서울대병원, 3D 프린팅 기술 활용한 대뇌 혈관 신생 촉진 패치 개발
- 하이드로겔 패치형 약물 전달 시스템, 향후 뇌 허혈성 질환 치료 적용 가능성 열어
3D 프린팅 기술을 활용해 대뇌의 혈관 신생을 유도하는 효과적인 약물 전달 시스템이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 이를 활용해 향후 뇌경색 및 모야모야병 등과 같은 뇌 허혈성 질환 치료에 적용하면, 표적 부위에 적절한 용량의 약물 전달이 가능해져 시공간적 제한 없는 치료의 가능성이 열릴 전망이다.
서울대병원 백선하 교수·포항공대 김철홍·장진아 교수 공동 연구팀은 3D 프린팅 기술로 대뇌 혈관 신생을 유도하는 하이드로겔 패치형 약물 전달 시스템을 개발했다고 2일 밝혔다.
혈관 신생은 다양한 혈관 신생 성장 인자들이 복합되어 여러 단계의 과정을 거쳐 혈관이 새로 생성되는 것을 의미한다.
성숙한 뇌가 저산소증이나 허혈성 손상을 입었을 때, 대부분의 허혈성 뇌는 뇌혈류를 공급받을 수 있는 혈관 신생이 거의 이루어지지 않는다. 혈관 신생을 위해 혈관 문합술이나 측부 혈관 재생 유도 뇌 수술을 통해 뇌의 혈관 재생을 유도하지만, 이 또한 필요한 만큼의 충분한 뇌혈류를 제공하지 못하는 경우가 많다.
이에 최근에는 혈관 신생 메커니즘을 효과적으로 조절할 수 있는 외인성 성장 인자 투여가 혈관 재생을 위한 방법으로 떠오르고 있다.
하지만 일반적으로 사용되는 정맥 주사 투여법은 목표하는 효과를 얻기 위해 고용량 혹은 반복 투여가 필요해 여러 부작용이 발생하고 효능이 저하되는 단점이 있었다.
이에 연구팀은 생리학적으로 적절한 시간과 부위에 표적화 방식으로 혈관 신생 인자를 투여해 효과적으로 혈관 신생을 유도하는 시스템 개발에 주목했다.
연구팀은 인공 조직이나 장기를 제작할 수 있는 3D 프린팅 기술을 활용해 대뇌 혈관 신생 촉진 및 혈관 신생 인자 방출량 조절 기능을 갖춘 패치형 약물 전달 시스템을 개발했다.
이 시스템에 사용된 ‘시공간 구획화 대뇌 혈관 신생 유도 패치(SCAI)’는 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.
[그림 1] 이중 화학적 가교 하이브리드 잉크를 사용한 SCAI 패치 제작 과정
[사진 왼쪽부터] 서울대병원 신경외과 백선하 교수, 포항공대 기계공학과 김철홍 교수, 장진아 교수