투석혈관이 받는 압력 낮출 수 있는 재료와 구조 설계
연세의대 의공학교실...협착증 5배 ↓, 혈류량은 2.5배 ↑
혈액투석 부작용을 예방하는 투석혈관 조성술 기기가 개발됐다.
연세의대 의학공학교실 성학준 교수, 하현수 강사, 이찬희 연구원 연구팀은 말기 신부전 환자가 받는 투석혈관 조성술에서 혈관 협착을 예방할 수 있는 혈관 지지체를 개발했다고 3월 15일 밝혔다.
말기 신부전 환자가 받는 혈액투석의 혈액량은 분당 200mL 정도. 이렇게 많은 혈액량을 견딜 만큼 두꺼우면서 피부와 가까운 혈관은 존재하지 않는다. 손목이나 팔꿈치에 인위적으로 동맥과 정맥을 연결해 혈관을 넓히는 동정맥루 조성술이 필요한 이유다.
인공적으로 만든 투석혈관에서는 혈관이 좁아지는 협착이 빈번하게 발생한다. 빠르고 강하게 이동하는 동맥 혈류의 높은 압력을 정맥이 버티지 못하기 때문인데 연구팀은 투석 혈류를 개선해 협착증을 막을 수 있는 의료기기를 개발하고 그 효과를 동물 실험을 통해 확인했다.
먼저, 컴퓨터 모델링을 이용해 동적인 움직임을 시각화하는 전산유체역학 기술을 통해 투석 혈류의 문제를 살폈다. 갑자기 이완되는 투석혈관의 정맥 부분에서 혈액이 소용돌이 치는 이상혈류가 발생하는데 이러한 혈류는 혈관 협착을 일으킨다.
연구팀은 투석혈관을 바깥쪽에서 지지해 정맥의 확장을 조절하고 좋은 혈류를 유도하는 새로운 의료기기를 개발했다. 브릿지 구조라는 설계를 통해 기기에 가해지는 힘을 조절했고 과도한 정맥 이완을 막아 이상혈류를 예방했다. 또 기기가 인체 내에서 스스로 혈관을 감쌀 수 있도록 형상기억고분자를 활용했다.
연구팀은 다양한 크기의 동물 실험을 통해 새로 개발한 기기의 기능을 확인했다. 개발 기기를 활용한 동정맥루 조성술을 받은 동물에서는 기존 기기를 활용한 대조군보다 혈관 협착이 발생하지 않았고 혈관 바깥 방향으로 평활근이 증가하며 투석혈관이 성공적으로 자리잡았다.
또 협착증 발생은 5배 감소했고, 시술 6개월 후 혈류량을 비교했을 때는 2.5배가 향상됐다.
성학준 교수는 “전산유체역학과 형상기억고분자 신소재 기술을 이용해 신개념 의료기기를 제작했다”며 “혈액 흐름을 개선해 혈류량 늘렸을 뿐만 아니라 혈관투석으로 수술의 대표적인 부작용인 협착증을 예방할 수 있었다”고 말했다.
이번 연구 결과는 재료과학분야 국제 학술지 <어드밴스드 사이언스>(Advanced Science, IF 17.521)에 게재됐다.
