▲3D프린팅 기술을 활용해 대동맥 근부를 동일하게 제작한다.(그림 1) 형상기억합금으로 제작된 맞춤형 대동맥스텐트와 알파갈이 제거되고 항석회화 처리된 인공판막.(그림 2) 맞춤형 체외모의순환 (in vitro mock circulation) 장치를 제작하고, 생체와 동일한 조건에서 미리 시술 및 모의 순환 테스트해 발생 가능한 합병증들을 제거했다.(그림 3) 새로 개발한 인공판막을 양 9마리의 대동맥 근부에 삽입해, 8개월간 관찰한 결과 안전성과 유효성을 입증했다.(그림 4)
서울대병원 흉부외과 임홍국 교수팀(김용진·김기범·이활·손국희)은 차세대 경피적대동맥판막삽입술(TAVI) 개발에 성공했다고 최근 밝혔다.
사람의 심장은 좌우의 심방과 심실, 총 4개의 구역으로 나눠졌으며, 각 구역을 통과하는 혈액이 역류하지 않고 한쪽 방향으로 흐게 해주는 4개의 판막이 존재한다. 판막이 잘 열리지 않으면 혈액의 흐름이 막혀 협착증이 생기고 호흡곤란이나 흉통이 발생할 수 있다. 최근 고령화에 접어들면서 심장판막질환, 특히 대동맥판막협착증을 앓는 환자가 급속히 늘고 있다.
과거에는 대동맥판막 협착증을 치료하기 위해 가슴을 완전히 여는 심장수술을 시행했으나, 최근 경피적대동맥판막삽입술(TAVI)이 각광받고 있다. 이는 개심술 대신 간단한 시술로, 좁아진 대동맥판막 위치에 소나 돼지의 심장조직으로 만든 스텐트 판막을 삽입한다. 출혈이나 회복기간 면에서 더 우수하다.
임 교수팀이 개발한 인공판막은 이종간 면역거부반응이 없다. 이전에 수입되던 대동맥판막은 '알파갈(α-GAL)'이라는 당단백질 때문에 인체에 이식 시 면역거부반응이 나타났다. 인체가 알파갈을 침입자로 인식해 석회화가 발생하고 이식된 판막의 수명이 단축됐다. 연구팀은 일찍이 2014년 항석회화 조직처리 기법을 통해 면역거부반응이 없는 인공판막을 개발한 바 있다.
연구팀은 기존보다 개선된 대동맥 스텐트 판막을 개발했다. 대동맥 스텐트 판막이 삽입되는 대동맥 근부의 크기와 모양은 사람마다 다르다. 그럼에도 기존에는 일정한 크기의 상품화된 대동맥 스텐트를 삽입했다. 이 경우 대동맥 스텐트 판막의 크기와 모양이 대동맥 근부와 정확히 일치하지 않아 합병증 위험이 있다. 연구팀은 3D프린팅을 활용해 맞춤형 대동맥 스텐트를 형상기억합금으로 제작했다. 생체와 동일한 조건에서 미리 실험해, 발생 가능한 여러 합병증 위험을 추가적으로 해결했다. 양 9마리에 개발된 대동맥 스텐트 판막을 삽입해 8개월간 관찰했고 안전성과 유효성을 입증했다.
서울대병원 연구팀은 2004년부터 차세대 인공심장판막 개발에 뛰어들었다. 외국 대기업의 다양한 러브콜에도 불구하고 인공심장판막 국산화를 위해 모든 원천 기술과 특허를 국내 기업인 태웅메디칼에 이전했다. 실제로 2018년에는 폐동맥 스텐트 판막의 국산화를 성공했고, 현재 독일, 이탈리아, 네덜란드 등에서 유럽인증(CE)을 받기 위한 임상시험을 진행 중이다.
연구팀은 폐동맥을 넘어 대동맥 스텐트 판막 개발에 성공해 오랜 연구의 결실을 맺었다. 대동맥 스텐트 판막은 폐동맥 스텐트 판막에 비해 압력이 더 높고 위험한 환경에서 견뎌야한다. 대동맥에서도 안전한 스텐트 판막을 개발해 더 많은 대동맥판막질환자들에게 희망을 줄 예정이다.
임홍국 교수는 "현재 전량 수입해서 사용하는 인공 대동맥판막과는 달리, 이번 연구에서 면역거부반응이 없고 개개인에 알맞는 대동맥 스텐트 판막을 개발해 내구성과 안전성을 극대화했다"며 "향후 대동맥판막질환의 치료 패러다임을 바꿀 것"이라 전망했다.
이번 연구는 흉부외과 세계 최고 권위를 지닌 '미국 흉부외과학회(American Association for Thoracic Surgery)' 공식 학술지(The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery Open) 최근호에 게재됐다.
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