매년 수백만 명의 사람들이 헌혈하여 수많은 생명을 구하고 있습니다. 헌혈이 완료된 후 혈장과 백혈구를 분리하고 남은 적혈구 현탁액은 임상에서 가장 많이 사용되는 수혈 제품이다. 대부분의 국가에서는 저온 조건에서 액체 형태로 최대 42일 동안 보관할 수 있습니다.
그러나 적혈구는 냉장 보관 과정에서 점차 구조적 변화를 겪게 되고, 세포막이 약해지며, 각종 유해 대사물질이 축적되어 혈액의 질이 저하되는 원인이 됩니다. 따라서 적혈구는 일반적으로 6주 후에는 더 이상 수혈에 적합하지 않은 것으로 간주됩니다. 더욱 문제가 되는 것은 동일한 보관 조건과 시간에서도 헌혈자마다 적혈구의 '노화' 속도가 다르다는 것입니다. 품질 약화는 기증자의 대사 상태, 생활 방식, 체중, 성별, 연령 등 다양한 요인에 의해 영향을 받으며 크게 다릅니다. 이러한 개인차는 병원이나 혈액센터에서 적시에 파악하기 어려운 경우가 많습니다. 가장 큰 이유는 빠르고 저렴하며 수혈 전 일선 임상 실습에 사용할 수 있는 혈액 질 검사 방법이 부족하기 때문이다.
콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스(University of Colorado Boulder)와 콜로라도 대학교 안슈츠 메디컬 센터(University of Colorado Anschutz Medical Center)의 연구원들은 최근 위의 문제에 대한 해결책을 제공하기 위해 작고 저렴하며 사용하기 쉬운 새로운 감지 장치를 개발했습니다. 팀은 미래에 이 장치를 동전 크기의 "칩"으로 만들어 스마트폰에 직접 삽입할 수 있고 휴대폰 카메라와 지원 애플리케이션을 통해 약 2분 만에 테스트 결과를 제공하여 즉각적인 침상 평가가 가능하게 할 수 있을 것으로 예상하고 있습니다.
이 칩의 작동 원리는 음향 미세유체 기술을 기반으로 합니다. 칩 표면에는 전극이 배열되어 있습니다. 전류가 흐르면 음파와 유사한 표면탄성파가 최상층에 생성되며, 이는 칩 표면에 놓인 작은 혈액 방울에 작용합니다. 음파의 작용에 따라 적혈구는 진동하고 세포가 파열될 때까지 점차적으로 가열됩니다. 이는 적혈구에 대한 "소형 스트레스 테스트"와 동일합니다. 파열이 빠를수록 적혈구는 더욱 취약해지고 혈액의 전반적인 품질은 더욱 악화됩니다.
실험에서 연구진은 42일의 보관 기간 동안 매주 여러 명의 건강한 헌혈자의 혈액 샘플을 테스트했습니다. 결과에 따르면 보관 기간이 길어지면 일부 기증자의 적혈구는 더 낮은 온도와 더 이른 시점에서 파열될 수 있으며, 공식적인 "유효 기간"에 도달하기 전에 품질이 크게 저하될 수 있는 것으로 나타났습니다. 이는 균일한 유통기한에만 의존하는 것만으로는 특정 시점의 각 혈액 봉지의 실제 상태를 정확하게 반영하는 데 충분하지 않음을 보여줍니다.
연구팀은 음향진동이 꼭 필요한지 확인하기 위해 정밀한 온도 조절만으로 적혈구의 열파열을 관찰하고 기증자와 시점별로 비교도 시도했다. 이 연구는 음향 진동을 중첩시키지 않고 가열만으로는 기증자 간의 적혈구 특성 차이를 효과적으로 구별할 수 없다는 사실을 발견했습니다. 그러나 음향 진동을 추가하면 이러한 차이가 명확하게 표시될 수 있습니다.
연구자들은 이 기술이 적혈구 품질이 저장 기간과 개인별 생물학적 차이에 의해 영향을 받는다는 점을 지적했습니다. 수혈 전에 품질이 낮은 혈액백을 식별하면 병원은 이를 가능한 한 빨리 사용하는 우선순위를 정할 수 있으므로 혈액 자원 활용도가 향상되고 환자에게 더 나은 치료 보장을 제공할 수 있습니다. 동시에 이러한 유형의 검사는 의사가 수혈 후 수혜자의 적혈구가 체내에서 어떻게 작용할 것인지 예측하여 수혈 결정을 최적화하는 데 도움이 될 것으로 기대됩니다.
현재 이 방법이 병원에 널리 배포되기 전에 추가 검증, 엔지니어링 개선, 기존 수혈 프로세스와의 통합 등 수행해야 할 작업이 많이 남아 있습니다. 앞으로 연구팀은 이를 기반으로 적용 범위를 확대하고 동일한 기술 경로를 사용하여 혈액 세포나 혈액 내 특정 단백질 수준에 영향을 미치는 여러 요인을 감지하고 더 많은 현장 진단 도구를 개발할 수 있기를 희망합니다. 관련 연구논문은 '랩 온 어 칩(Lab on a Chip)' 최신호에 게재됐으며, 콜로라도대학교 볼더캠퍼스(University of Colorado Boulder)에서 연구 브리핑을 발표했다.