항생제 없이도 혈액 속 세균을 직접 제거할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST) 바이오메디컬공학과 강주헌 교수팀은 26일 인공 혈전을 활용한 체외 세균 정화 장치를 개발했다고 발표했다. 이 기술은 혈액 투석과 유사한 방식으로 감염된 혈액을 체외로 순환시켜 세균을 인공 혈전에 흡착 제거한 후 다시 체내로 순환시키는 원리다.

개발된 체외 혈액 정화 장치(eCDTF)는 튜브 중앙에 나선형 구조체가 삽입된 형태로 설계됐다.

나선형 구조체 내부에는 인공 혈전이 장착돼 있어 튜브를 통해 흐르는 혈액 내 세균들이 끈적한 인공 혈전 표면에 부착돼 제거되는 구조다. 백혈구 등 세포 성분을 제외하고 혈장 단백질만으로 구성된 인공 혈전은 세균의 부착을 효과적으로 유도한다.

이 장치는 황색포도상구균, 대장균 등 그람양성·음성균뿐만 아니라 항생제 내성균과 사람 분변 유래 세균까지 90% 이상 제거하는 성능을 보였다.

메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)에 감염된 쥐를 대상으로 한 전임상 실험에서도 뛰어난 효과가 확인됐다.

3시간의 체외 순환 치료만으로도 혈중 세균 수와 염증 수치가 크게 감소했으며 간과 비장 등 주요 장기 내 침투균도 현저히 줄어들었다. 치료를 받지 않은 대조군이 7일 내 모두 사망한 반면, 1회 치료 시 약 33%, 2일 연속 치료 시 100%의 생존률을 기록했다.

연구팀은 혈액 내 유체 흐름 현상에서 영감을 얻어 이 기술을 개발했다.

혈액에서 유연한 적혈구는 혈류 중심부로 몰리고 딱딱하고 작은 혈소판은 혈관 벽 쪽으로 밀려나는 변연화 현상이 발생하는데, 세균 역시 혈소판처럼 작고 딱딱해 적혈구에 의해 밀려날 수 있다는 점에 착안했다. 이를 최대화하도록 정화 장치 구조 설계와 혈액 속도를 조절했다.

강주헌 교수는 "이번 기술은 항생제를 사용하지 않고도 다양한 병원성 세균을 직접 제거할 수 있어, 균혈증, 패혈증과 같은 감염 치료 접근 방식을 바꿀 수 있는 계기가 될 것"이라고 말했다. 국소 감염 세균이 혈액으로 확산된 균혈증은 적절한 치료 없이는 전신 염증 반응인 패혈증으로 악화될 수 있다.

강 교수는 "기존 장치에서 보고된 일부 미해명 세균 제거 현상도 과학적으로 설명할 수 있게 돼 관련 기술의 임상 적용 가능성도 한층 높아졌다"고 설명했다.

이번 연구는 과학 기술정보통신부와 보건복지부 공동주관 범부처재생의료 기술 개발사업, 과학 기술정보통신부 한국연구재단의 중견연구자지원사업, 기초연구실지원사업, 산업통상자원부 소재부품기술 개발사업의 지원으로 수행됐다.

연구 결과는 국제학술지 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 지난 4월 26일 온라인 공개됐다.