• 정세용·홍진기 교수 공동연구팀
  천연 ‘실크피브로인’ 대체성 확인

정세용세브란스병원 교수(좌) 홍진기연세대 교수

기존보다 내구성을 높인 누에 단백질로 심장판막질환을 위한 판막을 만들 수 있게 됐다.

세브란스병원 소아심장과 정세용 교수와 연세대 화공생명공학과 홍진기 교수 공동연구팀은 누에가 만들어내는 천연단백질 ‘실크피브로인(silk fibroin)’을 심장판막질환 환자를 위한 인공판막 제작에 사용할 수 있는 가능성을 확인했다고 26일 밝혔다.

실크 피브로인은 나방 유충인 누에가 만들어내는 질긴 실을 구성하는 섬유 형태 단백질을 말한다. 무색·무취로 인체에 무해하다. 심장 4개의 판막은 열리고 닫히면서 혈류 흐름을 조절한다. 퇴행성 변화, 선천성 심장병 등에 의해 판막 여닫이 기능에 문제가 생기면 심장 내부가 좁아지는 협착이나 혈액 역류가 발생해 호흡곤란 등 심부전 증세가 나타날 수 있다. 최종 치료로 인공 판막으로 기존 판막을 대체하는 판막 치환술을 시행한다.

현재 사용하는 대체 인공 판막으로는 금속으로 만든 기계 판막과 소나 돼지 등 동물 판막으로 만든 동물 조직 판막이 있다. 기계 판막을 사용하면 혈전(피떡)이 잘 발생해 피가 굳는 것을 막는 항응고 요법을 평생 받아야해 출혈로 인한 합병증 위험성이 커진다. 동물 조직 판막의 경우 판막 기능 부전(저하)이 발생할 위험이 커 재수술을 받아야 하는 단점이 있다.

이런 이유로 재료공학·생체공학적 기법을 아우르는 신소재를 활용한 인공심장 판막 개발의 필요성은 크다.

하지만 심장의 압력을 견딜 만큼 높은 강도와 내구성, 탄성을 가진 대체제를 구할 수 없어 신소재 판막 개발은 어려웠다. 연구팀은 의료 분야에서 기능성 소재로 각광받는 소재인 실크 피브로인으로 심장판막 모양을 만들어 성능을 평가했다. 연구팀은 실제 심장의 박동과 비슷한 압력을 실크 피브로인으로 만든 인공 판막에 가하는 등의 방법으로 내구성을 확인했다. 그 결과 일반적인 천연 실크로 만든 판막에 비해 강도가 13.8배, 탄성도가 10.1배 높았다. 심장박동 테스트를 시행해보니 높은 내구성을 보이며 일반적인 수축기 혈압 범위를 넘어서는 압력에서도 판막 기능을 안정적으로 유지했다.

정 교수는 “동물 기반 판막 사용도 줄일 수 있어 환경에도 좋은 영향을 줄 것”이라고 말했다. 홍 교수는 “이번 성과는 소재 강도와 탄성 등의 측면에서 심장판막으로 실제 활용할 수 있을 만큼 실크 피브로인을 정밀하게 연구한 결과”라고 말했다.

손인규 기자