[헬스코리아뉴스 / 이지혜] 저출산·고령화 영향으로 헌혈자 수가 감소함에 따라 인공혈액(혈액대체제)에 대한 관심이 높아지고 있다. 아직 상용화 단계까지 진입한 인공혈액 기술은 없지만, 10년 이내 상용화가 가능할 것이란 기대가 나온다.

한국과학기술정보연구원이 최근 발간한 ‘인공혈액’ 보고서에 따르면, 헌혈에 의존하는 지금의 혈액 공급 체계로는 의료현장의 수요를 감당하기 어려운 상황이다. 중장기적으로 저출산과 고령화에 따른 헌혈 감소로 수급 불균형이 심화될 우려 때문에 최근 인공혈액 시장이 주목받고 있다.

2020년 세계보건기구(WHO) 보고서에 따르면, 한해 1억 185만 유닛(unit)의 혈액이 기증되고 있다. 하지만 글로벌 수요 대비 부족한 상황이고, 지역별로 불균형이 매우 심각한 것으로 알려져 있다. 2019년 미국 워싱턴대학에 따르면, 195개국 중 119개국이 혈액 부족 현상을 겪고 있는 것으로 나타났다. 건강한 혈액을 보유한 청년수가 감소하고 있고, 혈액이 필요한 중장년층의 수는 증가하고 있기 때문에 향후에도 수혈용 헌혈량은 감소할 수밖에 없다.

어떤 형태로든 현재의 혈액을 대체할 수 있는 인공혈액이 필요한 셈이다. 하지만, 현재의 의료 기술로는 사람의 혈액과 똑같이 만들 수 없기 때문에 혈액이 부족할 때 생명을 위협하는 세포가 적혈구인 것에 착안해 인공 적혈구 제제를 기반으로 한 인공혈액의 연구개발이 진행되고 있다.

혈액에는 백혈구, 혈소판, 혈장 등 적혈구 외에 다양한 성분이 있는데, 과다 출혈이나 빈혈로 생긴 응급 상황에서 가장 효과적인 것은 산소를 나르는 적혈구의 공급이다. 따라서 실제 수혈이 제일 많이 이루어지는 것이 적혈구 제제다. 

한국과학기술정보연구원 데이터분석본부 구영덕 책임연구원은 “아직 상용화 단계까지 진입한 인공혈액 기술은 없는 것으로 파악되지만 10년 이내 상용화될 것으로 전망되고 있다”며 “각국에서 인공혈액에 대한 기술의 개발이 시도되고 있지만 아직 대량 생산을 통한 상용화는 상당한 시일이 소요될 것”이라고 예상했다. 

보건복지부는 지난해 3월 혈액 부족 문제에 대응해 인공혈액 제조 원천 기술을 확보하기 위한 연구 사업을 보건복지부, 과학기술정보통신부, 산업통상자원부, 질병관리청, 식품의약품안전처와 협력해 추진하기로 발표한 바 있다.

총 15년 3단계 프로젝트로서 1단계(2023~2027년)에서 5년간 ‘임상 연구용 인공혈액 생산’을 목표로 추진하고, 2단계(2028~2032년)에서 ‘인공혈액 임상 연구·임상 시험 지원, 3단계(2033~2037년)에서 ‘수혈용 인공 혈액 실용화’를 목표로 하고 있다.

현재 국내에서는 듀셀바이오테라퓨틱스가 iPS 세포로 인공혈액을 만들고 있다. 인공 혈소판 개발 1단계인 줄기 세포 선정 단계를 마치고 2025년 임상 시험에 진입할 예정이다.

BNGT 생명공학연구소는 면역 거부 반응이 없는 인간 유사 혈액 생산용 돼지 즉, 완전 인간화 조혈 시스템을 갖춘 돼지를 생산해 수혈 가능한 인공혈액의 대량 추출을 목표로 연구개발을 진행하고 있다. 

영국 국민건강보험 혈액장기이식센터(NHSBT)는 지난해 11월 브리스톨대, 케임브리지대 등과 함께 실험실에서 적혈구 인공 배양 기술을 개발했다.

건강한 사람에게서 470ml의 혈액을 기증받아 줄기 세포와 잘 결합하는 단백질이 붙어 있는 자성 입자로 혈액에서 적혈구로 분화될 줄기 세포를 골라냈다. 이후 줄기 세포는 배양액에서 18~21일 배양했는데, 처음 줄기 세포가 50만 개 정도였으나 배양 후 500억 개의 적혈구로 증가했다. 이 중에서 이식하기 적합한 150억 개를 선별해 최종적으로 건강한 지원자 2명에게 5~10ml를 수혈하는데 성공했다.

일본의 경우 기증받은 혈액에서 줄기 세포를 얻지 않고 다 자란 일반 세포를 줄기 세포로 바꾸는 방법으로 문제를 해결하고 있다. 유도 만능 줄기 세포(iPS 세포)를 이용하는 방법이다. 교토대의 야마나카 신야 교수는 성인의 피부 세포에 특정 유전자를 넣어 역분화를 유도해 수정란에 있는 배아 줄기 세포와 같은 원시 세포로 만들었다.

iPS 세포는 배아 줄기 세포처럼 원하는 세포로 분화시킬 수 있다. 환자 자신의 세포로 만들어 면역 거부 반응도 차단할 수 있다. 이를 통해 신야 교수는 2021년 노벨상을 받았다. 신야 교수가 있는 교토대에서 창업한 메가카리온(MegaKaryon)은 2021년 iPS 세포로 혈소판을 만들어 환자에 투여해 안전성을 입증한 바 있다.

혈액은 적혈구, 백혈구, 혈소판과 같은 고형 성분과 알부민, 면역글로불린, 응고성 단백 성분 등의 액상 성분으로 구성된 혈장으로 구성되어 있다. 각각의 성분은 신체 내에서 산소 운반, 신체 방어, 지혈 등의 다양한 역할을 담당한다.

사람은 혈액이 부족할 때 혈액형이 맞는 타인의 혈액을 수혈한다. 혈액형이 동일한 사람의 혈액을 사용하는 것이 일반적이지만 혈액형 이외에도 헌혈한 혈액의 보관, 질병 감염 등의 질병 전파 위험성과 같이 고려할 조건이 다양하다.

특히 보관이 어려운 이유는 2~6°C의 냉장고에서 3주 동안 보관이 가능하고, -60~-80°C의 초저온 냉동고에서 수년간 보존할 수 있는 시설과 비용이 필요하다. 다양한 어려움을 보완해 사람의 혈액을 대체하기 위해 개발된 인공혈액은 사람의 적혈구를 대신해 혈관을 통해 인체의 각 조직에 산소를 운반하는 용액이므로 적혈구의 생성 기술이 핵심이라 할 수 있다.

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