김준원 포항공과 기계공학과 교수팀(임종경 연구원)이 실제 혈관의 형상과 기계적인 특성을 구현한 3D 혈관 복제품과 이를 탑재한 기능성 혈관모델 시뮬레이터(ADAM simulator)를 세계 최초로 개발했다고 18일 밝혔다.

이에 따라 뇌동맥류 혈관내 중재술(Endovascular intervention) 등의 시행에 앞서 전공의들이 시술 경험을 끌어올리는 데 도움을 줄 것으로 기대된다. 혈관내 중재술은 머리를 열지 않고, 미세도관을 통하여 뇌내 환부에 접근한 후 코일(coil), 스텐트(stent) 등으로 혈관을 막거나 뚫어주는 치료법이다.

건강검진의 보편화로 혈관질환의 조기 발견이 늘어나는 가운데 뇌동맥류를 파열 전에 발견, 정확하고 빠르게 대처하는 게 중요하다. 그러나 전공의들은 실제 환자가 생겼을 때에만 시술할 수 있어 술기를 늘리거나 다양한 상황에 미리 대처하는 게 쉽지 않다.

실제 혈관의 구조(왼쪽)와 3D혈관 복제품의 입체 구조

혈관은 외막, 중막, 내막의 총 3개의 막으로 구성되어 있다. 이 중에서 내막은 윤활성을 갖는 매끄러운 표면으로 미세도관이 혈관 내부를 원활하게 이동할 수 있도록 한다. 미세도관을 활용한 혈관내 중재술은 내막의 역할 덕분에 가능하다.
 
그러나 기존 3D 혈관 복제품들은 내막의 특성과 역할을 제대로 구현하지 못했다. 탄성중합체(Elastomer 상온 부근에서 고무 탄성을 나타내는 고분자물질) 내면에 얇은 하이드로겔(Hydrogel 수용성 고분자가 물리적 혹은 화학적인 결합으로 3D 가교를 형성하고 있는 망상 구조) 코팅을 하는 게 어려워 중막 역할을 하는 탄성중합체만 만들어냈다.

이에 연구팀은 혈관 내막 역할을 하는 하이드로겔 막 코팅 기술을 개발해 실감나는 시뮬레이션이 가능한 3D 혈관 복제품을 제작하는 데 성공했다.

이와 함께 3D 혈관 복제품이 탑재된 혈관모델 시뮬레이터(ADAM simulator)를 개발해 다양한 뇌혈관질환 시술을 가상으로 수행할 수 있게 했다. 이에 따라 전공의들은 종전과 달리 실제 환자의 시술 환경과 매우 유사한 상황에서 뇌혈관 질환 시술 실습을 해볼 수 있게 됐다. 덕분에 실제 임상현장에서의 시술 성공률을 향상시켜 소중한 생명을 구하고 시술로 인한 환자의 부담과 부작용을 줄이는 데 큰 역할을 할 것으로 기대된다.

김준원 교수는 “이번 연구는 기존에 구현할 수 없었던 실제 혈관 환경을 매우 유사하게 제공할 수 있는 기술을 개발했다는 데 의미가 있다”며 “3D 혈관 복제품의 기계적 특성의 조절이 가능해 다양한 혈관질환에 적용할 수 있다”고 말했다.

이번 연구는 보건복지부 및 한국보건산업진흥원에서 지원하는 연구중심병원 육성 R&D 사업으로 수행됐으며, 화학 및 재료 분야 최고 수준의 국제학술지인 ‘Advanced Functional Materials’(IF=16.836, 재료과학 분야 상위 3.98%) 12월 15일자에 ‘3D Vascular Replicas Composed of Elastomer-Hydrogel Skin Multilayers for Simulation of Endovascular Intervention’이란 제목으로 뒤 표지 논문으로 실렸다.