사진: 왼쪽부터 파하드박사, 최민지박사, 이현용교수, 배상호교수, 이병택교수

연구팀은 돼지 심장에서 추출한 탈세포화 세포외기질(cECM)과 생분해성 고분자, 줄기세포, 바이오리액터 기술을 융합해 코어–쉘(core–shell) 구조의 섬유형 인공혈관을 제작했다. 이식 전 인공혈관 내부에 혈관내피세포와 유사한 층을 형성해 혈전 발생을 줄이고 혈관조직의 재생을 유도하는 방식이다.

직경 3㎜ 미만의 소구경 합성 인공혈관은 혈전 형성과 불완전한 내피화, 내막 비후 등으로 장기간 개통 상태를 유지하기 어려워 임상 적용에 한계가 있었다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 기계적 안정성을 제공하는 생분해성 고분자 PCL을 인공혈관의 중심부에 배치하고, 세포 부착과 조직재생을 돕는 심장 유래 세포외기질을 외부층에 적용했다.

자체 제작한 관류형 바이오리액터에서 골수 유래 중간엽줄기세포를 실제 혈류와 유사한 환경으로 2주간 배양한 결과, 인공혈관 내강의 약 97%가 세포로 피복됐다. 혈관내피 관련 지표와 혈관신생 유전자, 신호전달 경로도 활성화돼 혈관내피 특성을 갖는 세포층이 형성된 것으로 확인됐다.

사전 내피화한 인공혈관을 쥐의 복부대동맥에 이식한 실험에서는 1개월 동안 100%의 개통률을 유지했다. 인공혈관 내부에서는 97% 이상의 혈관내피 피복과 혈관 기능에 관여하는 eNOS의 발현이 확인됐으며, 혈관벽에서는 평활근세포층이 연속적으로 형성됐다. 염증 반응을 일으키는 M1 대식세포는 감소하고 조직재생과 관련된 M2 대식세포는 증가하는 경향도 나타났다.

이병택 교수는 “이번 연구는 인공혈관을 이식 후 숙주 세포의 유입과 혈관조직 재생을 유도하는 플랫폼으로 개발했다는 데 의미가 있다”며 “장기 이식시험과 대동물 연구를 통해 안전성과 유효성을 검증하고, 심장병 환아의 폰탄수술이나 혈액투석용 혈관 접근로 등 계획된 수술에 적용할 수 있는 재생형 소구경 인공혈관으로 발전시키겠다”고 말했다.

이번 연구 결과는 바이오소재 분야 국제학술지 『바이오액티브 머티리얼스(Bioactive Materials, IF 23.6)』 9월호에 게재됐다. 이병택 교수와 배상호 교수가 교신저자로, 파하드 박사와 최민지 박사, 이현용 교수가 공동 제1저자로 참여했다.