실리카 3차원 나노구조 탑재 비폴리머 약물방출 스텐트 논문정보
서울아산병원 의공학연구소 박정훈 특수전문학자 연구팀은 한양대학교 이준석 교수 연구팀, 가톨릭대학교 박우람 교수 연구팀과 폴리머를 이용한 약물방출 스텐트의 약물 코팅 문제점을 해결하기 위해 실리카 3차원 나노구조를 탑재한 비폴리머 약물방출 스텐트 연구 및 개발을 진행하였다.
기존 약물방출 스텐트는 약물을 담지하기 위해 폴리머를 탑재하여 코팅을 진행한다. 폴리머 코팅은 약물의 성질에 따라 코팅의 어려움이 있으며 단기간에 다량의 약물이 방출됨에 따라 용출속도 조절이 힘들고 기계적 자극으로 인한 약물 손실률이 매우 큰 단점을 지니고 있다. 폴리머 코팅의 제한점은 약물방출의 장점을 퇴색시키며 일반 스텐트와 비교하여 유의미한 차이가 없는 성능을 보여주고 있다.
이러한 한계점을 극복하기 위해 박정훈 박사팀은 3차원 구조로 연결된 실리카를 스텐트 표면에 탑재하여 형성된 나노구조에 약물을 담지하는 새로운 코팅 기술을 성공적으로 개발했다. 실리카 3차원 나노구조 비폴리머 약물방출 스텐트는 기계적 자극으로 인한 약물 손실률이 매우 낮고 약물 용출속도가 느려 장기간 지속적인 약물방출이 가능하다. 또한 실리카 성질의 변형이 자유로워 친·소수성 관계 없이 다양한 약물들을 코팅 할 수 있다는 장점을 지니고 있다.
본 연구는 나이티놀 기반 자가 팽창형 스텐트에 실리카 3차원 나노구조를 탑재한 후, 협착 억제 약물인 시롤리무스 (Sirolimus)를 코팅하여 진행하였다. 주사전자현미경 촬영을 통해 실리카 코팅된 표면을 분석했으며 스텐트의 기계적 강도 및 물리적 자극으로 인한 약물 손실률을 조사했다.
폴리머 코팅 약물방출 스텐트와 비교하여 약물의 손실률은 상대적으로 낮았으며, 체외실험을 통해 용출속도 또한 상대적으로 느린 것을 확인했다. 최종적으로 안정성 및 유효성을 평가하기 위해 백서 식도에 삽입한 후 4주간의 추적관찰을 진행했으며 조직학적 분석을 조사하였다.
분석 결과, 대조군 스텐트에 비해 육아조직 과증식 유의미하게 억제하는 것을 확인했다. 반면에 독성으로 인한 세포 사멸을 TUNEL ASSAY로 분석한 결과, 대조군 스텐트와 유의미한 차이가 나타나지 않았으며 이러한 결과는 실리카 3차원 나노구조 비폴리머 약물방출 스텐트의 안전성을 증명한다.
이번 연구 결과로 기존 약물방출 스텐트와 비교하여 안정적이고 효과적인 것으로 입증됐으며 실리카 나노구조를 이용한 코팅 기술은 약물방출 스텐트의 새로운 기반이 될 것으로 전망된다.
본 연구는 의공학 및 생체재료 분야에 저명한 국제 학술지인 Advanced Healthcare Materials (IF: 11.092)에 2022년 7월 11일에 게재되었으며, 게재지의 표지로 선정되었다.
※ 박정훈 박사는 2020년부터 의공학 연구소에 재직 중이다.
스텐트를 포함한 다양한 중재의료기기에 대한 원천 기술 및 응용 기술 개발에 매진하고 있다. 다양한 스텐트 기반 연구와 함께 범부처전주기의료기기연구개발사업 등 다수의 국책 과제를 수행 중이다.