인공혈관이 '진짜 혈관'으로…차세대 이식재 동물실험 성공

스스로 재생해 '진짜 혈관'이 되는 차세대 인공혈관 이식재가 개발돼 심장 우회술이나 혈액투석 환자들에게 새로운 희망이 될 전망이다.

생명과학 전문매체 바이오밸리는 4일(현지시간) 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'를 인용해 체내 조직공학과 탈세포 기술로 만든 골격 강화 혈관 이식재가 대동물 모델에서 장기적인 개통성과 기능적 혈관 조직 재생에 성공했다고 보도했다.

기존에는 심장 동맥 우회술이나 혈액투석 통로 조성 시 환자 자신의 혈관을 사용하는 것이 가장 이상적이었다. 하지만 환자의 혈관 상태가 좋지 않거나 이미 다른 수술에 사용한 경우엔 대안이 마땅치 않았다.

인공 합성 이식재는 즉시 사용 가능하지만 혈관 막힘, 감염, 석회화 등의 문제가 잦았다. 세포를 제거한 천연 동맥은 재생 능력이 떨어져 장기적인 효과를 기대하기 어려웠다.

연구팀은 이 문제들을 해결하기 위해 생분해성 고분자인 폴리캐프로락톤(PCL) 섬유로 관상 골격을 만든 뒤, 이를 동물 피하에 이식했다. 약 30일 후 이물질에 대한 생체 반응으로 골격 주변에 자가 조직이 형성되면 이를 채취해 세포와 항원 성분을 제거하는 방식으로 새로운 이식재를 제작했다.

이렇게 만들어진 '탈세포 고분자 골격 강화 생체튜브'는 임상적 요구사항을 훨씬 뛰어넘는 기계적 강도를 보였다. 파열 압력은 2200mmHg 이상, 봉합사 유지 강도는 6N 이상으로 측정돼 인공혈관의 최소 요구치(1600mmHg, 1N)를 크게 상회했다.

토끼 경동맥 치환 실험에서 헤파린 처리된 신규 이식재는 1개월 후에도 모두 개통 상태를 유지했다. 이식 부위에는 내피세포와 평활근 세포가 자라나 실제 혈관과 유사한 구조로 재생됐다. 특히 염증을 억제하고 조직 복구를 촉진하는 M2형 대식세포가 주를 이뤄 우수한 생체적합성을 증명했다.

개와 돼지를 이용한 대동물 실험에서도 장기적 효과가 확인됐다. 개 경동맥에 이식된 혈관은 12개월 후에도 막히지 않았고, 혈관 탄성 지표인 순응도는 본래 혈관의 약 70% 수준까지 회복됐다. 특히 아드레날린 등 약물에 수축·이완 반응을 보여 기능적인 혈관으로 재생됐음을 입증했다.

혈액투석 통로로 사용한 실험에서는 24주 후 신규 이식재 그룹의 개통률이 100%에 달해, 50%에 그친 기존 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE) 이식재보다 월등한 성능을 보였다. 반복적인 주사 바늘 천자 후 지혈 시간도 절반 수준으로 짧았다.

연구팀은 이번에 개발된 이식재가 섬유 골격을 통한 기계적 지지, 다공성 구조를 통한 빠른 세포 유입, 그리고 M2 대식세포 분극 유도를 통한 조직 재생 촉진이라는 세 가지 장점을 결합했다고 설명했다. 이 기술은 자가 혈관 사용이 어려운 환자들에게 즉시 적용 가능한 혁신적인 치료 옵션이 될 것으로 기대를 모은다.