2상 시험이 예정되어 있으며, 성공적으로 임상 2상을 통과하면 임상 3상 시험으로 이어지며 이는 상용화로 가는 마지막 단계가 될 것이다. 또한 한국 ‘ㄷ’ 기업에서도 인공 혈소판의 개발을 진행중이며, 2025년 임상 1상 시험을 진행할 예정이라고 한다.
2. 인공 혈액 대체제의 종류
건강한 사람의 경우 혈액은 ‘혈장’이라고 부르는 액체 55%, ‘혈구’라고 부르는 세포 성분 45%로 이루어져 있다. 혈액 내에서 산소를 운반시키는 인공 혈액 기술은 다양한 방식으로 연구되고 있으나, 대표적으로 헤모글로빈에 기반하여 산소를 운반시키거나 적혈구 모방한 입자로 적혈구를 대체하는 방향으로 이루어진다. 더 나아가, 인체에서 기원하지 않은 물질로 적혈구를 대체하는 것이 아니라 줄기세포를 통해 적혈구를 직접 생성하는 기술까지 개발되었다.
iPSC(인간 유도 만능 줄기세포) 기술은 줄기세포를 혈액 전구세포로 분화시켜 적혈구를 생성할 수 있다. 이 방법은 지속적으로 적혈구를 생산할 수 있는 공급원이 되지만 현재 아직 연구 단계에 있다. 이 기술은 일반적인 혈액형의 혈액을 만들 수 있을 뿐만 아니라 희귀 혈액 질환 환자에게 유용하다.
HBOC(헤모글로빈 기반 산소 운반체)는 인간이나 소에서 헤모글로빈을 직접 추출하거나 유전자 조작을 통해 헤모글로빈을 추출하여 적혈구와 같이 산소를 운반하도록 돕는 기술이다. 헤모글로빈을 그대로 사용하면 신장에 무리를 주며 고혈압을 일으키기에 헤모글로빈을 화학적으로 변형시키거나, 헤모글로빈을 캡슐에 담아 사용한다. 대표적으로 노스필드 연구소의 PolyHeme과 일본 나라 의과대학에서 개발한 HbV(헤모글로빈 소포체)가 있는데, PolyHeme 기술은 다수의 헤모글로빈 분자를 중합시켜 크기를 키우고 신장에서 여과되지 않도록 하며 HbV는 헤모글로빈을 리포솜과 같은 소포 캡슐에 저장하여 헤모글로빈이 독성을 유발하는 것을 방지하고 더 긴 순환 시간을 제공한다.
헤모글로빈이 아닌 물질을 산소 운반체로 사용하기도 한다. 산소와 이산화탄소를 포함한 다량의 기체를 녹일 수 있는 PFC(과불화탄소 기반 산소 운반체)가 사용되는데, 이것은 체내에서 문제를 일으키는 화학 반응을 일으키지 않으며 산소를 운반할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 PFC는 수술 중 조직으로의 산소 전달을 강화하거나, 급성 빈혈에 사용하는 등 특정 임상 환경에서 일시적으로만 사용할 수 있는 개발 단계에 있다.
이외에도 인공 혈소판, 인공 백혈구와 같은 다른 종류의 혈구를 대체할 기술도 개발되었으나 환자에게 긴급히 수혈이 필요한 상황은 대부분 환자의 체내 조직에 산소를 전달하기 위한 적혈구가 필요한 경우가 대부분이므로 적혈구와 관련된 기술에 관한 연구가 가장 활발한 편이다. 2025년이 1상 임상 시험이 예정된 인공 혈액 기술도 HbV(헤모글로빈 소포체)에 기반하였다.
3. 식품의약품안전처 가이드라인 요청
앞서 언급했듯, 한국에서도 인공 혈액이 개발되면 임상시험에 돌입하게 될 것이다. 하지만 개발 기업 관계자는 현재 식품의약품안전처의 인공혈액 관련 임상시험 가이드라인이 전무한 상황이기 때문에 임상시험계획(IND) 제출 및 제조공정(CMC) 등에 필요한 서류 등 관련 가이드라인이 필요하다고 조언하였다. 여전히 법적 규제와 윤리적 문제 해결, 그리고 대규모 생산 가능성에 대한 기술적 도전 과제가 남아 있다. 인공혈액이 대중적인 의료 옵션으로 자리잡기까지는 아직 시간이 필요하지만 현재까지의 연구 결과는 매우 희망적이며, 향후 몇 년 내에 긴급한 의료 상황에서 인공혈액이 사용될 수 있는 가능성이 점차 커지고 있는 추세이다.
4. 인공 혈액의 안전성과 효능을 위해 추가적으로 필요한 연구
아직 인공 혈액이 완전히 천연 혈액을 대체할 수는 없기 때문에 임상 시험과 규제 기준 마련과 더불어 추가적인 연구와 기술이 필수적이다. 이런 연구와 기술적 접근은 인공 혈액의 안정성과 효능을 높여 의료 분야의 혁신을 이끌어낼 것으로 기대된다.
우선, 인공 혈액의 성분이 인체에 미치는 독성을 평가하고, 장기 사용에 따른 부작용을 사전에 파악하는 연구가 필요하다. 면역 시스템에 미치는 영향을 연구해서 면역 반응을 최소화하는 방법도 개발해야 한다.
효능 개선 연구도 중요하다. 인공 혈액의 산소 및 이산화탄소 운반 능력을 높이기 위한 헤모글로빈 기반 제품 개발이 활발히 진행되고 있고, 혈액의 응고 기능을 모방하는 연구도 필요하다. 또한, 미세유체 기술을 통해 혈액과 유사한 물리적 특성을 가진 유체 개발도 중요하다.
5. 인공 혈액 상용화 시 기대되는 점과 응용 분야
인공 혈액은 적합성 검사가 필요 없고, 혈액 매개 감염이 없으며, 유통기한이 길고 냉장 보관이 필요 없다는 장점이 있다. 따라서 인공 혈액이 상용화 된다면 의료 분야 등 여러 응용 분야에 혁신적인 변화를 불러올 것이다.
첫째, 응급 의료 분야에서 인공 혈액의 상용화는 긍적적인 도움이 될 것이다. 재난 상황이나 전쟁 등 대량의 혈액이 필요한 대규모 사고 발생시 인공 혈액이 신속하게 공급된다면 응급 의료 서비스의 효율성을 크게 향상시킬 것이다.
둘째, 인공 혈액은 혈액 대체제로서 혈액 수급 문제와 수혈의 위험성을 해결하는 데 기여할 수 있다. 저출산 및 고령화로 인해 점점 줄어드는 헌혈량에 대비하여 인공 혈액은 안정적인 공급원으로 기능할 수 있다. 또한, 혈액 매개 감염병의 위험이 적어 면역력이 약한 환자에게 더욱 안전할 것이다. 즉, 환자 치료의 연속성을 보장하고, 의료 시스템의 부담을 줄이는 데 중요한 역할을 할 것이다.
셋째, 재생 의료 분야에서도 인공 혈액의 활용 가능성이 높다. 인공 혈소판은 다양한 조직 재생 인자를 포함하고 있어 골관절염 치료제 개발에 기여할 수 있다. 현재 동물 실험에서 유효성과 안전성이 확인되었으며, 향후 임상 시험을 통해 실제 치료제로 자리 잡을 가능성이 크다. 또한, 줄기세포를 활용한 인공 혈액 기술 개발은 부작용이 적고, 재생의료의 새로운 지평을 열 것으로 기대된다.
마지막으로, 인공 혈액 기술은 신약 개발에도 활용될 수 있다. 특히, 인공 혈소판은 혈우증 환자들에게 새로운 길을 열어줄 수 있다. 이외에도 다양한 질병 치료에 기여할 수 있는 가능성을 지니고 있으며, 특히 혈액제제 기반의 치료제로 범위를 확장할 수 있다.
참고문헌
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6. http://www.hitnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=52485
[생물학과] 21 황서영 22 김규리 24 조현서
2024.11.05
