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- 혈액 생산 과정은 복잡, 골수와 폐에서 자연적 혈액 생성 일부 단계 아직 안 밝혀져
- "적혈구모세포가 적혈구로 발달하는 마지막 단계에서 적혈구모세포는 핵을 방출"
- 향후 실험실에서 인간 혈액을 더욱 효율적으로 생산해 헌혈 부족문제 해결 가능성 열어

인공 혈액 생산의 열쇠 발견?
적혈구 생산의 마지막 단계 발견

실험실 혈액:
적혈구는 성숙하면서 마지막 단계에서 핵을 잃는다. 연구진은 이러한 현상을 유발하는 요인을 최초로 밝혀냈다. 특정 전달 물질이 전구세포를 비대칭적으로 분열시켜 미래의 혈액 세포가 비어 있게 만든다. 이 발견은 향후 실험실에서 인간 혈액을 더욱 효율적으로 생산해 헌혈 부족 문제를 해결할 가능성을 열어준다. 

▲ 인간과 다른 포유류의 완성된 적혈구에는 더 이상 핵이 없다. pixabay

우리나라 1일 혈액 소요량과 혈액보유량은 대한적십자사 혈액관리본부 웹사이트에 매일 0시 기준으로 게시된다. 7월 9일 현재 보유량은 46,862 유닛(Unit)이다. 그러나 장기간 보관이 어렵고 자발적 헌혈자가 항상 충분한 것은 아니기 때문에 이러한 양의 혈액을 항상 확보할 수는 없다. 연구진은 혈액 부족을 막기 위해 수십 년 동안 인공적으로 인간 혈액을 생산하기 위해 노력해 왔다. 어떤 경우에는 실험실에서 배양한 혈액을 환자에게 투여할 수 있을 정도로 성공적이었다.

그러나 이 생명의 묘약과 같은 혈액을 생산하는 과정은 복잡하며, 골수와 폐에서 자연적으로 혈액이 생성되는 일부 단계는 아직 밝혀지지 않았다. 실험실에서 혈액을 대량으로 생산하려면 모든 단계를 정확하게 추적하고 재현할 수 있어야 한다. 이제 연구자들은 기증된 줄기세포가 거의 완전히 적혈구모세포로 성숙하고, 그 후 적혈구(적혈구)로 성장하도록 할 수 있다.

▲ 우리나라 1일 혈액 소요량과 혈액보유량 (출처:대한적십자사 혈액관리본부 2025년 7월 9일 현황)

단계 누락

하지만 중요한 단계가 누락되었다. "적혈구모세포가 적혈구로 발달하는 마지막 단계에서 적혈구모세포는 핵을 방출한다."라고 콘스탄츠 대학교의 주저자 율리아 구트야르(Julia Gutjahr)는 설명한다. "이는 포유류에서만 발생한다. 아마도 산소 운반을 위한 공간을 확보하기 위해서일 것이다." 핵이 소실되는 이유는 세포가 비대칭적으로 분열하기 때문이며, 두 개의 딸세포 중 하나만 핵을 유지한다. 이 핵은 식세포에 의해 제거되고, 무핵 적혈구만 남게 된다.

그러나 이러한 분열이 정확히 어떻게 일어나는지는 이전에는 명확하지 않았다. 따라서 연구자들은 아직 혈액 생성의 마지막 단계를 효율적으로 재현하지 못했다. 인공적으로 생성된 혈액의 성공률은 최대 80%에 불과하다. 따라서 구트야르와 그의 연구팀은 쥐를 이용하여 적혈구의 핵 소실을 더욱 자세히 조사했다.

핵 방출의 미스터리 해결

연구진은 핵 소실의 핵심 요인을 규명하는 데 성공했다. 바로 케모카인 CXCL12와 그 수용체인 CXCR4가 핵 방출을 담당한다는 것이다. 이 전달 물질이 미성숙 혈액 세포의 적절한 도킹 부위에 결합할 때만 비대칭 세포 분열이 발생하고, 두 딸세포 중 하나에서 핵이 소실된다.

런던 퀸 메리 대학교의 수석 저자인 안탈 로트(Antal Rot)는 "이 신호 전달 분자는 적혈구모세포에서 핵까지 운반된다. 그곳에서 세포 성숙을 촉진하고 세포가 핵을 방출하도록 돕는다"고 설명했다. 메신저 물질에 의해 유발되는 신호는 특히 구형 전구 세포가 더 길어지고, 원래는 중심이었던 핵이 응축되어 한쪽으로 치우치도록 한다.

"케모카인 CXCL12가 이러한 핵 방출을 유발할 수 있다는 것을 발견했다. 이 물질은 주로 골수에서 발견되지만, 핵 방출이 일어나기 위해서는 다양한 요인의 상호작용이 필요하다"고 구트야르(Gutjahr) 박사는 설명했다. 이러한 요인에는 혈액 호르몬인 에리스로포이에틴(Erythropoietin)이 포함된다. "적절한 시점에 CXCL12를 첨가함으로써 인위적으로 핵 방출을 유발할 수 있었다"고 생물학자는 보고했다.

이제 혈액은 실험실에서 나오는 것일까?

이러한 지식을 바탕으로 향후 적혈구의 산업적 배양을 최적화할 수 있을 것이다. 하지만 이는 추가 연구가 필요하다. "현재 우리는 CXCL12를 사용해 인간 적혈구의 인공적 생산을 최대한 효율적으로 만드는 방법을 정확히 연구하고 있다"고 구트야르 박사는 말했다. 이는 향후 성공률을 크게 높일 수 있다.

▲ 이제 혈액은 실험실에서 나오는 것일까?

인공 혈액 생산이 대량으로 성공한다면 의학계에 큰 성공을 가져다줄 것이다. "실험실에서 혈액을 생산하는 과정은 여전히 ​​복잡하겠지만, 예를 들어 희귀 혈액형을 특정하게 생산하거나, 혈액 부족을 해소하거나, 자신의 혈액을 복제하여 특별한 치료 옵션을 제공할 수 있을 것이다"고 구트야르는 설명했다.

신호 분자에 대한 특이한 반응

게다가 생물학자들은 다른 연구 과제에도 도움이 될 수 있는 새로운 메커니즘을 발견했다. 백혈구를 비롯한 여러 세포 유형에서 케모카인 CXCL12는 세포 표면의 수용체에만 결합해 세포 이동을 촉진한다. 그러나 적혈구에서는 이 전달 물질과 수용체가 세포 내부로 이동하여 핵 소실을 유발한다.

Rot는 "이번 연구는 케모카인 수용체가 세포 표면뿐만 아니라 세포 내에서도 작용한다는 것을 처음으로 보여주었으며, 세포 생물학에서 수용체의 역할에 대한 완전히 새로운 관점을 제시했다"고 말했다. 연구팀은 이제 이러한 비정형적인 방식으로 조절되는 다른 특수 세포 유형을 탐색하려고 한다.

참고: Science Signaling, 2025; doi: 10.1126/scisignal.adt2678
출처: Universität Konstanz

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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