지스트(광주과학기술원)는 신소재공학부 이재영 교수 연구팀이 전남대병원 순환기내과 안영근 교수 연구팀과 함께 심장에 발라 심근경색을 치료하는 ‘전도성 수화젤 심근 패치’를 개발했다고 2일 밝혔다.
허혈성 심장질환은 심근경색이나 동맥경화에 의해 혈관이 막혀 심장에 산소 공급이 어려워지면 심근이 괴사해서 생기는 질환이다. 노령인구가 늘면서 유병률이 증가하고 있다.
심근경색 후 심장 기능이 회복되지 않는 심부전도 급증하고 있지만 일상생활 복귀를 위한 심장 이식 공여자는 수요보다 매우 부족한 실정이다. 이에 따라 생체재료 기반의 새로운 심근경색 치료법이 집중 연구되고 있다.
일명 ‘심근 패치’를 사용하면 심장의 박동을 물리적으로 지지해 심실벽이 얇아지고 심실이 확장되는 현상을 방지할 수 있다. 다만 심근 패치를 고정하기 위한 외과적 봉합, 의료용 스테이플러 등으로 출혈, 염증 반응과 같은 부작용도 발생한다.
이에 심장에 접착할 수 있는 심근 패치가 주목받아 왔는데 전기전도성을 가진 ‘전도성 수화젤 심근 패치’는 전기활성도가 떨어진 심장 기능 재생을 촉진하는 효과적 치료법으로 사용돼왔다.
하지만 그동안 개발된 심근 패치는 전기활성도가 낮고 잠재적 독성이 우려되는 등 단점이 적지 않았다.
이 교수 연구팀은 이를 개선하기 위해 심장에 발라 사용하면서도 높은 전기전도성과 접착성을 갖춘 ‘전도성 수화젤 심근 패치’를 제작하는 데 성공한 것이다.
이 패치는 침습 없이 안정적으로 심장의 외벽에 접착시킬 수 있다. 뿐만 아니라 전기전도성 덕분에 심근조직 내 전기활성도를 재생하는 데도 효과적이다.
연구팀은 전기활성도를 구현하기 위해 이차원 전도성 물질인 ‘맥신’을 도입했다. 생체친화적인 천연고분자 산화 덱스트란과 젤라틴을 혼합해 짧은 시간에 심장 표면에 전도성 수화젤 심근 패치를 만들어내는 동시에 강력한 접착성을 유지하도록 했다.
이 심근 패치는 용액 혼합 후 5분 내로 수화젤을 형성해 심외벽에 바를 경우 심근조직과 유사한 특성을 보였다. 연구팀은 괴사한 심근의 전기활성도를 높여 재생을 촉진할 수 있고 물리적 충격에도 견딜 수 있는 안정적 접착성을 가졌다고 설명했다.
현재 의료용으로 이용 중인 생체용 접착제인 피브린 글루와 비교했을 때, 심장조직에서 10배가량 높은 접착성을 가진 것으로 확인됐다.
수화젤 위에서 배양된 심근세포의 성숙도가 향상되는 등 심근세포에 대해 생체적합성도 우수한 것으로 파악됐다.
연구팀은 심근경색이 발생한 실험용 쥐의 심장에 이 심근 패치를 접착시켰을 때, 2주 후 심실의 섬유화가 줄어들고 초음파 검사 결과 심장 기능이 회복됐다고 밝혔다. 심근 조직 내 신생혈관과 전기활성도가 증가하고 염증 반응이 감소하는 현상도 나타났다.
이 교수와 전남대병원 안영근 교수, 김용숙 교수가 지도하고 이민규 박사과정생이 수행한 이번 공동 연구는 한국연구재단 기초연구실사업의 지원을 받아 수행됐다. 재료 분야 국제학술지인 ‘ACS Nano’에 6월 20일 자에 게재됐다.
이재영 교수는 “끈질긴 연구 끝에 기존 심근 패치 한계를 극복하고 심외벽에 손쉽게 도포할 수 있는 전도성 수화젤 심근 패치를 제작했다”며 “향후 심근경색을 쉽고 효과적으로 치료하는 심근 패치로 활용되기 바란다”고 말했다.
광주=장선욱 기자 swjang@kmib.co.kr
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