혈액투석 여과기 국산화 시동···노폐물 제거 효율 150% 높였다

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 요독(노폐물) 물질 제거 효율은 150% 향상시키고, 혈액 속 단백질 손실량은 절반 이하로 줄이는데 성공했다. 앞으로 기술을 발전시켜 말기 신부전 환자 치료 효율을 개선하는데 활용할 수 있는 연구 결과다.

광주과학기술원(GIST)은 김인수 지구환경공학부 교수 연구팀이 공압출(두 개 이상 재료를 동시에 압출하는 기술)로 고분자를 섬유화하는 공정을 통해 고성능 혈액투석용 중공사(hollow fiber) 분리막(이하 중공사막)을 개발했다고 24일 밝혔다.

김인수 광주과학기술원 교수.(사진=광주과학기술원)

김인수 교수는 전량 수입에 의존하는 혈액투석용 중공사막 국산화를 위해 고성능 혈액투석용 중공사 분리막 개발 연구를 하고 있다. 2021년 혈액투석용 중공사 분리막 제조 기업 이노셉을 설립해 현재 최고기술책임자(CTO)를 맡고 있다. 한국과학기술한림원과 국제 물 협회(IWA) 석학회원으로도 활동하고 있다.

말기신부전증 환자는 신장 기능이 떨어져 혈액 내 요독 물질이 정상 배출되지 않아 혈액투석, 복막투석, 신장이식 등 치료가 필요하다. 이중 혈액투석 환자는 약 80%를 차지한다.

혈액투석은 중공사막을 이용해 혈액 내 요독 물질을 제거하고, 신장 기능을 대체하는 치료법이다. 환자 혈액을 중공사막 내측(bore-side)으로 순환시키고, 외측으로 투석액을 순환시켜 혈액 안에 있는 요독 물질을 없애기 때문에 혈액투석 시 사용되는 혈액투석용 중공사막의 성능은 혈액투석 효율을 결정하는데 중요하다.

연구팀은 중공사막 제조 시 삼중 방사노즐을 이용해 고분자 용액을 방사하면서 외측에 유기용매를 동시에 방사하는 공압출 방사 공정을 도입했다. 이를 통해 중공사막의 내·외측 기공 구조를 동시에 조절하면서 요독 물질 제거 효율을 높였다.

공압출 공정을 이용한 혈액투석용 중공사막 개발 모식도.(자료=광주과학기술원)

중공사막 제조 시 삼중 방사 노즐을 사용해 노즐 중앙과 최외각 층에 흐르는 용액의 조성도 조절했다. 혈액투석용 중공사막의 내측의(혈액이 닿는 부분) 평균 기공 크기는 약 8.4 나노미터, 외측(투석액이 닿는 부분)의 평균 기공 크기는 내측 기공 크기의 약 230배에 달하는 1.9 마이크로미터로 조절하고, 중공사막 단면을 요독 물질 수송에 유리한 단일 핑거형(finger-like) 구조로 최적했다.

실험 결과, 일반적인 이중 방사노즐로 제조된 혈액투석용 중공사막의 순수 수투과도, 요독 제거 효율과 비교해 각각 400%, 150% 효율이 증가했다. 반면 단백질 손실량은 54% 줄였다.

김인수 교수는 “공압출 공정을 통해 중공사막의 기공 구조를 정밀하게 조절해 혈액투석 효율을 높일 수 있는 혈액투석용 중공사막을 개발했다”며 “혈액투석용 중공사막이 상용화되면 전량 수입에 의존하던 혈액투석용 중공사막을 대체하고, 신장질환 환자의 치료 효율을 높여 삶의 질 향상에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

연구 결과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’에 지난 달 29일자로 게재됐다.