혈관은 혈액을 조직과 장기로 순환시키는 통로다. 혈관이 완전히 막히면 조직괴사가 일어나며, 자가 또는 인공혈관을 이용한 혈관 우회 이식술밖에 치료법이 없다. 관상동맥과 같이 내경 크기가 3mm 이하 혈관에 문제가 생길 경우 환자 종아리에서 혈관을 떼어 이식한다. 직경이 큰 혈관은 전량 수입된 인공혈관을 사용해야만 했다.
이에 이 교수팀은 미세한 나노섬유로 생체고분자 물질을 만드는 전기방사 기술을 이용, 튜브 형태로 적층한 소구경 인공혈관을 개발했다.
연구팀은 코어쉘 구조의 나노섬유를 제조하기 위해 코어는 생체고분자 PCL을, 쉘은 상대적으로 생분해가 빠른 젤라틴을 선택했다. 코어쉘 섬유는 알맹이와 껍데기가 다른 소재로 구성된 섬유를 의미한다.
또한 쉘에는 VEGF와 헤파린을 탑재해 체내에서 천천히 방출되도록 유도했다. 이를 통해 항혈전은 물론 내피세포의 활착 및 증식을 촉진해 장기 개존율(Patency)을 높였다.
VEGF는 혈관을 구성하고 있는 내피세포의 분화를 유도하는 성장인자를, 헤파린은 혈액의 응고를 억제하는 물질을 뜻한다. 개존율은 혈관이 접힘이나 콜레스테롤, 지질 등의 퇴적으로 막히지 않고 열린 상태를 유지하는 비율이다.
이 교수팀이 개발한 인공혈관은 인체혈관과 유사한 역학적 특성과 생체·혈액 적합성을 갖는다. 쥐의 대동맥에 이식해 혈관 내벽의 내피세포 형성, 혈류속도, 개존율을 평가한 결과 대조군에 비해 우수한 성능을 보였다. 또 혈관 중막으로의 평활근 세포 재생과 혈관 내막으로의 완벽한 내피세포화가 이뤄지는 것을 확인했다.
이 교수는 "임상 연구진과 협업해 관상동맥과 혈액 투석용, 말초동맥 인공혈관 우회술, 선천성 심장병 수술(폰탄수술)용으로 개발할 계획"이라며 "국내 최초 인공혈관의 실용화를 위해 최선을 다하겠다"고 말했다.
한편 이번 연구는 과기정통부·교육부·한국연구재단의 중견연구자사업과 대학중점연구소사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 'Small-diameter vascular graft composing of core-shell structured micro-nanofibers loaded with heparin and VEGF for endothelialization and prevention of neointimal hyperplasia'(내피세포화 촉진 및 신생 내막 증식 억제를 위한 헤파린 및 VEGF가 탑재된 코어쉘 마이크로-나노섬유구조를 갖는 소구경 인공혈관 개발)라는 제목으로 국제학술지 'Biomaterials'(IF=14, JCR 상위 3.3%)에 게재됐다.
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