Micro-sampling 기반 혈중 약물 분석법 개발 전략 (DBS, VAMS 등)

서론: 소량 채혈의 시대가 열리다

제약 및 임상 연구 환경은 나날이 환자 친화적이고 정밀한 방향으로 진화하고 있습니다. 특히 소아, 노인, 만성질환자 등 반복적인 혈액 채취가 어려운 환자군의 증가로 인해, 기존의 수 mL 단위 채혈 방식에서 벗어나 훨씬 더 간편하고 적은 양의 혈액만으로도 정확한 약물 정량이 가능한 Micro-sampling 기법이 주목받고 있습니다.

Micro-sampling은 일반적으로 10~30 μL 수준의 극소량 혈액만으로도 분석을 가능하게 하는 기술로, DBS(Dried Blood Spot) 및 VAMS(Volumetric Absorptive Microsampling) 방식이 대표적입니다. 이러한 기술은 LC-MS/MS(액체크로마토그래피-질량분석기)와 결합되어 고감도 분석 플랫폼을 제공하며, 환자 순응도 향상, 분석 정확도 개선, 물류 비용 절감 등 다양한 이점을 지닙니다.

본 글에서는 소량 혈액 분석 기술의 장점과 한계를 비롯하여, 실제 LC-MS/MS 분석법 개발 시의 주요 고려 사항, 그리고 민감도 확보 전략까지 심층적으로 다루고자 합니다.

Micro-sampling 기반 혈중 약물 분석법 개발 전략 (DBS, VAMS 등)

---

1. Micro-sampling이란 무엇인가?

1-1. Dried Blood Spot (DBS)

DBS는 소량의 전혈을 필터페이퍼 위에 떨어뜨린 후 자연 건조시켜 분석에 활용하는 방식입니다. 건조된 시료는 실온에서도 안정적으로 보관 및 운송이 가능하여 특히 자가 채혈 및 홈 모니터링 환경에서 유용합니다.

장점:

• 저비용, 비침습성, 간편한 보관 및 운송
• 소량 혈액으로 충분한 정량 가능
• 냉장 보관 불필요 (실온 안정성 확보 시)

단점:

• 혈액 내 Hematocrit(HCT)에 따른 확산도 변화
• 불균일한 분포 및 추출 효율의 불확실성

1-2. Volumetric Absorptive Microsampling (VAMS)

VAMS는 일정 부피의 혈액을 정량적으로 흡수할 수 있도록 설계된 특수 흡수 팁을 사용한 방식입니다. 채혈 부피의 재현성이 뛰어나며, GMP 환경에도 적합합니다.

장점:

• 일정 부피 확보 → 분석 정밀도 및 정량성 향상
• 자동화 시스템과 호환 가능
• 다양한 생체 시료(혈장, 타액 등) 확장 가능

단점:

• 채혈 및 건조 시 조건 표준화가 중요
• DBS보다 단가가 높음

---

2. Micro-sampling의 기술적 장점과 한계

2-1. 주요 장점

• 환자 편의성 향상: 자가 채혈 및 비전문가도 시료 수집 가능
• 반복 측정 가능성: 동일 피험자로부터 다회 채혈 가능 → PK/PD 연구에 유리
• 운송 효율성: 냉장 운송 불필요 → 글로벌 임상에서 물류비 절감
• 소아 및 희귀질환 연구 최적화: 적은 혈액량으로도 충분한 분석 가능

2-2. 기술적 한계

• Matrix Effect 증가: 소량 샘플 특성상 매질 간섭이 더 민감하게 작용
• Hematocrit 영향: 특히 DBS에서 확산 범위와 분석 농도에 영향을 줌
• 추출 효율 불균일성: 흡착 및 고정화에 따라 Recovery 변동 가능성 존재
• 재현성 문제: 건조 시간, 온도, 습도 등에 따라 시료 품질 편차 발생

---

3. LC-MS/MS 분석에서 Micro-sampling 적용 시 고려 요소

3-1. 시료 전처리 방법 최적화

기술	전처리 방식	주요 고려사항
DBS	펀칭 후 유기용매 침출	혈액의 균일성 확보 및 HCT 보정 필요
VAMS	팁 전체 침지 후 vortex 및 추출	추출 조건(시간, 용매, pH) 표준화 필요

3-2. Matrix Effect 최소화 전략

• Internal Standard(IS) 사용 → 간섭 요인 보정
• 다양한 HCT 농도 시료로 matrix effect 비교 검토
• 고정상 선택 (HILIC, polar embedded C18 등)
• 고속 gradient 및 적절한 ionization source 설정

3-3. 분석 민감도 확보 전략

• LLOQ 기준 설정 (예: 0.1 ng/mL 이하)
• ion suppression 방지 위한 column 세척 및 선택
• ESI ion source 최적화 및 MRM 전이 선정
• 최대한 높은 injection volume 확보 (제한적인 경우 loop overfill 기술 활용)

---

4. 실험 예시: 소아 환자 대상 항경련제 분석법

목표: Levetiracetam의 혈중 농도 측정을 위한 VAMS-LC-MS/MS 분석법 개발

항목	세부 내용
Sampling	20 μL VAMS tip, 손끝 모세혈관 채혈
Extraction	MeOH:ACN (1:1), 10분 vortex
IS	Levetiracetam-d6
LC 조건	C18 컬럼, 0.3 mL/min, gradient elution
MS 조건	MRM, ESI+, LLOQ 0.05 µg/mL
Recovery	평균 74.5%, CV 6.3%
Stability	실온 7일, 냉동 1달 내 안정성 확보
Accuracy & Precision	<10% CV, 95~105% 정확도

---

5. Method Validation 시 필수 기준 (FDA 권고 기준)

항목	Validation 내용
Selectivity	6개 매트릭스에서 간섭물질 없음 확인
Accuracy & Precision	LLOQ, MQC, HQC에서 반복 측정
Recovery	IS 보정 후 평균 추출 효율 측정
Matrix Effect	다양한 HCT 농도에서 ion suppression 비교
Stability	실온/냉장/냉동 조건에서 시료 안정성 확보

---

6. 결론 및 전망

Micro-sampling은 단순히 채혈 방식의 변화에 그치지 않고, 분석의 철학을 바꾸는 패러다임 전환의 핵심 기술입니다. 자가 채혈, 환자 순응도 개선, 글로벌 임상 물류 효율화, 정밀 모니터링 등의 측면에서 Micro-sampling 기반의 LC-MS/MS 분석법은 향후 더 많은 임상 환경에 적용될 것으로 기대됩니다.

그러나 극복해야 할 기술적 난제 역시 분명합니다. HCT 보정, Matrix effect 최소화, 추출 효율 개선 등은 분석 전문가의 섬세한 접근이 필요한 분야이며, 각 제약사나 CRO는 이를 위한 맞춤형 SOP 구축이 필수적입니다.

앞으로는 Micro-sampling 기술과 디지털 헬스케어, 홈 기반 임상시험이 결합되면서 환자 중심 약물 모니터링의 새로운 시대가 열릴 것입니다. 소량의 혈액으로도 강력한 정량 분석이 가능한 이 기술은 미래 약물 분석의 핵심 플랫폼으로 자리매김하고 있습니다.