환자의 혈액에서 바이러스 같은 감염병 원인을 깔끔하게 없애는 기술이 개발됐다. 다제내성균과 사람의 분변에 존재하는 다양한 박테리아 135종을 99% 이상 제거할 수 있는 기술이다. 특히 코로나19 바이러스 변이종들도 혈액에서 제거할 수 있어 주목 받는다.
UNIST(울산과학기술원)는 강주헌 바이오메디컬공학과 교수팀이 자성나노입자 표면을 혈액세포막으로 감싼 ‘혈액세포막-자성나노입자’를 개발했다고 26일 밝혔다.
이 입자를 체외에서 순환하는 환자의 혈액에 반응시키면 세균 또는 바이러스 등 병원체를 붙잡은 뒤 자석으로 회수할 수 있다. 적혈구나 백혈구 표면에는 병원체를 붙잡아서 인체를 보호하는 특성이 있는데, 이를 이용해 ‘기능성 자성나노입자’를 만든 것이다.
이번에 개발한 혈액세포막-자성나노입자를 이용한 혈액 정화 기술을 패혈증이나 중환자실 내 2차 세균 감염환자 치료에 병행하면 치료효과가 클 것으로 기대된다.
연구팀은 특히 중환자실 내 2차 항생제 내성세균 감염 사례가 늘고 있는 만큼 코로나19 등으로 입원 치료 중인 중환자의 치료와 관리에도 큰 도움을 줄 수 있다고 설명했다.
강 교수팀이 개발한 치료법은 혈액세포막의 특성과 자성나노입자를 이용해 혈액에서 병원체를 제거하기 때문에 효과적이고 범용적이다. 혈액세포막-자성나노입자가 체외에서 순환하는 환자의 혈액을 돌며 병원체를 포획하면 자석으로 꺼내서 몸 밖으로 내보내 누구든 어떤 병원체이든 적용할 수 있다.
연구팀은 이 방식으로 감염증의 주원인인 다제내성균과 바이러스 등이 자성나노입자 표면에 코팅된 적혈구와 백혈구의 세포막에서 유래한 물질과 상호작용해 병원체 제거 효과가 증가하는 것을 정량적으로 밝혔다.
쥐(Rat)를 이용한 실험에서는 기존 항생제로 치료가 어렵다고 알려진 메티실린 내성 황색포도알균과 카바페넴 내성 대장균의 치료 효과를 입증했다. 이들 세균에 감염된 쥐에 새로 개발한 혈액 정화 치료를 진행하자 모두 생존에 성공했다.
또 치료 후 일주일이 지나자 면역 체계가 정상으로 회복됐다. 감염된 실험 쥐에 혈액 정화 치료를 연속적으로 진행하자 세균성 감염에 따라 폐나 신장에 침투했던 병원성 미생물의 농도도 줄어들었다.
공동 제1저자인 권세용 UNIST 바이오메디컬공학과 연구교수는 “연속적으로 혈액 정화 치료를 진행하면 병원성 감염에 의한 장기부전 치료에도 도움을 줄 것”이라고 기대했다.
이번 연구에는 UNIST 바이오메디컬공학과의 이민석, 장봉환, 악셀 이구즈만-세딜로(Axel E. Guzmán-Cedillo) 연구원이 참여했다. 연수 수행은 삼성전자미래기술육성센터와 UNIST의 지원으로 이뤄졌다.
연구결과는 와일리(Wiley) 발간 국제 학술지 ‘스몰'(Small) 9월 7일자 온라인판에 공개됐다.
