패혈증 원인균, 자석으로 쏙쏙 뽑아낸다..."동물실험서 치료효과 검증"
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패혈증 원인균, 자석으로 쏙쏙 뽑아낸다..."동물실험서 치료효과 검증"
  • 정 현 기자
  • 승인 2024.05.21 19:44
  • 댓글 0
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- UNIST·분당서울대병원 연구팀, 공동 연구
- 체외 혈액 정화로 패혈증 치료 가능성 열어
- 논문, SCI급 국제학술지 'Small Methods' 게재

[위즈뉴스] 국내 연구진이 체외 혈액에서 염증 반응을 일으키는 물질만 제거할 수 있는 기술을 개발했다.

UNIST(총장 이용훈)은 21일, 바이오메디컬공학과 강주헌 교수와 주진명 교수 연구팀이 분당서울대병원 응급의학과 이재혁 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 적혈구-초상자성 나노입자 기반 체외 혈액정화 기술을 개발했다고 밝혔다.

왼쪽부터 강주헌 교수, 주진명 교수, 이재혁 교수, 박성진 연구원, 김수현 연구원, 박인원 교수 / 사진=UNIST

이번에 개발된 혈액정화 기술은 초상자성 나노입자를 활용해 패혈증의 원인 물질을 신속하고 효과적으로 제거할 수 있는 기술이며, 돼지 모델을 통한 전임상실험에서 치료 효과와 유효성 또한 검증됐다.

이번 기술은 또 실제 환자와 유사한 실험조건에서도 뛰어난 치료 효과를 나타내, 패혈증 치료의 새로운 길을 제시할 것으로 보인다.

이번 연구 결과를 담은 논문은 와일리(Wiley) 출판사에서 발간하는 SCI급 저명 국제학술지 ‘Small Methods(IF=12.4)’ 5월 17일 자에 게재됐으며 권두 삽화(frontispiece)로도 선정됐다.

논문명은 'Extracorporeal blood treatment using functional magnetic nanoclusters mitigates organ dysfunction of sepsis in swine'이며, UNIST 주진명 교수와 강주헌 교수가 공동 교신저자로, 분당서울대병원 이재혁 교수가 공동 교신저자로, UNIST 박성진 연구원과 김수현 연구원, 분당서울대병원 박인원 교수가 공동 제1저자로 참여했다.

"패혈증 원인 물질 수치 낮추고, 주요 장기의 기능 회복 입증"

연구팀의 강주헌 교수는 “이번 연구를 통해 단순히 혈액에서 패혈증 원인 물질의 수치를 낮추는 것을 넘어 심혈관과 혈액학적 주요 임상지표가 개선되고 주요 장기의 기능이 회복되는 것을 입증했다”며 “혈액과 주요 장기로부터 다양한 종류의 병원균과 염증성 물질을 사전 진단 없이 효과적으로 제거할 수 있어 획기적인 치료 효과를 얻을 수 있었다”고 말했다.

국제학술지 'smallmethods' 최신호에 게재된 해당 논문
doi.org/10.1002/smtd.202301428

패혈증은 박테리아나 바이러스 등 심각한 감염에 대한 인체의 전신성 이상 염증반응이다. 주요 장기에 기능부전을 일으키며 높은 치사율을 동반한다. 그러나 지금까지 뚜렷한 패혈증 치료법이 존재하지 않았다.

연구팀은 2022년 선행연구를 통해 유사한 기술을 개발했다. 니켈, 철과 같은 자성 나노입자를 적혈구의 세포막으로 기능화시켜 체외로 순환하는 환자의 혈액과 반응시킨다. 이때 자성 나노입자가 병원체를 포획하게 만든 다음 외부 자기장(자석)으로 염증반응을 일으키는 물질을 혈액에서 제거해 패혈증을 치료하는 것이다.

그러나 선행 연구로 개발된 기술을 실제 임상에서 기술적 한계를 보였다. 자기장에 의해 끌려오는 힘인 자화율이 낮아 수 리터의 체외 혈액을 정화하기 어려웠다. 

연구팀은 이론적으로 성인 환자의 전혈을 1시간 안에 정화하는데 필요한 자성나노입자의 크기, 크기분포 등을 계산하고 최적화된 값을 예측했다. 새로운 수열 합성법을 개발해 기존보다 뛰어난 자화율과 입자의 균일도가 높은 초상자성 나노입자 합성할 수 있게 됐다.

이렇게 개발된 초상자성 나노입자에 적혈구 세포막 기술을 입혀 기능성 초상자성 나노입자를 개발했다. 혈액 속 병원균을 6L/h의 빠른 유속에서도 쉽게 제거할 수 있으며, 돼지 패혈증 모델에서도 치료 효과를 검증했다.

적혈구-초상자성 나노입자를 이용한 혈액정화기술 / 자료이미지=UNIST

UNIST 박성진 연구원과 김수현 연구원, 분당서울대병원 박인원 교수 등 공동 제1저자들은 “새로 개발한 초상자성 나노입자 합성 기술은 환자의 혈액에 잔류하는 자성 나노입자가 없도록 부작용을 최소화할 수 있어서 안전성 평가에 있어서도 유리할 것이다”고 말했다.

연구팀의 강주헌 교수는 “개발한 기술을 실제 의료현장에서 사용할 수 있도록 의료기기 인증 및 추가 계획 중”이라며 “사전진단 없이 다양한 종류의 병원체를 제거할 수 있기 때문에 신·변종 감염병 유행에 대응할 수 있는 보건안보 전략으로 활용 가능한 새로운 개념의 감염병 치료 기술로 개발할 계획”이라고 말했다.

이번 연구는 삼성전자미래기술육성센터, UNIST, 과학기술정보통신부 한국연구재단의 기초연구실지원사업, 중견연구자지원사업과, 보건산업진흥원 치매극복연구개발사업, 포스코청암재단의 지원으로 수행됐다. 


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