서울대학교병원 흉부외과 임홍국, 김용진, 소아청소년과 김기범 교수 연구팀이 인체조직과 유사한 차세대 심장판막을 세계 최초로 개발했다.

이번에 개발된 판막은 이종이식의 문제점으로 지적되는 면역거부반응이 전혀 없는 사실상 ‘인간화’ 된 생체 조직으로, 향후 심장판막 치료의 패러다임을 완전히 바꿀 것으로 기대된다.

돼지는 장기의 크기와 유전자 배열이 인체와 비슷해 인체 이식용 장기를 생산할 수 있는 동물 1순위로 꼽힌다.

문제는 영장류를 제외한 다른 포유동물에 존재하는 ‘알파갈(α-GAL)’ 이라는 당단백질이다.

인체에는 알파갈에 대한 항체가 있다. 돼지 심장판막이 인체에 이식되면, 항체가 알파갈을 이물질로 알고 공격(면역거부)하면서 석회화가 일어나고, 이식된 판막의 수명은 단축된다.

연구팀은 ‘알파갈’을 제거하면 면역거부반응이 없는 심장판막 개발이 가능함을 주목하고 이종장기사업단과 함께 수년간 연구를 지속했다.

연구팀은 돼지의 대동맥 판막에 자체적으로 개발한 항석회화 조직처리 기법[보충설명] 을 적용해 ‘알파갈’이 제거된 심장판막을 만들었다.

연구팀은 이 판막을 양 10마리의 승모판 부위에 이식한 후 관찰했다. 그 결과, 시술 후 18개월이 지났지만 판막은 면역거부반응 없이 정상 기능을 유지했다.

혈역학, 방사선, 현미경, 생화학 검사에서도 석회화 및 퇴행성 변화가 전혀 발견되지 않았다.

임상시험을 위해서는 보통 3~6개월까지 검증을 하는데, 연구팀은 무려 18개월에 걸쳐 판막의 안정성과 유효성을 확인했다.

 특히 판막이 이식된 승모판 부위는 좌심실의 높은 수축기압을 견뎌야 하고 조기에 퇴행성 변화가 발생하는데, 이번에 개발된 판막은 이러한 가혹한 조건을 극복했다는 점에서 큰 의미가 있다.

이번 차세대 판막은 개발 단계부터 세계 최대 규모의 심장판막 회사로부터 러브콜을 받으며 큰 주목을 받았으나, 연구팀은 판막의 국산화를 위해 모든 원천 기술 및 특허를 국내 기업인 태웅메디컬에 이전했다.

임홍국 교수는 “가장 인간다운 차세대 판막 개발을 위해 수년간 연구를 지속했다” 며 “이번에 새롭게 개발된 판막은 향후 판막 치료의 패러다임을 완전히 바꾸고 심장질환 완치 시대를 앞당길 것으로 기대한다” 고 말했다.

이번 연구결과는 최근 유럽 최고 권위의 흉부외과학회지(European Journal of Cardio-Thoracic Surgery) 온라인 판에 게재됐다.

연구팀은 향후 유럽시장 진출을 위해 유럽흉부외과학회지를 선택했으며, 학회지 편집장은 이러한 선택에 큰 감사를 표했다.

[보충설명]

연구팀이 차세대 판막 개발을 위해 돼지 대동맥 판막에 적용한 새로운 5가지 항석회화 처리 단계는 다음과 같다.

1. 면역반응 원인 인자로 작용 할 수 있는 세포를 완전히 제거
2. 알파갈을 불활성화 시키기 위해 알파-갈락토시다아제라는 효소를 이용하여, 돼지의 세포 표면에 광범위하게 존재하는 알파갈 제거
3. 세포가 제거된 자리와 콜라겐 사이 빈 공간을 채우기 위해 스페이스-필러(space-filler) 처리
4. 유기용매를 처리해 석회화의 주요 요소인 인지질을 제거하고, 콜라겐 및 엘라스틴의 구조적 변화를 유발해 석회화 방지
5. 석회화의 원인이 되는 물질을 제거하기 위해 항독소화 처리

[추가 질문]
질문 1. 향후 후속 연구 계획 및 사람에 적용되는 예상시기?
향후 다양한 이종 심혈관 조직으로 제작한 판막을 대동맥에 이식할 계획입니다. 사람에게는 내년부터 폐동맥에 판막 이식을 시작할 계획이며, 이후 단계적으로 다양한 이종 심혈관 조직으로 제작한 판막을 승모판 및 대동맥에 이식할 계획입니다.

질문 2. 동물 실험 단계에서 여러 동물 중 양을 대상으로 한 이유?
돼지의 심장판막을 개발했기 때문에 이종이식(다른 종에 이식)을 위해선 돼지가 아닌 다른 동물을 택해야 합니다. 심장판막 실험에 이용되는 동물은 양, 개, 돼지인데 이중 가장 적합한 동물은 양입니다. <끝>