적혈구 대신할 '산소 운반체' 연구... 줄기세포로 혈액 '배양' 시도도

전 세계적으로 수혈용 혈액이 희귀해지고 있다. 미국 워싱턴대학 연구팀의 2019년 연구에선 195개국 중 119개국이 혈액 부족 현상을 겪고 있는 것으로 나타났다. 헌혈이 줄었기 때문이다. 헌혈은 줄어들 수밖에 없다. 건강한 혈액을 가진 청년층 수의 절댓값이 줄고 있고, 혈액이 필요한 중장년층의 수는 늘고 있기 때문이다. 살아있기 위해 꼭 필요한 생명수 혈액. 대체 불가능한 걸까? 정말 누군가의 기부에 기댈 수밖에 없는 걸까?

◇유력한 해결책은 인공 혈액 찾는 것

헌혈을 대체하기 위해 과학자들은 ‘인공 혈액’을 만드는 연구를 활발히 진행하고 있다. 정확히 말하면 ‘인공 적혈구제제’다. 혈액엔 백혈구, 혈소판, 혈장 등 적혈구 외에도 다양한 성분이 있는데, 과다 출혈이나 빈혈로 생긴 응급 상황에서 가장 효과적인 건 산소를 나르는 적혈구를 공급하는 것이다. 실제 수혈이 제일 많이 이뤄지는 것도 적혈구제제다. 인공 적혈구제제를 찾는 연구는 크게 세 가지 방향으로 이뤄지고 있다. 누구에게나 수혈할 수 있는 O형 적혈구를 만드는 것과 적혈구가 아닌 산소운반체 화합물을 만드는 것, 그리고 줄기세포에서 적혈구를 만드는 방식이다. 아직 상용화 단계의 연구는 없지만, 그 방법을 찾아가고 있다.

이렇게 인공 적혈구제제가 만들어지면, 세포가 아닌 경우 1~2년 정도로 보관 기간이 길어진다는 장점도 있다. 보통 헌혈 혈액은 35일 보관 가능하다. 줄기세포도 신생 적혈구로 구성되기 때문에 헌혈 혈액이 약 3배 정도로 보관 기간이 길어진다.

◇A형, B형 적혈구 O형 적혈구로 바꾸기

O형 적혈구는 누구에게나 수혈해도 거부반응을 일으키지 않는다. ABO 혈액형은 적혈구 표면에 붙어있는 ‘항원’으로 결정되는데, A형은 A항원이, B형은 B항원이 붙어 있지만, O형은 아무 항원도 붙어 있지 않아 어떤 피에서도 항원항체 반응이 나타나지 않는다. 이 특징을 이용해 A형, B형 혈액의 적혈구에서 항원 단백질을 제거해 O형 적혈구로 바꾸는 기술이 연구돼 왔다. 실제로 지난해에는 캐나다 브리티시컬럼비아대 화학과 스티븐 위더스 교수 연구팀이 장내 미생물 효소를 이용해 A형 적혈구를 O형 적혈구제제로 바꾸는 기술을 개발해 냈다.

이 기술은 대량생산이 힘들다. 대한수혈학회 홍보이사 고대현 교수(울산의대 서울아산병원 진단검사의학과)는 “지금까지 나온 연구들은 전부 실험실 내에서 소량의 혈액을 만든 것이라 수혈용으로 사용할 만큼 대량의 적혈구를 경제적으로 생산할 수 있을지는 확답하기 어렵다”며 “기본적으로 A형이나 B형 적혈구가 있어야 O형으로 전환이 가능한데, 지금처럼 전체적인 혈액 수급이 힘든 경우엔 대안이라 보기 힘들다”고 말했다. 실험실 연구로 전환한 O형 적혈구를 실제 인체에 투여했을 때 문제가 없는지를 확인한 연구도 없다.

◇혈색소 기반 산소 운반체 만들기

적혈구제제가 많이 쓰이는 이유는 앞서 말했듯 산소를 온몸에 운반하기 때문이다. 과학자들은 산소 운반 기능이 있는, 적혈구가 아닌 다른 물질을 사용하면 되지 않겠냔 고민을 시작했다. 그 결과로 혈색소인 ‘헤모글로빈 기반 산소 운반체(HBOC)’나 ‘과불화탄소 기반 산소 운반체(PFC)’를 적혈구 대신 사용하는 방법이 고안됐다. 헤모글로빈 산소 운반체는 적혈구보다 훨씬 작기 때문에, 뇌졸중 등 적혈구가 다닐 수 없을 정도로 좁아진 혈관으로 질환이 생긴 경우 응급 치료에도 사용할 수 있을 것으로 보인다.

하지만 독성이 심한 것으로 알려지면서, 규모가 큰 임상시험이 진행되지 못하고 있다. 고대현 교수는 “일부 환자군에서 효과를 거둔 연구 결과도 있지만, 아직 안전성에 대한 우려가 해소되지 않아 임상적으로 널리 사용되지는 못하고 있다”고 말했다. 또 크기가 작아 혈관에서 새어 나가면서 재수혈도 거듭해야 하는 것으로 알려졌다. 미국 FDA(식품의약국)에서도 수혈 대용으로 허가된 제제는 없다.

◇줄기세포로 적혈구 분화

신체 조직으로 분화할 수 있는 세포인 줄기세포로 혈액 세포를 배양하는 연구도 활발히 이뤄지고 있다. 미국, 영국, 프랑스, 일본 등이 선두주자로 앞서있다. 영국 브리스톨대 연구팀은 임상시험에 돌입했다. 우리나라에서는 연대 의대 진단검사의학교실 김현옥 교수(현 보건복지부 혈액 관리 위원장)를 중심으로 해당 연구가 시작됐고, 지금은 연구팀에 있던 한양대 의대 진단검사의학교실 백은정 교수가 이어 연구를 계속하고 있다.

상용화를 위해 전 세계에서 연구가 거듭되고 있지만, 아직 비용 문제를 해결하지 못했다. 고대현 교수는 “이 연구의 큰 문제점은 비용으로, 가장 최근 발표된 논문에서도 80mL 혈액을 만드는데 2만8000유로(약 3790만원)가 들었다”며 “400mL 전혈 유래 농축 적혈구제제 1팩에 약 200mL 정도의 적혈구가 들어가는 점을 고려하면 아직 상용화는 이르다”고 말했다. 400mL 전혈 유래 농축 적혈구제제 1팩이 1회 헌혈량이다.