인공혈액은 어떻게 만들어지는 것인가요?
일본에서 인공혈액이 개발되어 임상 실험을 준비하고 있다는 기사를 봤습니다. 사람에게도 문제없이 적용 가능하다면 노벨상을 받을 정도라고 생각하는데 인공혈액은 어떻게 만들어지는 것인가요?
안녕하세요.
인공혈액의 개발은 의학 및 바이오 기술 분야에서 매우 중요한 연구 주제 중 하나입니다. 인공혈액은 주로 실제 인간의 혈액을 대체하거나 보충하기 위해 사용되며, 특히 혈액 공급이 부족하거나 특정 혈액형에 대한 수요가 높은 경우에 큰 도움이 됩니다. 인공혈액이란 표현보다는 혈액 대체제라는 표현이 더 정확한 표현이며, 산소 운반체 기반 / 혈장 혈액 대체제가 대표적입니다.
산소 운반체 기반의 인공혈액은 주로 산소를 조직에 운반하는 데 중점을 두고 있습니다. 산소 운반체로는 주로 헤모글로빈 기반 또는 퍼플루오로카본(Perfluorocabon ; PFC) 기반 제품이 사용됩니다. 인간이나 동물의 헤모글로빈을 정제하여 사용하거나, 유전자 재조합 기술로 생산된 헤모글로빈을 사용합니다. 이 헤모글로빈은 산소와 반응하여 조직으로 산소를 운반할 수 있도록 합니다. 이러한 제품은 처리 과정에서 헤모글로빈의 면역원성을 제거하고 산소 운반 능력을 최적화하기 위한 다양한 화학적 수정이 이루어집니다. PFC는 매우 높은 용량으로 산소와 이산화탄소를 요해할 수 있는 화합물입니다. 이 물질은 신체로 산소를 효과적으로 운반하고 이산화탄소를 제거할 수 있습니다. PFC 기반 인공혈액은 일반적으로 에멀션 형태로 제조되며, 무색 투명한 액체 형태를 띕니다. 혈장 대체제는 주로 혈액의 액체 부분을 대체하기 위해 사용되며, 혈액의 체적을 유지하는 데 중요합니다. 이들은 주로 수분, 전해질 및 기타 소량의 단백질로 구성되어 있습니다. 하이드록시에틸전분(Hydroxyethyl Starch ; HES)이나 알부민 용액이 대표적인 예 입니다.1명 평가안녕하세요. 일본 나라현립 의과대학은 '인공 혈액' 개발에 성공했다고 밝혔는데요, 연구진이 개발한 '인공 혈액'은 보라색을 띠는 액체이며 이는 폐기할 혈액에서, 산소를 운반하는 적혈구 속 헤모글로빈만 추출해 인공막으로 감싼 캡슐 형태로 만들어진다고 합니다. 세계 최초로 모든 혈액형에 투여할 수 있는 '인공 혈액'이라고 하는데요, 이는 헤모글로빈 생성 과정에서 적혈구만을 제거했기 때문에 혈액형 항원이 없다고 합니다.
인공혈액 개발은 주로 두 가지 접근 방식을 사용합니다. 하나는 헤모글로빈 기반 산소 운반체(HBOC)로, 정제된 헤모글로빈을 화학적으로 수정하여 만듭니다. 다른 하나는 과불화탄소(PFC) 기반 제품으로, 산소를 용해시킬 수 있는 합성 분자를 사용합니다. 최근 연구에서는 줄기세포를 이용해 적혈구를 생산하는 방법도 탐구되고 있습니다. 일본의 경우, 줄기세포로부터 만든 적혈구를 이용한 인공혈액 개발이 진행 중입니다. 이러한 인공혈액은 혈액형에 관계없이 사용 가능하고, 감염 위험이 낮으며, 장기 보관이 가능하다는 장점이 있습니다. 그러나 아직 완전한 혈액 대체제로서의 기능과 안전성 검증이 필요한 상태입니다.
안녕하세요. 김경태 전문가입니다.
인공혈액은 일반적으로 세포 배양, 합성 등의 방법으로 만들어집니다. 세포 배양 방법은 인공적으로 세포를 배양하여 혈액 성분을 만드는 방법으로, 합성 방법은 화학적인 물질을 이용하여 혈액 성분을 합성하는 방법입니다.
세포 배양 방법에서는 인공적으로 세포를 배양하여 혈액 성분을 생산합니다. 이 방법은 세포의 생산량이 많아질수록 비용이 증가하고, 세포 배양 과정에서 오염 등의 문제가 발생할 수 있습니다.
합성 방법에서는 화학적인 물질을 이용하여 혈액 성분을 합성합니다. 이 방법은 세포 배양 방법보다 비용이 적게 들며, 대량 생산이 가능합니다. 그러나 인공적으로 합성한 물질이 실제 인체에서 어떻게 작용하는지에 대한 부작용이 발생할 수 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위해 광범위한 임상 실험과 검증이 필요합니다.
인공혈액은 크게 두 가지 방식으로 만들어집니다.
첫번째는 헤모글로빈 기반 산소 운반체 (HBOC)의 개발입니다.
헤모글로빈은 아시다시피 적혈구에서 산소를 운반하는 단백질입니다. 인공혈액 개발 초기에는 헤모글로빈을 추출하여 인공혈액으로 사용하려고 했습니다. 하지만 헤모글로빈만 추출하면 산소 운반 능력이 떨어지고 콩팥에 독성을 일으키는 문제가 발생했고 최근에는 이러한 문제를 해결하기 위한 연구가 계속되고 있습니다. 대표적으로 헤모글로빈의 구조를 변형하여 산소 운반 능력을 높이고 콩팥 독성을 줄이거나 헤모글로빈을 소형의 폴리머로 둘러싸서 안정성을 높이고 혈액 순환에서 제거되는 것을 방지하는 것이죠. 또 헤모글로빈을 나노 입자에 봉입하여 혈액 순환에서 오래 지속되도록 하고 조직 침투를 개선하는 방향으로 연구를 하는 곳도 있습니다.
두번째는 인공 적혈구입니다.
인공 적혈구는 실제 적혈구와 유사한 기능을 하는 세포를 만드는 방법입니다.
그 첫번째로 줄기세포 기반 인공 적혈구로 유도만능줄기세포(iPSC) 또는 태아줄기세포를 사용하여 적혈구로 분화시키는 연구입니다. 아직 초기 단계이지만, 다양한 혈액형의 인공 적혈구를 대량 생산할 수 있다는 장점이 있습니다. 두번째는 바이오 소재 기반 인공 적혈구로 혈액과 유사한 특성을 가진 인공 소재를 사용하여 만드는 연구입니다. 아직 상용화 단계는 아니지만, 면역 반응 없이 오랫동안 보관할 수 있다는 장점이 있습니다.
그리고 말씀하셨던 일본의 나라현립 의과대학에서 개발한 인공혈액은 헤모글로빈 기반 산소 운반체(HBOC) 방식을 사용한 인공혈액입니다.
안녕하세요. 홍성택 전문가입니다.
연구팀이 중점을 둔 것은 혈액 중에서도 산소를 운반하는 ‘적혈구’ 개발이었다. 유효기간이 지나 폐기해야 하는 헌혈 혈액에서 헤모글로빈만 추출해 인공 지질막으로 감싸 캡슐 형태로 만드는데, 이를 혈관에 투여하는 방식이다. 일반적으로 적혈구는 냉장에서 최대 4주간 보관할 수 있지만 인공혈액은 상온에서 약 2년간, 냉장에서는 5년간 보관할 수 있다.
[출처 : https://www.chosun.com/international/international_general/2024/07/05/FXCS7W5RBVA4NLIKBMPQJ7G2KM/
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
인공혈액은 실제로 전쟁이나 재해같은 수혈을 할 수 있는 혈액이 부족한상황에서 힘을 발휘할 수 있기때문에 이와 관련한 연구가 활발히 진행되고 있다고 합니다.
주로 혈액의 기능적인 측면에서 모방이 이루어지게 됩니다. 가장 중요한 기능으로는 산소운반이라는 기능이 있습니다.
기존 혈액에서는 헤모글로빈이 산소운반을 담당했기 때문에, 인공혈액에서는 인간이나 다른 동물들로부터 헤모글로빈을 추출하여 사용한다고 합니다. 이러한 헤모글로빈들은 다른 동물의 몸에 들어갔을때 면역반응을 일으킬 수 있는 가능성이 있기 때문에 생체적합성이 좋고 이 모습을 감출 수 있는 PEG라는 고분자 섬유로 감싸거나 일부 결합시켜 사용하기도 합니다. 또는 리포좀의 형태로 인지질이중층에 둘러쌓아 사용하기도 합니다.
헤모글로빈을 직접 사용하지 않더라도 다른 산소운반체를 사용할 수 있는데 예를들어 퍼블루오로카본이라는 산소운반체를 사용하기도 합니다. 마찬가지로 산소와 이산화탄소를 운반할 수 있는 특성이 있다고 합니다.
이러한 산소운반 기능 외에도 혈액응고작용이나 면역작용등에대한 기능을 추가하기도 합니다.
인공 적혈구나 인공 혈소판 등등을 첨가하기도 합니다. 인공 적혈구 안에는 헤모글로빈과같은 산소 운반물질을 탑재시키고 사용합니다. 또한 혈액응고작용에서 기존 적혈구와 마찬가지로 응고섬유에 걸려 함께 응고가 가능하도록 합니다.
인공혈소판의 경우 혈소판과 유사한 기능을 갖도록 입자를 합성하여 혈액을 구성시켜줍니다.
이러한 인공혈액은 모든 신체에 도달하는 인공물질이니만큼 가장높은 등급의 의료기기 또는 의약품에 속하고 이에대한 규제가 가장엄격하게 적용될 수 있어 개발이 매우 어렵다고 합니다. 현재는 특정 기능에 대한 서포트 역할정도지만 나중에는 전혈에대한 인공혈액을 기대해볼 수 있을것으로 보입니다.