혈관은 혈액을 조직 및 장기로 순환시키는 통로로써 인체의 중요한 장기다. 특히, 혈관이 완전히 막히면 조직괴사가 야기되며, 자가 또는 인공혈관을 이용한 혈관 우회 이식술밖에 치료방법이 없다. 그동안 임상에서는 관상동맥과 같이 내경 크기가 3mm 이하인 소구경의 경우 환자 종아리에서 혈관을 떼어 이식하는 매우 제한적인 수술이 진행되었으며, 직경이 큰 혈관들은 전량 수입된 인공혈관이 사용되고 있어 이식수술을 위한 인공혈관 국산화가 시급하다.

이병택 교수 연구팀은 이러한 문제점에 주목해 생체고분자 물질을 미세한 나노섬유로 만들어 낼 수 있는 전기방사 기술을 이용하여 공정 조건을 최적화하고, 튜브 형태로 적층하여 소구경 인공혈관을 개발했다.

연구팀은 역학적 특성을 고려하여 core를 PCL로 선택하고, 상대적으로 생분해가 빠른 Gel을 shell로 구성하여 Core/shell 구조의 나노섬유를 제조했다. 특히, shell에는 헤파린과 VEGF를 탑재하여 이들이 체내에서 천천히 방출되는 서방형 방출이 되도록 하였으며, 이를 통해 항혈전과 내피세포의 활착 및 증식을 촉진시켜, 장기 개존율을 높일 수 있도록 설계했다.

*PCL : 생체적합성이 뛰어나 생체소재로 많이 사용되는 생체고분자

*Core/shell(코어/쉘) 섬유 : 알맹이와 껍데기가 다른 소재로 구성된 섬유

*VEGF : 혈관을 구성하고 있는 내피세포의 분화를 유도하는 성장인자

*헤파린 : 혈액의 응고를 억제하는 물질

*개존율(patency) : 혈관이 접힘이나, 콜레스테롤, 지질 등과 같은 물질의 퇴적으로 인해 막히지 않고 열린 상태를 유지하는 비율

개발된 인공혈관은 인체 혈관과 유사하게 우수한 역학 특성, 생체 적합성 및 혈액 적합성을 보였다. 실험동물인 래트의 대동맥에 이식해 혈관 내벽의 내피세포 형성, 혈류속도 및 개존율을 평가한 결과 연구진이 개발한 인공혈관이 대조군에 비해 생체적합성, 혈액적합성 및 개존율에서 우수한 성능을 보이고 혈관 중막으로의 평활근 세포 재생과 혈관 내막으로의 완벽한 내피세포화가 이루어짐을 확인하였다.

연구 결과는 ‘내피세포화 촉진 및 신생 내막 증식 억제를 위한 헤파린 및 VEGF가 탑재된 core/shell 마이크로-나노섬유구조를 갖는 소구경 인공혈관 개발(Small-diameter vascular graft composing of core-shell structured micro-nanofibers loaded with heparin and VEGF for endothelialization and prevention of neointimal hyperplasia)’이라는 제목으로 국제학술지 Biomaterials (IF: 14, JCR 상위 3.3%)에 게재됐다.

이병택 교수는 "앞으로 임상 연구진들과 긴밀한 협업을 통해 관상동맥, 혈액 투석용 및 말초동맥 인공혈관 우회술 및 선천성 심장병 수술(폰탄수술)용으로 개발하여 국내 최초의 인공혈관 실용화를 위해 더욱 집중할 계획이다”라고 말했다.

한편, 이번 연구는 과기정통부, 교육부, 한국연구재단의 중견연구자사업과 대학중점연구소 사업으로 수행되었다.