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관상동맥 경화증 모사하는 3D 프린팅 폐색기 개발

박영재 기자 | 기사입력 2021/08/02 [10:56]
종합뉴스
교육
관상동맥 경화증 모사하는 3D 프린팅 폐색기 개발
기사입력: 2021/08/02 [10:56] ⓒ 브레이크뉴스 대구경북
박영재 기자
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 국내 연구팀이 3D 프린팅을 이용해 관상동맥 경화증을 모사하는 데 성공함으로써 불필요한 동물실험 개체 수를 줄이는 방법을 내놓았다.

 

▲ 돼지 심근경색 모델 제작용 맞춤형 3D 프린팅 폐색기  © 포스텍


POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환)은 IT융합공학과·기계공학과 장진아 교수, 통합과정 정승만씨 연구팀이 전남대학교 의과대학 순환기내과 홍영준 교수, 김한별씨 연구팀과 공동으로 돼지 심근경색을 유도하는데 적용할 수 있는 맞춤형 3D 프린팅 폐색기를 제작하는 데 성공했다고 2일 밝혔다.

 

이 연구성과는 최근 바이오가공 분야의 귄위 있는 과학 저널인 '바이오 디자인 앤 메뉴팩터링(Bio-Design and Manufacturing)'에 게재됐다.

 

전임상실험은 새로운 약이나 의료기기를 사람에게 사용하기 전에 여러 종류의 동물에게 적용해 독성 부작용, 효과 등을 알아보는 것을 말한다. 이때, 실제 효능과 가까운 결과를 얻기 위해서는 재현성 있는 동물을 이용하는 것이 중요하다. 이런 면에서 돼지는 장기구조가 인간과 매우 비슷해 장기를 살펴보기 위한 전임상실험에 많이 이용된다.

 

심장질환 치료 효능 검증하기 위한 동물실험 중 대표적인 질환인 심근경색 모델은 허혈성 심장질환에 대한 줄기세포 또는 조직 공학 기술의 효과를 평가하는 데 널리 사용된다. 돼지에서 심근경색을 유도하기 위해 여러 가지 방법이 사용되나 대부분 실험자의 숙련도에 따라 효율이 결정되므로 실험 개체 간 차이가 매우 크게 나타나는 문제가 있다. 또한, 기존의 방법들은 관상동맥을 100% 막아버려 돼지의 사망률이 높아 이로 인한 반복 실험 등으로 비용이 급격히 증가한다.

 

연구팀은 인간의 개입을 최소화하고 정확성을 높이기 위해 3D 프린팅 기술을 도입했다. 돼지 모델에 혈관 조영술을 실시하여 관상동맥의 크기를 확인하고 이를 기반으로 실제 동맥경화로 인해 약 20%가량 좁아진 공극을 갖는 맞춤형 폐색기(occluder)를 개발했다. 이번에 개발된 3D 프린팅 폐색기는 중앙 모공을 통해 연속적인 혈류를 제공할 수 있어 심근경색 유도에 효율적이며, 최대 28일의 높은 생존율(88%)을 나타냈다. 이 방법은 기존의 대표적인 폐쇄 가슴 방법(생존율 50%)과 비교하면 매우 높은 생존율을 가지며, 만성 심부전 등 다른 허혈성 심혈관 질환을 모사할 수 있는 모델로 활용할 수 있다.

 

연구를 주도한 장진아 교수는 “줄기세포 및 첨단바이오융복합제제의 안전성 및 유효성을 평가하기 위해 신뢰도 높은 대동물 실험이 필수적이다”며 “3D 프린팅 폐색기를 활용하여 실험자들이 더 정확하고 편리한 방법으로 질환동물모델을 구현할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

 

한편, 이 연구는 산업자원통상부와 한국산업기술진흥원(KIAT), POSTECH의 국제공동기술개발사업, 전남대의 바이오의료기술개발사업의 지원으로 수행되었고 ㈜에드믹바이오와 함께 기술이전 및 상용화를 추진 중이다.

 

<아래는 구글번역기로 번역한 기사 전문이다.>

 <The following is the full text of the article translated by Google Translate.>


Development of 3D printed occluder that simulates coronary atherosclerosis


 A domestic research team has come up with a method to reduce the number of unnecessary animal experiments by successfully simulating coronary atherosclerosis using 3D printing.

 

POSTECH (Pohang University of Science and Technology, President Kim Moo-hwan) is a research team led by Professor Jin-ah Jang of the Department of IT Convergence Engineering and Department of Mechanical Engineering and Seung-man Jung of the integrated course, Professor Young-Jun Hong of the Department of Cardiology at Chonnam National University College of Medicine, and Han-Byul Kim, a research team in the field of inducing myocardial infarction in pigs. It announced on the 2nd that it has succeeded in manufacturing a custom 3D printing occluder that can

 

This research result was recently published in 'Bio-Design and Manufacturing', an authoritative scientific journal in the field of bioprocessing.

 

Preclinical testing refers to the study of toxic side effects and effects by applying a new drug or medical device to various types of animals before using it on humans. At this time, it is important to use reproducible animals in order to obtain results close to the actual efficacy. In this respect, pigs have a very similar organ structure to that of humans, so they are often used in preclinical experiments to examine organs.

 

Myocardial infarction model, a representative disease among animal experiments to verify the efficacy of heart disease treatment, is widely used to evaluate the effect of stem cell or tissue engineering technology on ischemic heart disease. Various methods are used to induce myocardial infarction in pigs, but the efficiency is mostly determined by the skill of the experimenter, so there is a problem that there is a very large difference between the experimental subjects. In addition, the existing methods block 100% of the coronary arteries, resulting in a high mortality rate in pigs, resulting in a rapid increase in cost due to repeated experiments.

 

The research team introduced 3D printing technology to minimize human intervention and increase accuracy. Angiography was performed on a pig model to confirm the size of the coronary artery, and based on this, a customized occluder with a pore narrowed by about 20% due to actual arteriosclerosis was developed. The 3D-printed occluder developed this time is effective in inducing myocardial infarction as it can provide continuous blood flow through the central pore, and has a high survival rate (88%) of up to 28 days. This method has a very high survival rate compared to the existing representative closed chest method (survival rate of 50%), and can be used as a model that can simulate other ischemic cardiovascular diseases such as chronic heart failure.

 

Professor Jang Jin-ah, who led the research, said, “Reliable large-animal experiments are essential to evaluate the safety and effectiveness of stem cells and advanced bio-convergence products. We expect to be able to implement animal models.”

 

Meanwhile, this research was carried out with the support of the Ministry of Commerce, Industry and Energy, the Korea Institute for Advancement of Technology (KIAT), the international joint technology development project of POSTECH, and the biomedical technology development project of Chonnam National University. .

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