3D 프린팅 기술 활용, 대뇌 혈관 신생 촉진하는 약물 전달 시스템 개발

서울대병원·포스텍 공동 연구팀
뇌 허혈성 질환 치료 적용 가능성 ↑

국내 연구진이 대뇌 혈관 신생을 유도하는 효과적인 약물 전달 시스템을 개발했다. 뇌경색 및 모야모야병 등과 같은 뇌 허혈성 질환 치료에 적용할 수 있는 기술이다. 표적 부위에 적절한 용량의 약물을 전달할 수 있어 시공간적 제한 없는 치료의 가능성이 열릴 전망이다.

백선하 서울대병원 신경외과 교수, 김철홍·장진아 포스텍 기계공학과 교수 공동 연구팀은 3차원(3D) 프린팅 기술로 대뇌 혈관 신생을 유도하는 하이드로겔 패치형 약물 전달 시스템을 개발했다.

혈관 신생은 다양한 혈관 신생 성장 인자가 복합돼 여러 단계의 과정을 거쳐 혈관이 새로 생성되는 것을 의미한다. 뇌가 저산소증이나 허혈성 손상을 입었을 때 대부분 혈관 신생이 거의 이뤄지지 않는다. 혈관 문합술이나 측부 혈관 재생 유도 뇌 수술을 통해 뇌의 혈관 재생을 유도하지만, 이 또한 충분한 뇌혈류를 제공하지 못하는 경우가 많다.

최근에는 뇌 혈관 생성을 돕기 위해 ‘외인성 성장 인자 투여’가 새로운 방법으로 떠올랐다. 다만 일반적으로 사용되는 정맥 주사 투여법은 목표하는 효과를 얻기 위해 고용량 혹은 반복 투여가 필요하다. 이에 여러 부작용 발생과 효능 저하 등의 단점이 있었다.

이를 극복하기 위해 연구팀은 ‘시공간 구획화 대뇌 혈관 신생 유도 패치(SCAI)’를 개발했다. SCAI는 대뇌 혈관 신생 촉진 및 혈관 신생 인자 방출량 조절 기능을 갖췄다. 표적 부위에 적절한 시간 동안 혈관 신생 인자를 투여해 효과적으로 혈관 신생을 유도할 수 있다. 연구팀은 SCAI 패치의 효과를 확인하기 위해 패치를 쥐의 대뇌 피질에 이식한 뒤 광음향 현미경 시스템을 활용해 14일 동안 이식 부위 모니터링을 했다. 패치 이식 14일 후 혈관의 밀도가 이식 전과 비교해 약 3.3배 증가한 것으로 나타나 대뇌 혈관 신생을 촉진하는 효능이 있음이 확인됐다.

SCAI는 인공 조직이나 장기를 제작할 수 있는 3D 프린팅 기술을 활용했다. 생체적합성 및 생분해성 세포외 기질 기반 하이브리드 하이드로겔 잉크를 이용해 만들어졌다. 이 패치는 보다 강력한 혈관 신생을 유도하기 위해 외층(혈관내피성장인자, VEGF)과 내층(간세포성장인자, HGF)이 공간적으로 분리된 구조로 인쇄됐다.

이번 연구 결과는 3D 프린팅 기술로 인쇄된 패치를 통해 표적 부위에 효과적인 약물 전달로 시공간적 제한 없는 치료의 가능성을 열었다고 연구팀은 설명했다. 백 교수는 “이번 연구 결과가 향후 뇌경색 및 모야모야병 등과 같은 허혈성 뇌질환 치료법 개발에 활용돼 환자와 가족들에게 조금이나마 보탬이 되기를 기대한다”고 말했다. 김 교수와 장 교수 역시 “이번 연구를 통해 3D 프린팅으로 제작한 혈관 생성 인자로 뇌혈관 재생이 가능함을 확인했다”며 “앞으로 해당 기술이 실제 임상에 적용될 수 있기를 기대한다”고 말했다. 이번 논문은 국제학술지 ‘악타 바이오머터리얼리아’ 최신호에 게재됐다.

오현아 기자 5hyun@hankyung.com