자가치유 인공혈관 소재 개발

- 인공혈관 유막코팅 심혈관 질환 재발 막는다

한국연구재단(이사장 이광복)은 서정목 교수(연세대학교), 손동희 교수(성균관대학교) 공동연구팀이 자가치유 특성을 가진 고인성 고분자 소재에 유막 코팅을 적용한 인공혈관을 제작하여 혈전 형성을 원천적으로 억제하는 데 성공했다고 지난달 8일 밝혔다.
  인구의 고령화로 협심증 같은 심혈관 질환 발생이 증가함에 따라 관상동맥우회로술¹⁾과 같은 수술적 치료도 늘어나고 있다. 특히 고령의 환자는 자가혈관을 이용한 치료가 어려워 인공혈관을 주로 사용한다. 인공혈관은 혈전 형성으로 인한 재협착을 막기 위해 생체적합성이 우수한 불소계 소재(예: ePTFE)의 표면에 약물을 코팅하여 제작된다. 하지만, 혈액 흐름 등 기계적 자극이 강한 환경에서 사용하기 때문에 장시간 사용 시 코팅 성능이 저하되는 한계가 있었다. 따라서 안정적인 물성으로 기계적 자극을 장시간 견디고, 혈전 형성 및 면역 관련 세포·단백질의 부착을 원천적으로 방지하여 부작용을 억제할 수 있는 인공혈관 소재 기술이 요구되었다.
  연구팀은 기계적 손상을 스스로 회복하는 자가치유 특성²⁾을 갖는 생체적합 고분자 소재로 혈관을 제작하고, 유막코팅을 하여 실제 사람의 혈관과 유사하게 동작하는 자가치유 항혈전성 인공혈관 기술을 개발하였다. 연구팀이 개발한 인공혈관은 혈관에 가해지는 기계적 자극을 견디는 고인성이 높으며, 기계적 손상에도 고분자가 가지는 수소결합의 재생에 의해 자가치유가 가능하다. 또한, 윤활유 성분을 머금는 유막 코팅이 혈전 형성 인자가 포함된 세포 및 단백질 성분의 혈액의 부착을 원천적으로 차단하여 혈전 형성을 억제할 수 있다. 실험결과 기존 인공혈관 소재에 혈액을 흘리면 표면에 잔여물과 혈전이 남지만, 개발된 소재는 잔여물과 혈전을 전혀 남기지 않고 굴러떨어졌다.
  더불어, 자가치유 항혈전성 인공혈관을 마우스 모델의 하대정맥 부위에 삽입한 실험에서 인공혈관이 효과적으로 혈관과 결합됨을 확인하였다. 더불어 인공혈관이 삽입된 부위에서 염증 반응이 관찰되지 않아 뛰어난 생체적합성을 입증하였다.
  서정목 교수는 “이번 연구는 인공혈관 소재에서 발생할 수 있는 혈전 형성 및 실제 혈관과의 기계적 물성 차이로 인한 부작용을 해결하는 자가치유 항혈전성 인공혈관 소재에 대한 연구”라며 “간단한 공정을 통해 다양한 크기의 인공혈관이 제작 가능하여 환자 맞춤형 치료가 가능할 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다.
  과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구, 우수신진연구, 전자약기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘ACS Nano’에 4월 7일 게재됐다.

[주요내용 설명]

1. 연구의 필요성

인구의 고령화로 인해 심혈관 질환 환자 수 및 이를 치료하기 위한 수술 또한 증가하고 있다. 고령 환자의 경우 자가혈관을 이용한 치료가 어려워 인공혈관을 사용하는데, 일반 혈관과 달리 혈전이 형성되어 재협착이 발생하는 경우 이의 치료 및 재수술 과정을 견디기에 큰 무리가 있어 이를 효과적으로 방지할 수 있는 대책이 매우 필요하다.
  최근 의료기기 발전에 따라 인공혈관 소재에 화학적 표면개질 및 코팅을 적용하는 형태의 연구가 진행되어왔으나 강한 기계적 자극이 가해지고, 혈전 형성으로 인해 재협착 등의 부작용이 생기는 혈관의 특성상 장기간 체내에서 혈관으로써의 기능을 유지할 수 없는 한계가 존재하였다.
  따라서 안정적인 물성을 가져 기계적 자극을 견딜 수 있고, 혈전 형성 및 면역 관련 세포·단백질의 부착을 원천적으로 방지하여 혈전 형성으로 인한 재협착 및 면역 부작용을 효과적으로 억제할 수 있는 인공혈관 소재 기술에 대한 요구가 지속적으로 존재해왔다.

그림 1. 인공혈관으로서 적용가능한 자가치유 항혈전성 소재 모식도.

논문명
Resealable Antithrombotic Artificial Vascular Graft Integrated with a Self-Healing Blood Flow Sensor
저  자
서정목 교수(교신저자/연세대학교), 손동희 교수(교신저자/성균관대학교), 박기준 박사과정(제1저자/연세대학교), 안수정 박사과정(제1저자/성균관대학교), 김지현 석사과정(제1저자/연세대학교), 윤성준(참여저자/성균관대학교), 송지향(참여저자/성균관대학교), 정대광(참여저자/성균관대학교), 박재규(참여저자/연세대학교), 이연택(참여저자/연세대학교)

-----이하 생략

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