곤충 피부구조 모방, 혈전 막는 인공혈관 개발

고려대 제공

 
국내 연구진이 인공혈관과 인공신장 개발에 성공했다.

7일 의료계에 따르면 혈전 예방 기능을 갖춘 인공혈관 개발은 고려대학교 바이오의공학부 최연호 교수와 고려대 안암병원 흉부외과 정재승 교수가 함께 제작했다.

특히, 곤충의 한 종인 톡토기의 피부 구조를 모방해 만든 게 특징이다. 톡토기는 낙엽이나 썩은 나무 밑, 물, 늪에서 살며 폐가 아닌 피부로 호흡한다. 피부 밖으로 호흡을 방해하는 물과 기름 성분을 밀어내는 독특한 구조를 갖고 있다.

이를 인공혈관에 적용하면 물과 기름 성분으로 이뤄진 혈액을 관 내부로 밀어내면서 혈전의 생성을 막을 수 있을 것으로 추정하고 개발에 나섰다.

참고로 혈전은 혈관 안에서 혈액이 굳어 덩어리가 되는 현상인데 혈전으로 혈관이 막히면 두통, 호흡 곤란, 급성 통증 같은 증상이 나타나고 심하면 사망에 이를 수 있다.

연구진에 따르면 곤충의 피부를 모사해 혈전을 막는 방법은 혈액 응고 지연제를 쓰는 기존 방식보다 부작용이 적고, 화학 물질을 이용하는 방식보다 안전성이 높다.

우선, 반도체 등 미세구조 제작에서 활용하는 나노 입자 구조 제작법과 포토리소그래피(photolithography)를 융합해 유연한 고분자 재료로 톡토기의 피부 표면 구조를 모방하는 데 성공했다.

수십 나노미터 크기의 입자를 이용한 구조 제작법(Nano sphere lithography)와 기존에 마이크로 크기의 제작에 널리 쓰이는 포토리소그래피(photolithography)를 융합해 유연한 고분자 재료로 톡토기 피부표면 구조를 모방했다.

 
연구팀은 이중 재진입구조(double re-entrant structure) 형태로 톡토기의 피부 구조를 모방했으며, 이를 관 형태로 제작하고, 관 내부 표면 개질에 성공했다.

이렇게 개발한 혈액 도관은 물과 기름 모두를 밀어내는 형태로, 표면이 휘어진 경우에서도 특성이 유지돼 혈관 형태로도 만들 수 있었다는 설명이다.

동물 실험에서도 도관의 표면에 부착된 혈전은 기존보다 99% 이상, 혈류 속도 감소와 혈전 형성에 관여하는 혈소판 감소도 각각 80%, 60% 이상 개선되는 것으로 나타났다.

연구진은 “이렇게 개발한 표면의 특성을 이용하여 의료용 패치, 혈관 운송용 튜브, 피막형 스텐트 막처럼 다양한 의료기기와 의료 소재의 표면 특성을 개선할 수 있다”며 “태양광 패널, 선박의 표면 같은 분야에도 응용할 수 있을 것”이라고 말했다.

 
한편, 포항공대(포스텍) 기계공학과 조동우·장진아 교수 연구팀은 약물반응을 미리 알아볼 수 있는 인공신장 개발에 성공했다.

우선, 여기서 말하는 인공신장은 사람에게 이식하기 위한 목적이 아니다. 특정 약물이 신장에서 얼마나 독성을 일으키는지 확인하기 위한 만든 인공신장이다.

이런 인공장기 개발에 의료계는 힘쓰고 있는데 그 이유는 약물 독성을 미리 확인해 부작용을 방지하고, 개인 맞춤 치료법에도 적용할 수 있어서다.

특히, 신장은 약물에 대한 독성을 가장 먼저 일으키는 기관이면서 체내 대사 과정에서 생긴 노폐물 등을 소변으로 배설해 우리 몸의 항상성을 유지해준다.

그간 인공신장 개발은 쉽지 않았다. 인공신장을 만드는 일은 워낙 복잡하기 때문이다. 신장의 기능·구조적 기본 단위인 네프론의 구성 요소인 사구체는 지족세포와 기저막 단백질 등 여러 상호작용이 필요하고 미세 단위로 일어나 구현이 어렵다.

국내 연구진이 개발한 것은 사구체 미세혈관 칩(인공신장)으로 이 칩은 사구체 모사에 중요한 단백질 생성과 선택적 여과 기능을 갖췄다. 연구팀은 이 칩을 통해 아드리아마이신과 고혈당 등에 따른 손상 반응도 평가한 것으로 전해졌다.

정경인 온라인 뉴스 기자 jinorij@segye.com