자연에서 찾은 혁신, 생체 분해성 마그네슘 합금 스텐트로 의료기기 패러다임 전환
전북대학교 연구진이 철갑 딱정벌레의 독특한 겉날개 구조를 모사해 체내에서 자연 분해되면서도 높은 유연성을 지닌 혈관 스텐트를 개발하는 데 성공했다. 이번 연구는 기존 혈관 스텐트의 한계를 극복할 수 있는 획기적인 기술로 평가받고 있다.
생체 분해성 스텐트, 기존 한계 극복
전북대 생체재료&메카노 바이올로지 연구실의 서일원 박사(기계설계공학부 박사후연구원)와 김진우 박사(바이오나노시스템공학과 졸업 예정, 지도교수 박찬희)는 생체 분해성 마그네슘 합금 기반의 새로운 스텐트 구조를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 금속공학 분야의 세계적 학술지 Journal of Magnesium and Alloys(IF=15.8, JCR 세계 상위 0.6%)에 게재되며 학문적 가치를 인정받았다.
현재 관상동맥 질환 치료를 위한 기존 금속 스텐트는 영구적으로 체내에 남아 있어 장기적인 부작용 위험이 존재한다. 이에 따라 체내에서 자연 분해되는 폴리머 및 마그네슘 합금 스텐트가 연구되고 있지만, 기존 제품은 기계적 물성이 낮아 혈관 조직과의 적응성이 떨어지는 한계가 있었다.
철갑 딱정벌레에서 영감 얻은 혁신적 설계
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 북미 서부 참나무 숲에 서식하는 ‘악마의 철갑 딱정벌레(diabolical ironclad beetle)’의 겉날개 구조를 스텐트 설계에 적용했다. 이 딱정벌레는 단단한 키틴질 껍질과 1:1.8의 황금 비율로 배열된 날개 구조를 통해 높은 강도와 유연성을 동시에 확보한다. 연구진은 딱정벌레의 겉날개 관절 구조를 기반으로 유한요소해석(Finite Element Analysis)을 활용해 ASTM(미국재료시험학회) 규격에 맞춘 구조 안정성 평가 및 혈류 유동 해석을 수행했다. 그 결과, 기존 스텐트 대비 응력 집중이 최대 57% 감소했으며, 혈류 분산 효과가 개선되어 혈관 내 압력과 물리적 스트레스가 줄어드는 것으로 확인됐다.
혁신 의료기기 개발 및 실증 연구 추진
이번 연구 성과는 자연 모사 기술을 활용한 인체 삽입형 의료기기 설계의 새로운 가능성을 제시했다. 연구팀은 전북대가 보유한 중재적메카노바이오기술융합연구센터 및 메카노바이오활성소재혁신의료기기실증센터와 협력해 혁신 의료기기 연구개발 및 비임상 실증을 추진할 계획이다. 이를 통해 다양한 중재 의료기기의 최적 설계에 활용될 것으로 기대된다.
이번 연구는 한국연구재단 중견연구지원사업과 지역대학 우수과학자 및 박사 후 국내연수 지원사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구팀은 향후 지속적인 연구를 통해 보다 안전하고 효과적인 의료기기 개발을 목표로 하고 있다.
