항생제 없이 패혈증 치료? ‘끈끈이’로 세균 90% 제거장치 개발

강주헌 UNIST 바이오메디컬공학과 교수팀
끈끈이 같은 세균 정화 장치 개발
인공 혈전이 혈액 내 세균 잡아내
항생제 없이도 감염된 혈액 정화

UNIST 연구진이 혈관 내의 세균이 혈관 바깥쪽으로 밀려난다는 원리를 규명하고 이를 이용한 혈액 정화 장치를 개발했다. [사진=픽사베이]

혈액이 세균에 감연된 상태인 패혈증은 고열과 호흡곤란을 일으키고, 심하면 사망할 수 있는 무서운 질환이다. 통계청에 따르면 현재 패혈증은 국내 사망 원인 중 9위일만큼 자주 발생한다.

지금까지는 패혈증 치료를 위해 주로 항생제를 사용했다. 하지만 독한 항생제는 환자 건강에도 부담이 크고, 항생제를 많이 사용할 경우 내성이 생기기 때문에 반복적인 사용도 어렵다.

항생제 없이도 감염된 혈액의 세균을 제거할 수 있는 기술이 개발됐다. 강주헌 UNIST 바이오메디컬공학과 교수팀은 인공 혈전을 이용한 체외 세균 정화 장치를 개발해 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’에 발표했다고 26일 밝혔다.

이 장치는 인공 혈전이 들어있는 나선형 구조체로 이뤄져 있다. 각종 혈장 단백질로 만들어진 인공혈전은 끈끈이처럼 세균을 흡착한다. 혈액을 투석하는 것처럼 환자의 혈액을 정화 장치로 보내면, 인공 혈전이 혈액에 들어있는 세균을 잡아낸다.

이 같은 체외 정화 장치가 없었던 것은 아니다. 정전기 방식이나 세균을 인식하는 항생제를 이용해 흡착하는 장치가 있었으나, 성능이 좋지 않아 현재 임상에서는 거의 활용되지 않고 있다. 강 교수는 “기존 장치들도 명확한 원리를 규명하지 못한 채 개발됐기 때문에 효과가 충분치 않았다”고 설명했다.

이번 연구는 세균이 혈관 내에서 돌아다니는 기작을 밝혀내 정화의 효율을 높였다. 연구에 따르면 혈관 내에서 말랑말랑한 적혈구는 중심부로 모이고 딱딱한 세균은 바깥쪽으로 밀려난다. 이에 연구진은 인공 혈전을 장치의 관에 펴 바르듯이 설치해서 세균과의 접촉면을 늘렸다.

실험 결과, 개발된 체외 혈액 정화 장치는 황색포도상구균, 대장균은 물론, 항생제 내성균과 사람 분변에서 유래한 세균까지 90% 이상을 제거했다.

감염된 쥐를 대상으로 이뤄진 전임상 실험에서는 3시간의 체외 순환 치료만으로 혈중 세균 수와 염증 수치가 크게 감소했다. 정화 치료를 받지 않은 쥐들이 7일 이내 모두 사망한 반면, 치료를 이틀 연속으로 받은 경우 생존율은 100%에 달했다.

이번 연구는 쥐를 대상으로 이뤄졌지만, 강 교수는 “인간을 대상으로 한 임상에도 문제가 없을 것”이라고 설명했다. 강 교수는 “협력할 업체만 구해진다면 2년 내에 상용화 될 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

많은 질병이 세균 감염으로 일어나는 만큼, 이번 연구결과는 향후 감염치료의 패러다임을 바꿀 수 있을 것으로 기대된다. 강주헌 교수는 “이번 기술은 항생제를 쓰지 않고도 다양한 병원성 세균을 직접 제거할 수 있다”며 “원리를 규명한 만큼 기술의 임상 적용 가능성도 한 층 높아진 상태”라고 말했다.

왼쪽부터 강주헌 교수, 장봉환 박사(제1저자), 정수현 박사, 권세용 박사, 박성진 박사. [사진=UNIST]