나노공학기반 표면개질을 이용한 다기능성 스텐트를 통해 악성 담도 협착치료법 제시 논문정보
악성 담도 협착은 이환율과 사망률이 높은 질병으로, 담도 내부에 악성/양성 종양이나 담석 등 기타 원인으로, 담도의 부분적 또는 완전한 폐색을 유발하여 폐쇄성 장애를 일으킨다. 담도 내 개통성을 장기 유지할 수 있는 국소 치료 전략으로서 나노공학기반 표면개질을 적용으로 인한 세포증식 및 박테리아 반응 억제 효과를 효과적으로 향상시킨 다기능성 3D 프린팅 생분해성 스텐트가 개발되었다.
▲ 그림 1. 나노공학 표면개질을 이용하여 항세포증식 및 항박테리아 특성이 향상된 다기능성 3D 프린팅 생분해성 스텐트의 개요
서울아산병원 의공학연구소 박정훈 교수 연구팀은 악성 담도 협착 치료를 위해 나노공학 표면개질을 적용한 다기능성 3D 프린팅 생분해성 스텐트를 개발하였다. 기존의 자가 팽창형 금속 스텐트는 담도 등 소화관의 악성 폐쇄를 완화하기 위해 사용되었지만, 스텐트 내 종양 성장 및 스텐트 유발 육아조직으로 인한 재협착으로 재시술이 필요하며, 합병증 등의 문제점을 가지고 있다. 또한, 스텐트 내 육아조직 및 담도내 종양치료와 항박테리아 특성을 담도 스텐트에 적용하는 연구는 독립적으로 진행되고 있으나, 이 모든 조건을 충족하는 최적화된 스텐트가 부족한 상황이다. 연구팀은 악성 담도 협착 치료를 개선하기 위해 세포증식을 억제하는 항암제 약물과 항박테리아 특성을 강화하기 위해 아연 이온을 스퍼터링 기반 플라즈마 침착법으로 주입하는 전략을 결합하여 연구를 수행하였다.
본 연구팀은 생분해성 재료중 하나인 Poly-Caprolactone에 SiO2를 접목시켜 기계적강도를 향상시키고, 뿐만 아니라 세포 친화성이 향상되었음을 검증하였다. 또한 세포 증식 억제제인 Sirolimus 약물 코팅층에 소수성의 특성을 가지는 Zn 이온을 스퍼터링 기반 플라즈마 침착법(S-PIII)을 통해 주입하여 약물 및 이온의 방출 속도를 제어하였으며, 초기 약물 과다 방출이 방지된 것을 확인하였다. 또한 대장균과 황색 포도상구균에서 살균 효과 및 박테리아 증식 억제, 그리고 섬유세포에서의 형광염색을 통한 세포 증식 억제가 확인되었다. 최종적으로 나노공학기반 표면 개질이 다기능성 3D 프린팅 생분해성 스텐트의 안전성과 유효성을 평가하기 위해 토끼 총담관에서 방사선투시 유도하에 스텐트삽입술을 시행하였다. 그 결과 토끼는 정상 간수치를 보여주었으며, 토끼 총담관에서 슬러지 및 바이오필름 형성 방지와 현저히 줄어든 염증 반응 및 세포 증식을 조직학적 분석을 통해 입증하여 악성 담도 협착 치료의 가능성을 확인하였다.
▲ 그림 2. 다기능성 3D 프린팅 생분해성 스텐트의 항세포증식 및 항박테리아 특성평가와 토끼 담도에서 안전성 및 유효성 평가
악성 담도 협착 치료 분야에서 새로운 치료 전략을 제시하며, 환자들에게 더 나은 치료 옵션을 제공할 수 있는 중요한 발견이다. 악성 담도 협착 치료를 위해 나노공학기반 표면개질 기술로 항세포증식 및 항박테리아 특성이 향상된 다기능성 3D 프린팅 생분해성 스텐트의 가능성과 효능을 입증하였으며, 이는 악성 담도 폐쇄에 대한 새로운 치료 전략으로 기대된다.
이번 연구는 범부처전주기의료기기연구개발사업 연구과제 지원으로 진행되었으며, 국제적으로 권위 있는 학술지인 Bioactive materials (IF: 18.9)에 게재되었다.
※ 박정훈 교수는 2020년부터 서울아산병원 의공학연구소에 재직 중이다.
소화기내과, 영상의학과, 심장내과, 비뇨의학과 등의 임상과와 협력하여 각종 질환에 대한 중개연구를 진행하고 있으며, 스텐트를 포함한 다양한 중재의료기기에 대한 원천 기술 및 응용기술 개발에 매진하고 있다. 다양한 스텐트 기반 연구와 함께 범부처전주기의료기기연구개발사업 등 다수의 국책 과제를 수행 중이다.