[위즈뉴스] 국내 연구진이 '휴대용 인공신장'으로 불리는 소형 복막투석기를 개발해 신장 투석 환자의 삶의 질 향상에 크게 기여를 할 것으로 기대를 모으고 있다.

서울대 공과대학은 지난달 31일, 전기정보공학부 김성재 교수 연구팀이 서울대병원과 서울대 의대, 한림대 융합신소재공학전공 연구팀과 공동 연구를 통해 휴대용 인공신장으로 활용할 수 있는 소형 복막투석기를 개발했다고 밝혔다. 

이번 연구 결과를 담은 논문은 바이오 기술 분야의 SCI급 저명 국제학술지 '저널 오브 나노바이오테크놀로지(Journal of Nanobiotechnology, IF=10.6)' 3월 29일 자 온라인에 게재됐다.

논문명은 'Scalable Ion Concentration Polarization Dialyzer for Peritoneal Dialysate Regeneration'이며, 서울대 공대 김성재 교수와 한림대 성건용 교수, 서울대병원 신장내과 김연수 교수, 서울대 의대 의공학교실 이정찬 교수가 공동 교신저자로, 서울대 김원석 박사와 강원대병원 이선화 교수가 공동 제1저자로 참여했다. 

"말기신부전 환자들의 삶의 질 향상에 기여할 것"

서울대 김성재 교수는 “이번 연구는 단순히 최신 소형 투석기 기술을 개발하는 데 그치는 것이 아니라, 환자의 삶의 질 향상, 의료 접근성 확대, 의료비 절감, 의료기기 산업 발전 등 사회 전반에 걸친 폭넓은 기대 효과를 가진다는 점에서 중요한 의미가 있다”면서 “쥐 모델에 적용한 결과 명확한 한계도 있었지만, 이온농도분극 현상을 활용해 노폐물을 제거하고 유량을 확장하는 기술 혁신을 선보인 투석기를 인공 신장에 통합하면 말기 신부전 환자가 이동성을 확보해 생활 수준을 크게 높일 수 있을 것”이라고 말했다. 

서울대 이정찬 교수는 “개발한 복막 투석기가 인체에 적용 가능한 수준에 도달하기 위해서는 의료기기 제품화를 비롯해 안전성 평가, 임상시험, 규제기관 인허가 등의 과정을 거쳐야 하므로 아직 갈 길이 멀다”면서도 “이번 연구는 말기신부전 치료법을 혁신할 수 있는 원천기술을 확보했다는 점에서 매우 의미가 크다"고 말했다.

한림대 성건용 교수는 “이번 성과는 나노 기술이 실질적으로 인공 장기에 적용된 첫 사례”라고 강조하면서 “투석으로 삶의 만족도가 낮아진 말기신부전 환자들에게 향후 더욱 개선된 삶을 제공할 수 있게 됐다는 점에서 연구자로서의 보람을 느낀다”고 전했다.

서울대병원 김연수 교수는 “그간 다양한 만성 콩팥병 치료법이 사용됐지만 환자가 일상 생활을 유지하는 데 어려움이 많았다”며 “연구 결과가 상용화되면 만성 콩팥병 환자가 일상 생활을 안정적으로 영위하는 건 물론이고, 활동적인 삶도 충분히 계획할 수 있을 것으로 예상한다”고 말했다.

이번 연구 내용과 의미를 질문과 답변 형식으로 알아본다.

1. 휴대용 인공신장이 왜 필요한가?

현재 신장 기능이 저하된 환자들은 혈액 투석법을 주로 사용한다. 하지만 이 방법은 환자가 병원에서 주 2~3회, 4~6시간씩 투석을 받아야 하기 때문에 일상 생활에 큰 제약이 있다. 장치 자체도 크고 무거워 휴대가 어렵다.

이에 반해 복막투석법은 복막 내에 투석액을 주입하여 노폐물을 제거하는 방식으로, 환자가 집이나 외부에서도 스스로 투석을 할 수 있는 장점이 있다. 하지만 기존 복막투석기는 소형화가 어려워 상용화되지 못하고 있었다.

2. 연구팀이 개발한 소형 복막투석기의 원리는?

연구팀은 복막투석 과정에서 발생하는 물질 교환이 완료된 투석액을 체외에서 연속적으로 정수하여 다시 복막에 주입하는 방식을 활용했다. 이를 통해 장치를 소형화하여 착용 가능한 복막투석기로 설계할 수 있었다.

특히, 체내 노폐물을 제거하기 위해 이온농도분극(Ion Concentration Polarization) 현상을 활용했다. 이는 나노막을 통해 전기적 인력과 척력인 쿨롱 힘(Coulomb force)을 이용해 이온과 입자를 분리하는 메커니즘으로, 체내 노폐물 중 크레아티닌(Creatinine)과 같은 전하를 띤 물질뿐 아니라 유레아(Urea)와 같은 전기적으로 중성인 물질도 제거할 수 있도록 개선했다.

3. 소형 복막투석기의 성능은 어떤가?

기존 미세유체역학 장치는 용량이 적어 분당 마이크로리터(㎕) 수준의 수처리 용량에 그쳤다. 하지만 연구팀은 마이크로-메쉬 구조(Micro-Mesh Structure)를 통해 유량을 확장하여, 분당 1밀리미터(㎖) 수준으로 개선했다. 이를 통해 신부전 쥐 모델에 적용한 결과, 1사이클당 평균 약 30%의 체내 노폐물 제거율을 기록하며, 휴대용 인공신장으로서의 가능성을 확인했다.

4. 기존 투석기와 비교해 어떤 장점이 있는가?

첫째는 휴대성이다. 기존 혈액 투석법과 달리 소형화되어 환자가 착용하고 이동할 수 있다. 둘째는 자립성이다. 복막투석법을 기반으로 하여 환자 스스로 투석이 가능하다. 세번째는 효율성이다. 이온농도분극 기술을 활용해 전하를 띤 물질뿐 아니라 중성 물질도 제거가 가능하다. 네번째는 고효율 정수 기능이다. 기존 전기 투석법으로는 제거되지 않던 유레아도 처리할 수 있어서 기술적으로 진일보했다.

5. 상용화 가능성은 어느 정도인가?

연구팀은 현재 개발된 복막투석기가 쥐 모델에서 유효성을 입증했으나, 인체 적용을 위해서는 의료기기 제품화, 안전성 평가, 임상시험, 규제기관 인허가 등의 추가 과정이 필요하다. 연구팀의 김성재 교수는 “이번 연구는 인공신장 개발의 기초 기술을 확보한 데 의의가 있으며, 향후 연구와 투자로 상용화가 이루어진다면 말기신부전 환자의 이동성 확보와 생활 수준 개선에 크게 기여할 것”이라고 강조했다.

6. 향후 연구 계획은?

연구팀은 앞으로 휴대용 인공신장의 내구성과 안전성을 높이기 위한 추가 연구를 진행할 예정이다. 특히 의료 폐기물 감소와 의료비 절감을 위해 고효율 정화 기술을 더 발전시킬 계획이다. 또한, 다양한 환경에서 실제로 활용할 수 있도록 휴대성 강화와 배터리 성능 개선에도 주력할 예정이다.

7. 이번 연구의 의의는 무엇인가?

이번 연구는 단순한 소형 투석기 개발을 넘어, 신부전증 환자들이 일상 생활을 유지하면서도 안전하게 투석할 수 있는 새로운 가능성을 제시한 데 큰 의의가 있다. 또한, 의료 기기 기술의 발전뿐 아니라 사회적 의료 비용 절감 및 의료 접근성 향상에도 기여할 수 있어 향후 신장 질환 치료의 패러다임 전환을 기대할 수 있다.

이 휴대용 인공신장이 실제로 상용화된다면, 환자들이 병원 방문 없이도 투석을 할 수 있어 일상 생활의 자유를 크게 회복할 수 있을 것으로 보인다.

정 현 기자 다른기사 보기