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호출부호 ‘모르핀 1-2’. 이라크전 당시 로터가 두 개 달린 미군 대형 후송 헬기였다. 바그다드 북쪽 발라드의 야전병원에 부상병 셋을 내려놓은 직후, 이 헬기에 긴급 임무가 떨어졌다. 반군이 장악한 지역을 대낮에 지나가라는 임무였다. 평소에는 밤에만, 그것도 불을 전부 끈 채로 지나가던 구간이다. 헬기는 안바르주 카르마 인근에서 휴대용 미사일에 맞았고, 58초를 버티다 추락했다. 승무원 7명 전원 사망.

그날 헬기가 실으러 간 건 부상자가 아니라 피였다. 혈액을 받아 오는 ‘블러드 런(blood run)’은 군에서 환자 후송 바로 다음으로 우선순위가 높은 임무다. 피는 필요한 곳에 미리 넉넉히 쌓아 둘 수 없는 물자이기 때문이다. 미군과 민간 의료계가 인공혈액, 혹은 합성혈액이라 불리는 대체품 개발에 공을 들이는 배경이 여기 있다. 아래에서는 피가 왜 오래 못 버티는지, 인공혈액이 정확히 무엇을 대신하려 하는지, 성분마다 난이도가 왜 이렇게 벌어지는지를 차례로 짚는다.

전혈은 냉장 35일, 혈소판은 일주일을 못 넘긴다

헌혈한 피를 성분 분리 없이 그대로 냉장하는 전혈은 35일이 한계다. 혈액은행이 피를 성분별로 나눠 각각에 맞는 방식으로 보관하는 것도 그래서다. 상처를 막는 혈소판은 보통 실온에 두는데, 일주일을 넘기기 어렵다. 산소를 나르는 적혈구와 단백질이 풍부한 혈장은 얼려서 보관 기간을 늘린다. 걸림돌은 해동 이후다. 한번 녹인 적혈구와 혈장은 며칠 안에 못 쓰게 된다.

수술 일정이 잡혀 있는 병원이라면 날짜에 맞춰 녹이면 그만이다. 대량 부상자가 언제 생길지 모르는 전장에서는 이 계산이 통하지 않는다. DARPA 프로그램 매니저인 로버트 머리(Robert Murray) 해군 소령은 생리학 박사이기도 하다. 그는 공격 시점을 모르면 결국 녹여 둔 피가 유효기간을 넘겨 버려진다고 이 딜레마를 설명한다. 미리 녹이면 버리고, 안 녹이면 늦는다. IT 인프라에 빗대면 콜드 스탠바이는 띄우는 데 너무 오래 걸리고, 핫 스탠바이는 유지비를 감당하지 못하는 상황과 닮았다.

늦는 게 왜 치명적인지는 숫자가 보여 준다.

• 전장에서 막을 수 있었던 사망의 약 90%가 출혈 때문이다. 출혈은 전 세계 산모 사망 원인 1위이기도 하다.
• 아프가니스탄 전투 부상자를 분석한 JAMA 연구는 수혈이 필요한 환자의 골든타임을 36분으로 잡았다. 머리 소령의 설명으로는, 이 시간 안에 피가 들어가면 살릴 만한 출혈 환자는 거의 확실히 살고 36분을 넘기면 생존 가능성이 급격히 떨어진다.
• 미국에서 병원 도착 전에 수혈이 필요했을 것으로 보이는 외상 환자는 120만 명이다. 이 가운데 실제로 피를 받은 사람은 1%뿐이었다. 학술지 Transfusion에 실린 연구 결과다.
• 미국외과학회(American College of Surgeons)는 혈액 부족 때문에 미국에서만 해마다 약 1만 명이 막을 수 있었던 죽음을 맞는다고 추산한다. 전 세계로 넓히면 수백만 명 규모일 가능성이 크다.

이 수치들을 나란히 놓으면 인공혈액 개발의 실제 목표가 드러난다. ‘공장에서 피를 만든다’보다는 ‘36분 안에 환자 곁에 피를 가져다 둔다’에 가깝다. 이 분야 기사에 보관 기한과 보관 온도가 빠지지 않고 등장하는 이유다. 특히 120만 명 중 1%라는 비율은 문제의 상당 부분이 병원 밖까지 피를 제때 실어 나르는 일, 즉 물류에 있다는 해석에 힘을 싣는다.

피 한 봉지가 아니라 세 성분을 따로 만드는 개발

인공혈액이라는 말을 들으면 빨간 액체 한 봉지가 피를 통째로 대신하는 장면이 떠오르기 쉽다. 실제 연구는 그런 식으로 굴러가지 않는다. 수혈에 쓰는 세 성분은 하는 일도, 상하는 방식도 제각각이다. 그래서 대체품도 성분별로 따로 개발된다. 차이는 아래 표에 모았다.

구분	하는 일	기존 보관 방식과 한계	대체품 개발 단계
전혈	모든 성분이 그대로 담긴 피	냉장 35일	성분별로 나눠 보관 기간을 늘리는 방식이 일반적
혈장	혈액량 회복, 응고 보조 (전혈의 55%)	냉동 보관, 해동 후 며칠 안에 상함	동결건조 제품 2종이 FDA로부터 미군 응급 사용 허용을 받음, 그중 1종은 민간 사용도 가능
혈소판	상처 부위에서 피를 굳힘	실온 보관, 일주일 이하	Cellphire 동결건조 혈소판이 사람 임상에서 안전성·효능을 보임. 헌혈에 의존해 대량 생산은 미지수
적혈구	헤모글로빈으로 산소 운반	냉동 보관, 해동 후 며칠 안에 상함	막 없는 헤모글로빈의 분해·혈관 수축 문제가 숙제. 정제·농축 후 동결건조하는 시도가 진행 중

DARPA의 RAPIID(resuscitation and prevention of ischemia-induced dysfunction) 프로그램도 이 구조를 그대로 따른다. MIT 테크놀로지 리뷰가 다룬 이 프로그램의 예산은 7,300만 달러. 혈장·혈소판·적혈구 세 가지를 모두 선반에 두고 보관하는(shelf-stable) 형태로 만드는 게 목표다. 출발점은 앞서 4,750만 달러를 들인 FSHARP 프로젝트다. 연구진은 여기서 동물 실험으로 유망한 결과를 냈고, RAPIID가 그 흐름을 이어받았다. 계획은 성분별 임상시험을 동시에 진행해 2029년까지 건조 혈액 제품을 야전에 배치하는 것. 세 성분의 임상을 한꺼번에 굴려야 한다는 점을 생각하면 일정에 여유가 많다고 보기는 어렵다.

제품만 만든다고 끝나는 일도 아니다. 전투 환경을 견디는 보관 백이 따로 필요하고, 환자 몸에 인공혈액이 이미 얼마나 들어갔는지 확인하는 검사도 함께 갖춰야 한다. 소프트웨어로 치면 핵심 라이브러리 하나가 아니라 패키징과 배포 환경, 모니터링까지 묶어서 내놓아야 하는 프로젝트다. FDA와 임상 일정을 조율하는 일도 여기에 얹힌다. 머리 소령의 역할을 오케스트라 지휘자에 빗대는 게 과장으로 들리지 않는 이유다.

동결건조 혈장, 1960년대에 멈췄다가 응급 현장으로 복귀

세 성분 가운데 가장 앞서 있는 건 혈장이다. 전혈의 55%를 차지하는 노르스름한 액체로, 물과 염분, 수천 종의 단백질이 섞여 있다. 출혈로 줄어든 혈액량을 채우고, 피가 굳는 과정을 돕는다.

혈장 대체품을 떠받치는 기술은 동결건조다. 얼린 상태에서 수분만 빼내는 방식이다. 물이 빠지면 변질 속도가 크게 느려지고, 그만큼 냉동고에 묶여 있을 필요가 줄어든다. 혈장을 분리해 동결건조하는 방법 자체는 새롭지 않다. 1930년대 후반부터 알려진 기술이고, 2차 세계대전 때 부상병의 혈액량을 회복시키고 출혈을 어느 정도 잡는 데 실제로 쓰였다.

미국은 1960년대에 동결건조 혈장 사용을 중단했다. 감염된 헌혈자의 혈장이 섞이면 받는 사람에게 간염이 옮을 위험이 있었기 때문이다. 이후 헌혈 혈액을 선별·검사하는 기술과 건조 기술이 함께 좋아졌고, 미군은 2010년부터 몇 년에 걸쳐 생산 역량을 다시 쌓았다. 그 끝에 나온 게 FDA의 허용이다. 동결건조 혈장 두 종류가 미군 응급 사용 허용을 받았고, 그중 한 종류는 민간 사용까지 허용됐다. 공백을 만든 건 건조 기술의 한계가 아니라 감염 위험이었다는 점이 눈에 띈다.

분명히 해 둘 대목이 있다. 동결건조 혈장은 ‘합성’한 피가 아니다. 원료는 여전히 사람이 헌혈한 혈장이다. 바뀐 건 보관 형태뿐. 인공혈액 관련 글을 읽을 때 ‘새로 합성한 것’과 ‘기증 혈액을 오래 가도록 가공한 것’을 나눠 두면 헷갈릴 일이 크게 준다. 엄밀히 따지면 지금 가장 앞서 있는 ‘인공혈액’은 인공이라기보다 가공 혈액에 가깝다.

혈소판은 헌혈 의존, 적혈구는 막 없는 헤모글로빈이 걸림돌

혈소판은 상처 부위에 모여 피를 굳히는 역할을 한다. 수명을 늘리려는 시도는 1950년대부터 이어졌지만 성과는 많지 않았다. 혈소판의 막을 합성 입자에 붙이는 생체공학적 접근도 그중 하나였다. 현재 가장 앞선 사례로 꼽히는 건 실제 사람 혈소판을 동결건조하는 Cellphire다. 사람 대상 임상시험에서 안전성과 효능을 보였다. 다만 원료가 헌혈이다. 수요만큼 생산을 늘리는 게 가능할지는 아직 미지수로 남아 있다. 동결건조 혈장과 같은 구조적 한계를 그대로 안고 있는 셈이다.

적혈구는 한층 까다롭다. 적혈구의 핵심은 산소를 실어 나르는 단백질인 헤모글로빈이고, 이 헤모글로빈은 세포막에 싸여 있다. 수혈에서 골치를 썩이는 게 바로 이 막이다. 막 때문에 면역 반응 문제가 생기고, 헌혈자와 수혈자의 혈액형을 맞춰야 한다. 연구자들이 100년 넘게 막 없이 헤모글로빈만 전달하는 방법을 찾아온 이유다.

그런데 그 막은 괜히 진화한 게 아니었다. 막 없이 드러난 헤모글로빈은 혈류 안에서 빠르게 분해되고, 이것이 장기 손상으로 이어진다. 혈관을 넓히는 몸속 신호 물질인 산화질소를 붙잡아 버리는 문제도 있다. 그러면 혈관은 오히려 좁아진다. 이 부작용들이 뚜렷하게 드러난 건 1980~1990년대다. 수혈로 HIV가 옮을지 모른다는 우려가 커지면서 막 없는 헤모글로빈 기반 대체품에 관심이 몰렸던 시기와 겹친다.

그래서 개발의 초점은 헤모글로빈을 어떻게 정제하고 어떤 형태로 안정화하느냐에 맞춰져 있다. KaloCyte는 막에 싸이지 않은 헤모글로빈을 접선 유동 여과(tangential flow filtration) 장비로 처리한 뒤 농축하고 동결건조해 장기 보관형으로 만든다. 접선 유동 여과는 액체를 필터 면과 나란히 흘리면서 거르는 방식이다. 필터에 곧바로 들이붓는 방식보다 필터가 덜 막힌다. 적혈구 대체품이 넘어야 할 산은 두 개다. 막이 하던 보호 역할을 대신해야 하고, 동시에 혈액형 문제도 피해 가야 한다. 한쪽만 풀어서는 쓸 수 없는 제품이라는 점에서, 세 성분 중 적혈구가 가장 뒤에 서 있는 건 자연스러운 결과로 보인다.

국내 수혈 방식은 그대로, 원료는 여전히 헌혈

범위부터 분명히 하자. RAPIID와 FSHARP는 미군 프로그램이고, 동결건조 혈장의 응급 사용 허용도 미국 FDA가 내린 결정이다. 이 때문에 국내 병원의 수혈 방식이나 헌혈 절차가 바뀌는 건 없다. 적혈구를 수혈할 때 혈액형을 맞추는 과정도 그대로다.

이번 흐름에서 도리어 선명해지는 건 헌혈의 비중이다. 가장 앞서 있는 동결건조 혈장도, 사람 임상까지 간 동결건조 혈소판도 원료는 헌혈 혈액이다. 인공혈액 연구가 진전된다고 헌혈이 필요 없어지는 구조가 아니라는 얘기다. 국내 혈액 공급도 헌혈에 기대고 있고, 성분별 보관 기한이라는 제약 역시 같은 원리로 작동한다. 헌혈이 꾸준히 이어져야 한다는 결론은 당분간 달라지지 않을 것으로 본다.

여기부터는 추측이다. 장기 보관형 혈액 제품이 실제로 쓰이기 시작하면 변화는 병원 안보다 병원 밖에서 먼저 체감될 가능성이 크다. 구급차, 섬이나 산간 지역의 보건 시설, 군 의무 체계처럼 냉장·냉동 설비를 두기 어렵고 혈액 공급처와 멀리 떨어진 곳들이다. 미국에서 병원 도착 전 수혈이 1%에 그쳤다는 수치를 보면, 병원 도착 전 단계가 가장 큰 공백이라는 판단에는 근거가 있다. 그렇더라도 이건 원리에서 끌어낸 기대일 뿐, 국내 도입 시점을 가늠할 자료는 아니다.

확인된 것과 아직 불확실한 것

확인된 것

• 보관 한계는 전혈이 냉장 35일, 혈소판이 실온 일주일 이하다. 냉동한 적혈구·혈장은 해동 후 며칠 안에 상한다.
• 아프가니스탄 전투 부상을 분석한 JAMA 연구는 수혈 골든타임으로 36분을 제시했다.
• FDA는 동결건조 혈장 두 종류의 미군 응급 사용을 허용했고, 그중 한 종류는 민간 사용도 가능하다.
• Cellphire의 동결건조 혈소판은 사람 대상 임상시험에서 안전성과 효능을 보였다.
• DARPA는 7,300만 달러 규모의 RAPIID로 세 성분의 장기 보관형 제품 개발에 나섰다. 앞선 FSHARP(4,750만 달러)는 동물 실험에서 유망한 결과를 냈다.

아직 불확실한 것

• RAPIID가 2029년 야전 배치 목표를 지킬지. 세 성분의 FDA 임상을 나란히 진행해야 하는 빡빡한 일정이다.
• FSHARP의 동물 실험 결과가 사람에게서도 재현될지.
• 헌혈에 의존하는 동결건조 혈소판을 수요만큼 늘려 생산하는 게 가능할지.
• 적혈구 대체품이 헤모글로빈 분해와 혈관 수축 문제를 사람에게서 얼마나 극복했는지. 공개된 내용만으로는 판단할 근거가 부족하다.

인공혈액 뉴스, 성분·단계·원료만 확인해도 과장이 걸러진다

인공혈액 소식은 앞으로도 꾸준히 나올 것이다. 제목만 보면 대부분 ‘피를 만들었다’로 읽힌다. 아래 세 가지를 확인하면 그 소식이 얼마나 무게 있는 이야기인지 가늠하기가 한결 쉬워진다.

• 어떤 성분인가: 혈장인지, 혈소판인지, 적혈구인지부터 본다. 혈장이면 이미 응급 사용 단계에 들어선 영역이다. 적혈구라면 가장 어려운 영역이고, 그만큼 결과를 더 깐깐하게 따져 볼 필요가 있다.
• 어느 단계인가: 동물 실험, 사람 대상 임상시험, 규제기관의 사용 허용은 전혀 다른 단계다. FSHARP는 동물 실험, Cellphire 혈소판은 사람 임상, 동결건조 혈장은 FDA 응급 사용 허용 단계. 이런 식으로 위치를 찍어 보면 과장된 제목이 금방 걸러진다.
• 원료가 무엇인가: 헌혈 혈액을 오래 가도록 가공한 건지, 헌혈 없이 만드는 건지에 따라 공급을 늘릴 여지가 완전히 달라진다.

여유가 있으면 보관 조건도 보자. 냉장·냉동이 필요한지, 건조 상태로 보관하는지 정도면 된다. 이 분야의 성패는 한 가지 질문으로 모인다. 36분 안에 피가 환자 곁에 있느냐. 모르핀 1-2가 대낮에 위험 지역을 건너야 했던 것도 피가 제때 그 자리에 없었기 때문이다. 기술 이름이 아무리 화려해도 그 질문에 얼마나 다가갔는지를 잣대로 삼으면 크게 틀리지 않는다.

출처: MIT Tech Review AI