스텐트 중개의학 연구실 (Stent Translational Medicine Lab: STRA Med Lab.)
지도교수: 박정훈
연구실 소개 및 연구분야
스텐트 중개의학 연구실 (Stent Translational Medicine Lab: STRA Med Lab.)은 다양한 기능성 생체재료 및 나노기술이 응용된 고기능성 스텐트 및 카테터를 포함한 중재의료기기 및 이와 연관된 새로운 중재적 치료법에 대한 연구를 진행하고 있다. 본 연구팀은 소화기내과, 영상의학과, 재활의학과, 외과, 이비인후과, 비뇨기과, 마취통증의학과 등의 서울아산병원 임상의와 국내외 대학, 연구소 및 스텐트 연구개발 전문 회사와의 인프라를 구축하여 국책연구과제를 기반으로 융합연구 및 중개연구를 활발히 진행하고 있다.
주요 연구과제
1. 연구자 맞춤형 비임상 서비스 제공을 위한 영상기반 비임상 코어 개시
2024년 5월 아산생명과학연구원에서 신규 동물실험용 방사선 발생장치를 도입하였고 방사선투시/혈관조영 분석 코어를 설립하였다. 최근 의료기기 연구개발 분야는 급속도로 성장하고 있으며, 그 중심에는 동물실험을 통한 비임상 평가가 필수적으로 자리잡고 있다. 이를 위해 동물실험 등을 이용한 의료기기 연구개발 과정에서 필요한 영상평가 기반을 연구에 적극적으로 도입하여 활용하고 있으며, 원내에서도 영상평가 기반 의료기기 관련 연구 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 기존에는 연구원 내 의료기기 비임상 평가 관련 인프라 및 체계적인 지원 시스템이 부족한 상황이었으며, 이로 인해 원내연구자들이 외부 기관(노터스, 오송첨단의료산업진흥재단, 타병원 등)에서 고가의 비용 및 복잡한 절차를 감수하면서 비임상 시험을 진행해야 했다. 이에 따라, 신규 방사선 발생장치 도입을 기점으로 효율적이고 전문적인 장비관리 및 운영을 통해 원내 연구자들의 사용성 및 접근성을 높일 수 있는 고품질의 비임상 평가 서비스를 제공하고자 하였으며, 영상유도 동물모델 개발을 통한 의료기기 비임상 안전성 및 유효성 평가를 보다 전문적으로 지원하고자 한다. 신규 코어설립을 통해 연구자들이 더욱 빠르고 효율적으로 비임상 실험을 진행하고, 나아가 의료기기 개발 과정에서 중요한 전임상 시험이 원내에서 효율적으로 이루어지기를 기대하고 있다.
2. 나노공학을 기반으로 한 다기능성 스텐트 연구
본 연구팀은 나노공학을 기반으로 스텐트에 다양한 기능을 적용하는 연구를 활발히 진행하고 있다. 혈관이나 비혈관에 활발히 사용되는 스텐트의 표면에 나노 구조, 나노 주름, 나노 패턴, 나노 레이어 등을 이용하여 항세포증식이나 항박테리아의 특성을 강화 및 생체적합성을 높이고, 스텐트에 담지되어 있는 약물방출의 거동을 조절하는 등 스텐트 기반 나노테크놀로지 (nanotechnology) 연구를 진행하고 있다. 이러한 나노공학 기반 다기능성 스텐트를 이용하게 되면 기존 혈관이나 비혈관 스텐트들이 가지고 있는 합병증 최소화 및 한계를 극복할 수 있고, 궁극적으로 스텐트 개통성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 해당 기술을 바탕으로 세포 실험, 박테리아 실험, 이온방출 거동 실험을 포함하는 체외 실험에서 개념 검증을 진행하고, 소·중·대 동물 모델을 활용한 다양한 장기에서의 실제 다기능성 스텐트에 대한 안전성 및 유효성 검증을 진행하고 있다. 또한, 이러한 기술은 스텐트에 국한하지 않고 다양한 삽입형 중재의료기기 (카테터, 색전물질 등)에 적용이 가능하며, 이에 대한 다양한 연구를 진행중에 있다. 본 연구를 위해 나노 공학기반을 두는 저명한 연구기관 (한양대학교, 서울대학교, 성균관대학교, 한국과학기술연구원 등)과 공동연구를 진행하고 있으며, 이를 통해 다수의 JCR 상위 10%내 논문 출판과 cover page 선정 등의 성과를 달성하였다.
3. 종양 치료를 위한 비가역적 전기천공법 기반 융합 치료 연구 개발
본 연구팀은 비혈관 관강장기의 협착 및 종양 국소 치료를 위한 혁신적인 복합 치료 기술을 개발하고 있다. 영상 유도 최소 침습적 비가역적 전기천공 기술과 스텐트 기반 중재의료기기를 접목하여 식도, 담도 등 관강장기에서 종양 세포막에 영구적인 손상으로 기인한 세포 사멸을 유도하는 기술로써 주변 정상장기에 영향을 최소화하면서 정밀한 국소 치료가 가능하다. 또한, 비가역적 전기천공법과 항암 나노면역치료를 결합한 기술은 종양 치료의 효과를 극대화하고 전기자극으로 형성된 종양 세포막의 미세구멍을 통해 나노입자에 봉입된 약물을 효과적으로 전달하여 이를 통해 면역 반응을 활성화시킬 수 있다. 두 기술의 시너지 효과는 다양한 실험 모델을 통해 검증하고 있으며, 현재 본 연구는 우수신진연구사업과 우수연구중견연구사업의 지원을 받아 수행하고 있다.
4. 광응답제 코팅 스텐트 기반 국소 광역학치료 연구
본 연구팀은 고주파 소작술 연구와 더불어, 광역학치료 (Photodynamic therapy)와 스텐트 기반 중재의료기기를 접목한 국소 광역학 치료용 장치의 연구개발을 진행하고 있다. 광응답제가 코팅된 스텐트 제작방법을 성공적으로 확립하였으며, 식도암세포주와 소동물 식도에서 세포사멸 (necrosis)과 세포자멸사 (apoptosis) 현상을 관측하였다. 더불어, 본 랩실은 해당 스텐트를 카테터 기술에 적용하여, 국소 광역학 치료 메커니즘을 새롭게 개발하고 있다. 이 설계는 광응답제 코팅 스텐트를 푸시풀 (push-pull) 방식으로 관강장기의 폐색성 악성종양 병변에 위치시키고, 이너 튜브 (inner tube)를 통해 원통형 광섬유 (cylindrical fiber)를 중앙에 배치시킨 후, 근적외선을 조사하면 광응답제를 활성화되어 광역학치료가 유도되는 원리이다. 레이져 조사 후 스텐트를 회수하여 스텐트 혹은 광응답제 관련 합병증을 제거하였기 때문에, 폐색성 악성종양의 유망한 치료법으로 기대된다. 현재 소동물 대장에서 세포사멸의 유효성이 검증되었으며, 돼지 식도모델에서 반복조사를 통한 유효성 및 안전성을 검증 중에 있다. 본 연구는 중견연구자지원사업의 마무리 단계이며, 후속 연구를 준비 중에 있다.
5. 심혈관 질환치료를 위한 스텐트 기반 중재의료기기 연구개발
본 연구팀은 심혈관에서 발생하는 죽상경화증, 협착, 재관류 등의 기능이상을 중재적으로 치료하기 위한 신의료 기술 연구개발을 진행함으로써, 기존 개통성에만 의존하던 스텐트와 다르게 생분해성 (마그네슘, 폴리머) 스텐트에 기능성 (줄기세포, 나노 및 약물 방출 등)접목, 풍선 카테터에 초음파 쇄석 기능을 접목한 차세대 중재의료기기를 연구개발하고 있다. 이러한 기술은 병변부에 국소적으로 세포생성을 조절 또는 석회화 조직을 쇄석하는 메커니즘에 연구이다. 더불어 최적화된 결과물을 팬텀 시뮬레이션 및 중∙대 동물모델 (토끼, 돼지 등)을 이용한 중재적 치료연구를 진행하며 조직병리학적 검증 등을 통한 안전성 및 유효성 연구 등을 진행하고 있다.
6. 비혈관 관강장기의 질환치료를 위한 스텐트 기반 국소 열 치료용 카테터 개발 연구
본 연구팀은 비혈관 관강 장기에서 발생하는 협착 및 종양 치료를 위해 고주파 소작술(RFA, radiofrequency ablation)과 스텐트 기반 중재의료기기를 접목한 차세대 의료기기 연구개발을 진행하고 있다. 기존 치료 방식에서는 병변 부위에 균일한 열 전달이 어려운 한계가 있었으나, 본 연구에서는 스텐트를 전극으로 활용하여 고기능 국소 열 치료를 구현할 수 있는 핵심 기술을 개발·검증 중에 있다. 이를 통해 협착 및 종양 부위에 고주파 에너지를 보다 균일하고 효과적으로 전달하여, 열 전달의 균일성을 높이고 치료 성과를 향상시킬 수 있다. 해당 기술을 바탕으로 세포 실험, 팬텀 모델 연구, 그리고 랫드, 토끼, 돼지와 같은 소·중·대 동물 모델을 활용한 다양한 장기에서의 소작 범위 및 유효성 검증을 진행하고 있다. 또한, 임상 적용을 위하여 내시경을 이용한 대동물에서의 중재적 치료 기술 연구와 조직병리학적 검증을 통해 안전성 및 유효성도 평가하고 있다. 현재 본 연구는 기술성숙도(TRL) 단계를 따라 진행 중이며, 2018년부터 사전 연구를 시작으로, 현재 조기성과창출형 범부처 연구를 수행하고 있다. 2026년 이후 임상 연구를 목표로 비임상 평가를 진행 중에 있다.
7. 비만치료를 위한 식요 및 영양분 흡수를 억제하는 체중 조절용 스텐트 연구개발
본 연구팀은 비만 치료용 식욕억제 및 포만감 유도장치와 영양분 흡수 억제장치에 광응답제를 탑재하여 기존 비만치료장치들이 가지고 있는 합병증 최소화, 치료효과 향상기키는 새로운 중재적 신의료장치를 연구 개발하고 있다. 기존 비만치료장치들은 최소 6개월이상 체내에 삽입하며 과정에서 합병증이 발생되지만, 본 연구는 광역학치료를 접목해 삽입기간을 최소화하고 광역학병행 치료를 통한 치료효과 상승으로 환자의 삶과 질을 향상하는 차세대 중재의료기기연구 개발을 하고 있다. 또한 장치의 최적화를 위해 대 동물모델 (돼지)을 통한 비임상평가, 치료기술 확립, 조직병리학적 검증 등을 진행하여 안정성 및 유효성을 증명하였으며, 십이지장 영양 흡수 억제를 통한 비만치료장치는 임상시험을 준비중이다.