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인공심장조직판막 국산화, 한 발 앞으로 다가서다
최신의학정보 2014/04/14
- 서울대학교병원 소아심장 연구팀, 인공심장조직판막 개발, 동물실험 결과 내구성 입증

- 미국, 유럽에서 허가된 판막의 직경은 최대 22mm 이나, 이번에 개발된 판막은 최대 26mm로, 적용 대상 환자가 늘 것으로 기대

서울대학교병원 소아청소년과 김기범 교수, 소아흉부외과 김용진, 임홍국 교수(사진 왼쪽부터 차례대로) 연구팀은 보건복지부의 지원과 태웅메디칼의 기술 협조로, 새로운 인공심장조직판막을 개발하고, 동물실험에 성공했습니다.

이번에 개발된 인공심장조직판막은 돼지의 심장막 조직을 특수 화학처리 한 후, 사람의 것과 똑같은 3가닥의 판막 조직 모양으로 가공한 것으로, 혈관에 삽입될 스텐트 안에 붙어 있습니다. 인공심장조직판막은 연구팀이 수년간 돼지의 심장막 조직을 연구한 결과물입니다. 스텐트는 형상기억초탄성 합금 중 하나인 니티놀 와이어(nitinol wire) 소재며, 직경은 20~26mm이다.

A, B, C, D.
연구팀이 개발한 인공심장판막과 스텐트. 니티놀(nitinol) 소재 스텐트의 직경은 20~26mm이다. 돼지의 심장막 조직을 특수 화학처리 한 후, 인체 심장 판막과 똑같은 3가닥의 판막 조직으로 가공한 후, 스텐트 내부에 붙어 있다.

○ A: 인공심장판막이 양의 정맥을 통해 심장으로 가는 모습을 담은 방사선영상촬영 사진. 화살표 머리 부위에 스텐트가 보인다.

○ B: 인공심장판막이 양의 폐동맥판막에 안정적으로 거치된 모습을 담은 흉부심초음파 사진. 화살표 부위가 거치된 인공심장판막.

○ C: 인공심장판막이 양의 폐동맥판막에 안정적으로 거치된 모습을 담은 방사선영상촬영 사진. 화살표 부위가 거치된 인공심장판막.

연구팀은 양(평균 무게: 43.9kg) 12마리의 사타구니 또는 목 정맥에 도관을 삽입하고, 도관을 통해, 인공심장조직판막을 심장에 이식하고 시술 6개월 후, 생존한 양 8마리를 부검했습니다. 초음파 검사 결과, 이식된 판막은 혈류 역류나 폐동맥 협착 없이 제 가능을 했고, 조직 검사에서도 석회화가 관찰되지 않는 등 보존 상태가 우수하여 내구성을 입증했습니다.

많은 소아 환자들이 선천성 심장병과 연관된 폐동맥판막의 협착 및 역류로 인공심장판막을 이식 받고 있습니다. 우심실이 폐로 혈액을 뿜어낼 때 폐동맥판막은 혈액이 우심실로 역류하는 것을 막아주는 역할을 합니다. 폐동맥판막에 이상이 생기면 우심실이 심하게 늘어나거나 두꺼워져 제 기능을 하지 못합니다. 이는 합병증으로 이어져 수명을 단축시킵니다.

기존에는 가슴뼈를 열고 심장을 멈춘 뒤 인공심장판막을 이식했습니다. 인공심장판막 중 조직 판막은 수명이 유한해서 환자는 일생 동안 여러 번 수술을 받아야 했습니다. 재수술로 인한 합병증과 사회생활 적응 장애 등 환자들의 고통이 컸습니다.

최근에는 사타구니의 피부를 절개한 후 허벅지 정맥이나 동맥에 도관을 삽입하고 도관을 이용해 심장에 인공심장조직판막을 이식하는 시술법이 개발되어 사용되고 있습니다. 미국, 유럽에서 시판 허가된 기존의 인공심장조직판막은 직경이 최대 22mm 로 작은 편이고 개당 가격이 3,000만원에 육박하여 국내 식약처 승인을 받고 수입하여 사용하는데 한계가 있었습니다.

연구팀이 개발한 인공심장조직판막은 직경이 최대 26mm으로, 적용 대상 환자의 폭도 넓습니다. 상용화 시 가격도 기존의 것보다 저렴하게 책정될 예정입니다.

김용진 교수는 “이번 결과를 토대로 인공판막 이식이 필요한 환자를 대상으로 임상 시험을 계획 중이다. 임상 시험 결과, 가슴이나 심장을 여는(개흉, 개심술) 기존 수술 방식과 비슷한 성적을 보이면, 많은 환자들이 그 혜택을 보게 될 것으로 기대한다” 고 말했습니다.

김기범 교수는 “인공판막 이식은 개흉 수술에 비해, 시술 후 회복이 빠르다. 미국과 유럽에서 사용되는 판막에 비해 비용도 저렴하고, 직경도 커, 새로운 시장을 개척할 것으로 예상된다”고 말했습니다.

연구팀은 이와 별도로, 정맥을 통한 인공심장조직판막 이식이 어려운 환자를 위하여 가슴뼈는 열지만 심장을 멈추지 않고 판막을 이식하는 동물 실험을 하여 그 내구성을 검증하고 있습니다. 또한 병든 대동맥 판막을 대체할 수 있는 인공심장조직판막을 개발하여 동물 실험 중에 있습니다.

한편 이 연구는 ‘Novel self-expandable, stent-based transcatheter pulmonic valve: A preclinical animal study’ 제목으로 International Journal of Cardiology, 2014년 2월 온라인 판에 게재되었습니다.

[보충설명]

○ ‘인공심장조직판막’과 ‘인공심장판막’ 단어를 사용 하셨는데, 각자 다른 뜻인지요?

인공심장판막에는 반영구적인 기계 판막과 비영구적인 조직 판막이 있습니다. 기계 판막은 이번 연구처럼 도관을 써서 넣을 수 없기 때문에, 이번 연구팀의 판막을 구분하여 인공심장조직판막으로 기술했습니다.

○ 이번 연구의 후속 연구로, 사람을 대상으로 하는 임상시험은 계획되어 있는지요?

태웅메디칼의 개발팀과 임상 시험을 논의 중이지만, 아직까지 구체적인 일정은 정해지지 않습니다.

○ 미국, 유럽에서 시판 허가된 판막이 현재 국내에선 사용 안 되고 있으며, 국내 소아 환자들은 전통적인 개흉, 개심술로 인공심장판막을 이식 받고 있는지요?

폐동맥에 넣는 인공심장조직판막은 현재 국내에 들어온 적이 없습니다. 아직은 모두 개흉, 개심술로 판막을 넣고 있습니다. 이번 연구의 시술법은 어린 아이들에게는 시행할 수 없습니다. 대개 10세 미만의 환자들에게는 전통적인 개흉, 개심술로 인공심장판막을 넣고 있고, 그 이상의 나이에 있는 환자들 중에서 적응증이 될 때 본 시술이 이루어질 수 있습니다

반면 대동맥에 넣는 인공심장조직판막은 현재 국내에 들어와 있습니다. 주로 노인들을 중심으로 시술이 이루어지고 있고, 2012년말 식약처로부터 신의료기술 인정을 받아 환자들에게 시술하는 것이 인정되었습니다.

○ 향후 임상시험 후, 국내 시판 허가 되면, ‘국내 최초’ 국산 인공심장조직판막이 되는 것인지요?

정맥을 통해서 넣는 인공심장조직판막은 국내최초입니다. 시판허가까지는 긴 세월이 걸리겠지만, 이런 연구를 하는 곳이 저희가 알기로는 전무하기 때문에 국내 최초가 될 거라고 생각합니다.

○ 인공심장판막을 이식 받은 소아가 대략 1년에 몇 명 정도 되는지요?

2012년 서울대학교어린이병원 소아심장센터 소아흉부외과에서 400명에서 개심술을 시행했는데, 그 중 41명에서 인공심장판막을 폐동맥에 삽입했습니다. 이 수치는 나이가 1세 전후도 포함된 것이라서 이런 환자들은 나이가 들어가면서 수차례 재수술을 통해 인공심장판막을 삽입해야 합니다.

○ 인공심장판막 중 조직 판막은 수명이 유한하다고 했는데, 보통 수명이 몇 년 정도 되는지요?

보통 평균적으로 10년이라고 이야기합니다. 물론, 성인 사이즈 판막을 넣었을 때입니다. 환자에 따라서는 1-2년 내에 판막 기능이 상실해서 다시 수술을 해서 교체하는 환자들도 있습니다.

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- 서울대학교병원 소아심장 연구팀, 인공심장조직판막 개발, 동물실험 결과 내구성 입증 - 미국, 유럽에서 허가된 판막의 직경은 최대 22mm 이나, 이번에 개발된 판막은 최대 26mm로, 적용 대상 환자가 늘 것으로 기대 서울대학교병원 소아청소년과 김기범 교수, 소아흉부외과 김용진, 임홍국 교수(사진 왼쪽부터 차례대로) 연구팀은 보건복지부의 지원과 태웅메디칼의 기술 협조로, 새로운 인공심장조직판막을 개발하고, 동물실험에 성공했습니다. 이번에 개발된 인공심장조직판막은 돼지의 심장막 조직을 특수 화학처리 한 후, 사람의 것과 똑같은 3가닥의 판막 조직 모양으로 가공한 것으로, 혈관에 삽입될 스텐트 안에 붙어 있습니다. 인공심장조직판막은 연구팀이 수년간 돼지의 심장막 조직을 연구한 결과물입니다. 스텐트는 형상기억초탄성 합금 중 하나인 니티놀 와이어(nitinol wire) 소재며, 직경은 20~26mm이다. A, B, C, D. 연구팀이 개발한 인공심장판막과 스텐트. 니티놀(nitinol) 소재 스텐트의 직경은 20~26mm이다. 돼지의 심장막 조직을 특수 화학처리 한 후, 인체 심장 판막과 똑같은 3가닥의 판막 조직으로 가공한 후, 스텐트 내부에 붙어 있다. ○ A: 인공심장판막이 양의 정맥을 통해 심장으로 가는 모습을 담은 방사선영상촬영 사진. 화살표 머리 부위에 스텐트가 보인다. ○ B: 인공심장판막이 양의 폐동맥판막에 안정적으로 거치된 모습을 담은 흉부심초음파 사진. 화살표 부위가 거치된 인공심장판막. ○ C: 인공심장판막이 양의 폐동맥판막에 안정적으로 거치된 모습을 담은 방사선영상촬영 사진. 화살표 부위가 거치된 인공심장판막. 연구팀은 양(평균 무게: 43.9kg) 12마리의 사타구니 또는 목 정맥에 도관을 삽입하고, 도관을 통해, 인공심장조직판막을 심장에 이식하고 시술 6개월 후, 생존한 양 8마리를 부검했습니다. 초음파 검사 결과, 이식된 판막은 혈류 역류나 폐동맥 협착 없이 제 가능을 했고, 조직 검사에서도 석회화가 관찰되지 않는 등 보존 상태가 우수하여 내구성을 입증했습니다. 많은 소아 환자들이 선천성 심장병과 연관된 폐동맥판막의 협착 및 역류로 인공심장판막을 이식 받고 있습니다. 우심실이 폐로 혈액을 뿜어낼 때 폐동맥판막은 혈액이 우심실로 역류하는 것을 막아주는 역할을 합니다. 폐동맥판막에 이상이 생기면 우심실이 심하게 늘어나거나 두꺼워져 제 기능을 하지 못합니다. 이는 합병증으로 이어져 수명을 단축시킵니다. 기존에는 가슴뼈를 열고 심장을 멈춘 뒤 인공심장판막을 이식했습니다. 인공심장판막 중 조직 판막은 수명이 유한해서 환자는 일생 동안 여러 번 수술을 받아야 했습니다. 재수술로 인한 합병증과 사회생활 적응 장애 등 환자들의 고통이 컸습니다. 최근에는 사타구니의 피부를 절개한 후 허벅지 정맥이나 동맥에 도관을 삽입하고 도관을 이용해 심장에 인공심장조직판막을 이식하는 시술법이 개발되어 사용되고 있습니다. 미국, 유럽에서 시판 허가된 기존의 인공심장조직판막은 직경이 최대 22mm 로 작은 편이고 개당 가격이 3,000만원에 육박하여 국내 식약처 승인을 받고 수입하여 사용하는데 한계가 있었습니다. 연구팀이 개발한 인공심장조직판막은 직경이 최대 26mm으로, 적용 대상 환자의 폭도 넓습니다. 상용화 시 가격도 기존의 것보다 저렴하게 책정될 예정입니다. 김용진 교수는 “이번 결과를 토대로 인공판막 이식이 필요한 환자를 대상으로 임상 시험을 계획 중이다. 임상 시험 결과, 가슴이나 심장을 여는(개흉, 개심술) 기존 수술 방식과 비슷한 성적을 보이면, 많은 환자들이 그 혜택을 보게 될 것으로 기대한다” 고 말했습니다. 김기범 교수는 “인공판막 이식은 개흉 수술에 비해, 시술 후 회복이 빠르다. 미국과 유럽에서 사용되는 판막에 비해 비용도 저렴하고, 직경도 커, 새로운 시장을 개척할 것으로 예상된다”고 말했습니다. 연구팀은 이와 별도로, 정맥을 통한 인공심장조직판막 이식이 어려운 환자를 위하여 가슴뼈는 열지만 심장을 멈추지 않고 판막을 이식하는 동물 실험을 하여 그 내구성을 검증하고 있습니다. 또한 병든 대동맥 판막을 대체할 수 있는 인공심장조직판막을 개발하여 동물 실험 중에 있습니다. 한편 이 연구는 ‘Novel self-expandable, stent-based transcatheter pulmonic valve: A preclinical animal study’ 제목으로 International Journal of Cardiology, 2014년 2월 온라인 판에 게재되었습니다. [보충설명] ○ ‘인공심장조직판막’과 ‘인공심장판막’ 단어를 사용 하셨는데, 각자 다른 뜻인지요? 인공심장판막에는 반영구적인 기계 판막과 비영구적인 조직 판막이 있습니다. 기계 판막은 이번 연구처럼 도관을 써서 넣을 수 없기 때문에, 이번 연구팀의 판막을 구분하여 인공심장조직판막으로 기술했습니다. ○ 이번 연구의 후속 연구로, 사람을 대상으로 하는 임상시험은 계획되어 있는지요? 태웅메디칼의 개발팀과 임상 시험을 논의 중이지만, 아직까지 구체적인 일정은 정해지지 않습니다. ○ 미국, 유럽에서 시판 허가된 판막이 현재 국내에선 사용 안 되고 있으며, 국내 소아 환자들은 전통적인 개흉, 개심술로 인공심장판막을 이식 받고 있는지요? 폐동맥에 넣는 인공심장조직판막은 현재 국내에 들어온 적이 없습니다. 아직은 모두 개흉, 개심술로 판막을 넣고 있습니다. 이번 연구의 시술법은 어린 아이들에게는 시행할 수 없습니다. 대개 10세 미만의 환자들에게는 전통적인 개흉, 개심술로 인공심장판막을 넣고 있고, 그 이상의 나이에 있는 환자들 중에서 적응증이 될 때 본 시술이 이루어질 수 있습니다 반면 대동맥에 넣는 인공심장조직판막은 현재 국내에 들어와 있습니다. 주로 노인들을 중심으로 시술이 이루어지고 있고, 2012년말 식약처로부터 신의료기술 인정을 받아 환자들에게 시술하는 것이 인정되었습니다. ○ 향후 임상시험 후, 국내 시판 허가 되면, ‘국내 최초’ 국산 인공심장조직판막이 되는 것인지요? 정맥을 통해서 넣는 인공심장조직판막은 국내최초입니다. 시판허가까지는 긴 세월이 걸리겠지만, 이런 연구를 하는 곳이 저희가 알기로는 전무하기 때문에 국내 최초가 될 거라고 생각합니다. ○ 인공심장판막을 이식 받은 소아가 대략 1년에 몇 명 정도 되는지요? 2012년 서울대학교어린이병원 소아심장센터 소아흉부외과에서 400명에서 개심술을 시행했는데, 그 중 41명에서 인공심장판막을 폐동맥에 삽입했습니다. 이 수치는 나이가 1세 전후도 포함된 것이라서 이런 환자들은 나이가 들어가면서 수차례 재수술을 통해 인공심장판막을 삽입해야 합니다. ○ 인공심장판막 중 조직 판막은 수명이 유한하다고 했는데, 보통 수명이 몇 년 정도 되는지요? 보통 평균적으로 10년이라고 이야기합니다. 물론, 성인 사이즈 판막을 넣었을 때입니다. 환자에 따라서는 1-2년 내에 판막 기능이 상실해서 다시 수술을 해서 교체하는 환자들도 있습니다.