바이오인

DARPA에서 지원하는 인공혈액, ErythroMer

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 24-46

■KaloCyte라는 바이오텍 회사의 ErythroMer는 세포막을 모방한 인공막에 둘러싸인 적혈구로, 응급 의료 상황에서 인공혈액으로 사용하는 것을 목표

○ 인간 혈액의 헤모글로빈을 인공 세포막으로 감싼 ErythroMer는 독성을 줄이고, 산소 운반 기능을 효율적으로 수행할 수 있도록 설계

< 인공 세포막 모식도 >

  - 인공 세포막은 ErythroMer의 핵심 기술로, 인체 혈액세포의 막을 모방하여 헤모글로빈을 보호하고 산소 운반 기능을 향상시키는 동시에 안정성이 높아져 장기간 보관이 가능

   ※ 다층 구조인 인공 세포막은 산소와 산화질소 (NO)가 천천히 통과하도록 설계되어, 체내에서 자연스러운 혈관 확장 및 수축 반응을 유지

  - 자연 적혈구가 작동하는 방식과 유사하게 인공 세포막은 주변의 pH 변화에 따라 산소를 흡수하거나 방출

   ※ 인공 세포막은 헤모글로빈이 NO를 과도하게 흡수하는 것을 방지하여, 혈관 수축과 같은 부작용을 최소화

○ ErythroMer의 제작 과정은 헤모글로빈 수집, 인공막 제작, 헤모글로빈 캡슐화, 동결 건조로 이루어짐

  - ErythroMer에 사용되는 헤모글로빈은 기증된 혈액 중 사용 기한이 지나 더 이상 수혈용으로 사용할 수 없는 혈액의 적혈구에서 확보

   ※ 적혈구에서 헤모글로빈을 추출하고, 이를 순수하게 정제하여 불순물을 제거

  - ErythroMer의 인공막은 지질 나노입자*와 특허 받은 지질성분(KC1003)**이 주요한 구성 성분

    * 지질 나노입자는 적혈구의 막를 모방하는 구조로 설계되어 안정성이 높고, 생체 적합성이 뛰어나며, 산소 운반체로서의 역할을 효율적으로 수행

   ** 인공막의 주요 성분 중 하나인 KC1003는 pH에 반응하여 산소 운반을 조절

  - 정제된 헤모글로빈을 인공막으로 감싸 캡슐화하며, 이를 통해 주변의 pH에 따라 산소를 결합하거나 방출하도록 설계

   ※ 폐에서는 높은 pH로 인해 헤모글로빈이 산소를 흡수하고, 조직에서는 낮은 pH로 인해 산소를 방출

■ ErythroMer는 실험적인 혈액 대체물로, 긴 보관 기간, 보편적 호환성, 안정성 및 안전성 등의 다양한 장점을 보유

○ 동결 건조된 형태로 보관되어 최대 2년 동안 안정성을 유지할 수 있고, 단순히 생리식염수와 혼합하면 사용이 가능

  - 신선한 혈액을 구하기 어려운 전쟁터나 농촌 지역 등에서 중요한 대안이 될 수 있음

< 자연 적혈구 vs ErythroMer 비교 >

○ ErythroMer의 인공막은 자연 적혈구 표면에 있는 단백질을 포함하지 않기 때문에 모든 혈액형에 안전하게 사용 가능

  - 다양한 혈액형을 구비할 필요 없이 한 가지 형태로 모든 환자에게 사용할 수 있어 응급 상황에서 매우 유용

  - 혈관 내 직접 주입된 헤모글로빈은 독성을 발생시키는 반면에 인공막으로 감싼 ErythroMer는 안전하며, 혈관 수축과 같은 부작용을 최소화

○ ErythroMer는 자연 적혈구보다 작기 때문에 미세혈관을 더 쉽게 통과할 수 있고 혈관 내에서 더 균일하게 분포하여 산소 운반 효율이 높아짐

  - 또한 작은 사이즈는 혈관에서 잘 막히지 않아 원활한 혈류 유지 가능

○ 2021년 시작된 DARPA FSHARP* 프로그램의 일환으로, ErythroMer 개발을 위한 컨소시엄에 4,600만 달러를 지원한다고 발표(2023.2월)

    * Fieldable Solutions for Hemorrhage with bio-Artificial Resuscitation Products

  - DARPA는 출혈 치료를 위한 현장 배치가 가능하고 보관이 안정적인 전혈 대체제(Field Deployable, Shelf-stable Whole Blood Substitutes) 개발을 목표

■ ErythroMer는 인체 대상 초기 임상시험을 준비하고 있으며, ErythroMer 외에도 인공혈액을 제작하는 다양한 노력들이 진행 중

○ 설치류와 같은 소형 동물 모델에서 효과적인 산소 운반 및 생명 유지 능력을 입증하여 실제 혈액의 역할을 수행하는 것을 확인

  - 인간을 대상으로 한 초기 안전성 시험(임상 1상)을 준비 중이며, 특히 DARPA의 지원은 임상시험을 가속화하는데 중요한 역할을 할 것으로 기대

○ 인공혈액 개발을 위해 다양한 유래에서의 헤모글로빈 추출, 캡슐화, 줄기세포 기술 활용 등 다양한 개발 노력이 추진 중

  - Hemopure(미국 HbO2 Therapeutics) : 소의 적혈구에서 추출한 헤모글로빈으로 만든 산소 운반체로, 화학적으로 처리하여 안정성을 높임

   ※ 남아프리카공화국과 러시아에서 perioperative anemia 치료에 사용 승인, 미국에서는 "연구 신약"으로 제한적인 사용 승인

  - HbV(Hemoglobin Vesicles)(일본 나라 의과대학) : 헤모글로빈을 지방질로 만든 소포체에 캡슐화

   ※ 임상 1상 시험이 2020년 팬데믹으로 중단되었으나, 초기 결과는 긍정적

  - 영국 NHS의 RESTORE* 프로젝트 : 줄기세포를 적혈구로 분화시켜 혈액을 대량으로 생산하는 것을 목표

    * REcovery and survival of STem cell Originated REd cells

   ※ 2017년 줄기세포로 적혈구 제작 성공, 2022년 실험실에서 배양한 적혈구로 최초의 임상시험 실시

  - 프랑스의 바이오텍기업 Hemarina : 산소 운반 능력이 뛰어난 해양 벌레(lugworm, Arenicola marina)의 헤모글로빈을 사용

   ※ 현재 초기 연구 단계에 있으며, 상용화 가능성을 탐색 중

...................(계속)

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