실크 피브로인, 내구력 높아 심장 판막 대체제로 활용

의대 정세용 교수(소아과학)

기존보다 내구성을 높인 누에 단백질로 심장 판막 질환을 위한 판막을 만들 수 있게 됐다. 

의대 정세용 교수(소아과학)와 공과대학 화공생명공학과 홍진기 교수 연구팀은 나방 유충인 누에가 만들어 내는 천연 단백질 실크 피브로인(silk fibroin)을 심장 판막 질환 환자를 위한 인공 판막 제작에 사용할 수 있는 가능성을 확인했다. 

이번 연구 결과는 신소재 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials, IF 19.0)’ 최신호에 실렸다. 

심장에는 4개의 판막이 혈류 흐름을 조절한다. 판막은 퇴행성 변화나 선천성 심장병 등으로 기능에 문제가 생기는데, 협착이나 혈액 역류가 발생한다. 이때는 병든 판막을 인공 판막으로 대체하는 판막 치환술을 시행한다. 현재 인공 판막은 금속으로 만든 기계 판막과 소나 돼지 등 동물의 판막으로 만든 동물 조직 판막을 사용하고 있다. 

기계 판막은 혈전(피떡)이 잘 생겨 항응고 요법이 필요하지만 출혈로 인한 합병증 위험이 크다. 동물 조직 판막은 판막 기능 부전(저하) 위험이 높아 재수술이나 시술을 받아야 하는 경우가 발생한다. 

이런 이유로 재료공학·생체공학적 기법을 활용한 신소재 인공 판막 개발의 필요성이 높아지고 있다. 하지만 심장 압력을 견딜 수 있는 강도와 내구성, 탄성을 가진 대체제를 구할 수 없어 신소재 판막 개발은 어려웠다. 

연구팀은 최근 의료 분야에서 기능성 소재로 주목받고 있는 실크 피브로인(silk fibroin)으로 심장 판막 모양을 만들어 그 성능을 평가했다. 실크 피브로인의 엉킴 현상을 극대화해 내구성을 높였다. 

실크 피브로인은 누에가 만들어내는 섬유 형태의 천연 단백질이다. 무색‧무취로 인체에 무해하다. 

연구팀이 실제 심장의 박동과 비슷한 압력을 가해 내구성을 확인한 결과, 일반적인 천연 실크로 만든 판막에 비해 강도가 13.8배, 탄성도가 10.1배 높았다. 또, 일반적인 수축기 혈압 범위인 60-180mmHg을 넘어서는 압력에서도 판막으로서의 기능을 안정적으로 유지했다.  

실제 체내에서 생길 수 있는 부작용 등을 확인하기 위해 진행한 혈액 적합성 검사에서도 정상이거나 혈관계 질환을 앓는 환자에서 혈전 형성, 석회화 등 혈류를 방해할 만한 부작용은 발생하지 않았다.

정세용 교수는 “이번 연구에 대한 후속 실험을 계속해 반복적인 수술 등으로 고통받는 판막 질환 환자들의 편의성과 안정성을 높이겠다.”며 “동물을 기반으로 하는 판막 제작 사용도 줄일 수 있어 환경에도 좋은 영향을 줄 것”이라고 말했다.