심혈관질환자 희소식…강도 높이고 부작용 줄인 ‘스텐트’ 개발

생기원, 3D 프린팅 맞춤 제작 혈관 스캐폴드 개발
단일제재 아닌 고분자 물질 활용 복합구조체
전력 공급 없이 실시간 혈관 내 압력 모니터링

높은 강도와 유연성을 가지면서도 체내 부작용은 최소화된 혈관 스캐포드가 개발됐다. 사진은 기사의 특정 사실과 관련 없음. 게티이미지뱅크

높은 강도와 유연성을 가지고 생체조직에 의해 분해돼 부작용도 최소화한 혈관 스캐폴드가 개발됐다. 3D 프린팅 기술로 환자 혈관에 맞춰 제작되며 실시간으로 혈압측정도 가능해 스마트 의료기기라는 평가를 받는다.

한국생산기술연구원(김동수 박사)과 전남대(이동원 교수) 공동 연구팀은 이 같은 특성을 지닌 ‘스마트 하이브리드 혈관 스캐폴드’(SH-BVS)를 개발했다고 18일 밝혔다.

심혈관질환은 전 세계 사망 원인 1위(30%)를 차지하는 질환으로 치료를 위해 혈관을 넓히는 스텐트 삽입술이 주로 사용된다. 하지만 금속 제재 스텐트는 체내에 영구적으로 남아 염증이나 혈전 형성 등 부작용을 일으킬 수 있다. 

2016년 체내에서 자연 분해되는 생체 흡수성 혈관 스캐폴드(BVS, Bioresorbable Vascular Scaffold)가 개발됐으나 혈관을 안정적으로 지지하기에는 강도가 약하고, 혈관의 수축‧이완을 도울 유연성이 부족했다.

연구팀은 기존 BVS가 단일 재료로 제작돼 강도와 유연성에 한계가 있다는 점에 착안해 3D 프린팅으로 생분해성 고분자인 폴리카프로락톤(PCL)과 폴리락틱애씨드(PLA)를 결합해 복합 구조체를 구현했다.

PCL은 낮은 녹는점으로 체온에서도 유연한 특성을 유지하고 높은 탄성률을 가져 변형 후에도 원래 형태로 복원되는 특성이 있다. PLA는 높은 인장강도와 경도를 지녀 혈관 확장 시 안정적으로 스캐폴드를 지지한다.

SH-BVS는 3D 프린팅으로 맞춤 제작돼 환자별 혈관 구조에 최적화된 지지력을 제공하며 체내 생체 조직에 의해 서서히 분해돼 부작용을 줄인다.

실험 결과 기존 단일 소재 PLA 스캐폴드는 60도 굽힘에서 파손됐지만 SH-BVS는 180도까지 펼친 후에도 복원됐다.

연구팀은 전력 공급 없이 혈관 내 압력 변화 감지가 가능한 ‘LC형 압력 센서’를 설계해 실시간 모니터링이 가능하게 했다. LC형 압력 센서는 압력 변화를 감지해 외부 리더기로 데이터를 전송함으로써 혈관 협착 및 재협착 여부를 조기에 파악할 수 있다.

김동수 박사는 “SH-BVS 기술을 통해 스캐폴드가 단순한 물리적 지지 장치가 아닌 실시간 건강 모니터링이 가능한 스마트 의료 기기로 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 논문(Enhancing flexibility of smart bioresorbable vascular scaffolds through 3D printing using polycaprolactone and polylactic acid) ‘Sensors and Actuators B: Chemical (IF=8.0, JCR 상위 0.7%)’에 게재됐다.