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세포 담은 스텐트로 재협착 부작용 막는다

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세포 담은 스텐트로 재협착 부작용 막는다

2021.04.29 12:35
정윤기 한국과학기술연구원(KIST) 생체재료연구센터 책임연구원(왼쪽) 연구팀은 한동근 차의과대 교수팀과 공동으로 스텐트 소재 위에 세포 주변물질을 부착해 줄기세포 등 치료 기능을 가진 세포를 담을 수 있는 형태의 새로운 스텐트를 개발했다. KIST 제공
정윤기 한국과학기술연구원(KIST) 생체재료연구센터 책임연구원(왼쪽) 연구팀은 한동근 차의과대 교수팀과 공동으로 스텐트 소재 위에 세포 주변물질을 부착해 줄기세포 등 치료 기능을 가진 세포를 담을 수 있는 형태의 새로운 스텐트를 개발했다. KIST 제공

막힌 혈관을 확장해 협착을 막는 의료기기인 스텐트에 세포주변물질과 세포를 덧입혀 재협착과 같은 부작용을 줄이는 기술이 개발됐다. 동물 실험을 거쳐 효능을 입증한 상태로 향후 스텐트 뿐 아니라 인체 삽입형 의료기기에도 활용될 수 있는 기술로 평가된다.

 

정윤기 한국과학기술연구원(KIST) 생체재료연구센터 책임연구원 연구팀은 한동근 차의과대 교수팀과 공동으로 스텐트 소재 위에 세포 주변물질을 부착해 줄기세포 등 치료 기능을 가진 세포를 담을 수 있는 형태의 새로운 스텐트를 개발했다고 29일 밝혔다.

 

스텐트는 혈관에 넣은 후 혈관을 부풀려 확장을 시켜주는 의료기기다. 심장 근처 관상동맥이나 말초혈관을 확장하는 데 쓰인다. 그러나 스텐트를 이용해도 외부 이식물에 인체가 반응해 혈전을 만들어 혈관이 다시 좁아지는 부작용과 스텐트의 압력으로 혈관에 손상이 더 크게 발생해 혈관 내막이 웃자라 협착이 다시 일어나는 부작용이 발생한다. 정 책임연구원은 28일 화상회의로 열린 연구 브리핑에서 “약물전달 스텐트, 생체분해성 스텐트 등이 개발되며 부작용률을 10%에서 7% 정도로 낮췄으나 여전히 한계가 있는 상황”이라고 말했다.

 

연구팀은 혈관 치료에 쓰이는 세포를 담은 스텐트를 개발해 부작용을 줄일 것으로 봤다. 연구팀은 스텐트 소재 표면에 생체물질과 강하게 결합하는 폴리도파민 화합물을 바른 후 그 위에 세포와 잘 달라붙는 피브로넥틴을 코팅했다. 이후 위에 세포를 키워 세포가 주변에 세포외기질을 만들도록 했다. 세포외기질은 세포를 지지하고 신호를 전달하는 단백질로 콜라겐과 같은 단백질로 만들어진다.

 

금속 표면에 고정된 폴리도파민에 의해 피브로넥틴이 균일하고 견고하게 코팅되고 피브로넥틴의 콜라겐 및 당단백질 결합 부위를 통해 세포 유래 세포외기질이 강하게 결합된 표면을 제조할 수 있게 된다. KIST 제공
금속 표면에 고정된 폴리도파민에 의해 피브로넥틴이 균일하고 견고하게 코팅되고 피브로넥틴의 콜라겐 및 당단백질 결합 부위를 통해 세포 유래 세포외기질이 강하게 결합된 표면을 제조할 수 있게 된다. KIST 제공

연구팀은 이후 세포를 제거하고 세포외기질만 남겨 다른 의료소재를 부착할 수 있는 공간을 만들었다. 세포를 스텐트에 바로 부착하지 않고 세포외기질을 새로 만들어 세포를 담을 공간을 두는 이유에 대해 정 책임연구원은 “혈관 안에서는 혈류가 주는 압력이 높아 부착된 세포가 이를 견딜 수 없다”며 “세포를 얹어 조직과 같은 구조를 만들어 혈관으로 보내주는 것”이라고 말했다.

 

이렇게 개발된 스텐트는 동물실험에서 실제로 치료 효과를 보였다. 연구팀은 혈관을 재생할 수 있는 혈관전구세포를 스텐트에 부착했다. 이후 스텐트를 혈관이 막힌 토끼와 돼지 등 동물에 삽입하고 효과를 관찰했다. 그 결과 세포를 넣은 스텐트는 혈관 주변에서 내벽이 다시 자라나는 부작용이 발생하지 않는 것으로 확인됐다. 혈관이 협착되며 손상됐던 부위의 세포도 다시 자라나는 것이 확인됐다. 이를 통해 내막이 생기는 부작용을 70% 줄인 것으로 확인됐다.

 

정 책임연구원은 “세포외기질과 함께 세포까지 주입했을 때 혈관 내벽을 재생하는 효과가 있는 것으로 확인됐다”며 “세포를 미리 염색해서 현미경으로 추적해보니 스텐트에서 세포가 주변으로 이동해서 혈관 내벽을 만드는 데 도움을 주는 것으로 나타났다”고 말했다.

 

세포외기질에 담긴 세포를 코팅해보니 세포가 잘 살아남아 있는 것이 관찰됐다. KIST 제공
세포외기질로 코팅한 스텐트 위에 놓인 세포를 염식했다. 세포외기질에 담긴 세포가 잘 살아남아 있는 것이 관찰됐다. KIST 제공

연구팀은 동물실험에서 효과를 검증한 만큼 향후 임상시험을 통해 안전성을 추가 검증한다는 계획이다. 이번에 개발한 스텐트는 상용 스텐트와 달리 살아있는 세포를 담아야 해 미리 보관할 수 없다. 처치 시에 필요한 세포를 공급해주는 게 관건이다. 정 책임연구원은 “혈관전구세포는 모든 사람들이 갖고 있고 체내에서 순환하고 있어 응급상황이 아니라면 미리 세포를 빼내 배양해 준비하면 된다”며 “다른 사람의 세포도 세포주화되면 미리 이식을 해 배양한 후 사용가능하다”고 말했다.

 

연구팀은 세포외기질을 생체소재 표면에 코팅하고 세포를 담는 기술이 향후에는 실시간 질병 관리 시스템 등에 응용될 것으로 기대했다. 정 책임연구원은 “인체 내에 기기를 넣어놓고 질병이 언제 발생하는지를 미리 관리하는 연구가 진행되고 있는데 이런 기기들이 인체 내에서 기능을 못하고 문제를 일으키는 경우가 여전히 많다”며 “그런 분야에서 세포 혹은 세포 분비물로 패키징을 하거나 소재 표면을 바꾸면 좋은 결과가 있을 것으로 예상한다”고 말했다.

 

연구결과는 지난달 30일 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’에 게재됐다.

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