본 연구는 내피세포 표면에 약물방출 스텐트에서 방출되는 약물의 농도와 약물분출 스텐트의 형상과 설계가 스텐트 주위 유동특성에 어떤 영향을 미치는지를 조사하기 위해 전산유체역학을 이용하여 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 이상적으로 가정된 세 종류의 스텐트 모델과 임상결과를 거쳐 상용화되고 있는 세 종류의 스텐트 모델에 대하여 전산수치해석을 수행하였다. 본 연구의 목적은 스텐트의 성능을 정량적으로 평가할 수 있는 스텐트 영향 지수의 개념을 소개하고, 성능을 비교하는 것이다. 비교 결과, 연구된 세 종류의 상용 스텐트 모델 중 수치 모사에 적용된 모든 레이놀즈 수에 대하여 BX Velocity 스텐트의 스텐트 영향 지수가 가장 낮게 나타났다. 그러나 여섯 종류의 스텐트 모델 가운데에서는 전산 수치 모사에 적용된 모든 유동조건하에서 Spiral 스텐트의 스텐트 영향 지수가 가장 낮고 성능 역시 가장 좋은 것으로 나타났다.
스텐트 재질인 stainless steel 표면에 모델 약물인 rose bengal을 포함한 생분해성 고분자 PLGA, PHB, MCL-PHA를 코팅하여 약물방출 특성을 조사하였다. PLGA의 농도가 낮을수록, rose bengal의 농도가 높을수록, dip-coating 시간이 길수록 약물방출이 증가하였으며, PHB > PLGA > MCL-PHA의 순서로 약물이 빨리 방출되었다. 이는 생분해성 고분자의 농도 및 종류, 약물의 농도, dip-coating 시간 등을 변화시켜 약물방출을 조절할 수 있음을 나타낸다.
효율적 비혈관용 약물방출 스텐트 제조를 위해 풀루란 아세테이트(pullulan acetate, PA)가 테프론(poly-tetrafluorethylene; PTFE)으로 피막된 스텐트(PTFE-stent)의 코팅재료로 연구되었다. 파크리탁셀 함유 PA가 코팅된 PTFE-stent의 표면, 약물 방출 거동, 세포독성이 측정되었으며, 동물실험을 통해 이의 가능성이 검토되었다. 전자현미경으로 표면을 관찰한 결과 표면이 PTFE 피막에 비해 훨씬 매끄러웠고, 약물은 80일 동안 서방적 방출 거동을 보였다. PA와 함께 코팅된 파크리탁셀의 안정성을 annexin V 결합 염색법을 통하여 측정한 결과 apoptosis의 비율이 천연 파크리탁셀과 유사한 것으로 보아 봉입된 파크리탁셀의 변성이 없음을 알 수 있었다. 소동물 실험에서는 파크리탁셀이 봉입된 PA-PTFE가 고형암의 성장을 억제하였다. 위의 결과로 보아 PA는 효율적 비혈관계 약물방출 스텐트 개발에 매우 유용한 물질이라고 기대된다.
약물방출 고분자 코팅 스텐트는 수술후 재협착을 획기적으로 줄였지만, 약물방출이 균일한 구조체를 제작하는 것이 어렵고 체내에 구조체를 영구적으로 남겨야 하는 부담을 여전히 가지고 있다. 이를 해결하는 방안으로 생분해성 고분자로 스텐트를 제작하는 방법들이 활발하게 연구되고 있다. 본 연구에서는 조형가공기술(solid freeform fabrication, SFF)의 하나인 쾌속조형기법(rapid prototyping technique)의 3차원 플로팅(3D plotting) 기술을 이용하여 파크리탁셀(PTX) 약물을 함유한 폴리카프로락톤(PCL) 3차원 구조체를 제작하였고, 생분해성 PCL 고분자로부터 PTX의 방출거동과 스텐트 제작 가능성을 고찰하였다. 약물을 포함한 구조체의 표면특성을 SEM으로 확인한 결과 굴곡이 자연스럽고 매끄러운 표면을 가지고 있었다. FTIR을 통해서 약물이 성공적으로 구조체에 포함되었음을 확인하였고, NMR과 HPLC를 통해서 PCL 구조체 중의 PCL함량과 PTX의 서서히 방출됨을 확인되었다. 또한 세포실험을 통해 구조체에서 방출된 약물이 생물학적으로 활성을 유지하고 있으며, 반복제작된 구조체에서도 균일한 활성의 약물이 방출됨을 확인하였다. 이와같은 쾌속조형기법을 이용하여 약물을 포함하는 구조체를 제작하고 분석함으로써, 생분해성 고분자 스텐트로서의 적용가능성을 제시하였다.
본 연구는 이상적인 원형 환(Ideal Circular Ring) 스텐트와 Intertwined 스텐트의 삽입에 의해 야기 되는 혈류유동 형태와 스텐트 표면에서 방출되는 약물의 농도분포를 조사하는 것이다. 본 연구를 통해 Intertwined 스텐트의 스텐트 사이 영역에서 약물농도는 원형 환 스텐트에 비해 더 많이 분포해 있는 것을 알 수 있었다. 주어진 스텐트의 형상에 대하여 스텐트 사이 영역에서의 국소적인 약물 농도분포는 레이놀즈 수가 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났다. 주어진 레이놀즈 수에 대하여는 약물 농도분포는 스텐트의 형상과는 비교적 무관함을 알 수 있다. 원형 환 스텐트보다 Intertwined스텐트가 스텐트사이 영역과 스텐트 하류영역에서혈관 벽면을 따른 약물 농도분포는 크게 나타나는 것을 볼 수 있다.
의료용 금속스텐트는 관상동맥계 심장질환을 앓고 있는 환자에 시술되어 상대적으로 생존율을 높여 준다. 그러나, 재협착 및 후기 혈전증으로 인하여 새로운 스텐트의 개발이 시급하게 되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 신생내막 과대증식을 막을 수 있는 것으로 알려진 alpha lipoic acid(ALA)를 생분해성 고분자인 poly(lactide-coglycolide)(PLGA), poly(L-lactide)(PLLA) 및 poly($\varepsilon$-caprolactone)(PCL)과 혼합하여 전기분사 방식으로 스테인레스 스틸 표면 위에 코팅하였다. 코팅된 고분자로부터 약물방출 거동은 고분자의 종류와 농도, 용출속도 및 용매의 종류에 따라서 조사하였다. 약물방출 속도는 유리전이온도($T_g$)가 낮은 PCL에서 가장 빨랐으며 PLGA, PLLA 순서를 보였다. 고분자 표면의 거친정도는 용출속도가 증가함에 따라서 증가하였고, 용매의 비등점의 차이에 의해서 약물방출속도가 변화됨을 알 수 있었다. 이러한 약물방출 거동을 조절함으로써 ALA가 담지된 생분해성 고분자로 코팅된 약물방출 스텐트를 실제 임상적용이 가능할 것으로 기대된다.
최근 20년간 다양한 세포에서 파크리탁셀(PTX)의 효과에 관한 연구는 많이 있지만, 세포증식을 억제하기 위한 약물방출 동역학에 관한 연구는 거의 보고되지 않고 있다. 본 연구에서는 약물방출스텐트 (DES)에 적용하기 위해서 생분해성 고분자로부터 파크리탁셀의 방출거동을 고찰하였다. 다양한 생분해성 고분자인 poly(lactic acid-co-glycolic acid) (PLGA), poly-L-lactide(PLLA) 및 polycaprolactone(PCL)에 파크리탁셀의 함유량을 달리하여 필름을 제조한 후 약물방출 거동을 평가하였다. 약물방출은 8주 동안 이루어졌으며 FE-SEM을 통해 고분자의 분해정도를 관찰하였다. PCL의 생분해 속도는 가장 느리지만 파크리탁셀의 함량이 같을 경우 PCL로부터의 파크리탁셀 방출속도가 가장 빨랐으며 PLGA 그리고 PLLA 순서를 보였다. 이와 같은 결과를 바탕으로 PCL과 같이 유리전이온도($T_g$)가 낮은 고분자의 경우 체내에서 파크리탁셀과 같은 소수성 약물의 움직임이 용이하기 때문에 약물방출 속도가 빠를 수 있음을 제시하고 있다.
최근에 내시경 관련기술의 진보에 따라서 시술 편리성, 회복시간 단축, 환자 고통 경감 등의 장점으로 인해 스텐트 삽입술이 빠르게 진보하였다. 본 연구에서 양성담관 협착 치료를 목적으로 파클리탁셀을 이용한 약물방출 스텐트를 전기분사 방법에 의해 제조하였으며, 이 때 사용된 고분자는 polyether-based polyurethane(상표명 : PELLETHANE 2363-80AE$^{(R)}$)과 첨가제로서 Pluronic F127, 약물로서 파클리탁셀을 사용하여 금속스텐트 표면에 코팅하였다. 그 결과로서, 약물이 코팅된 고분자 필름의 물리적 특성은 SEM, FTIR, 접촉각 측정기, XRD에 의해 확인하였으며, 약물방출속도는 약물함량이 높을수록 감소하였음을 알 수 있었다.
약물방출 스텐트 (drug-eluting stents, DES)는 일반금속 스텐트에 비하여 재협착을 현저하게 줄었지만, DES의 구조적인 특성으로 인한 스텐트 혈전증 (stent thrombosis, ST)이 증가한다고 알려져 있다. 혈전증 유형의 정의는 Early ST ; (EST)은 30일 이내, Late ST ; (LST)은 31일 이상에서 1년 이내 그리고 Very late ST ; (VLST)은 1년 이상으로 분류 하였다. 스텐트 세대별 (시장 출시와 스텐트 디자인, Polymer 향상에 따른) ST발생빈도, 임상 양상 및 예후를 알아보았다. 2003년 6월부터 2013년 6월까지의 전남대학교병원 심혈관센터에서 경피적 관상동맥 중재술을 시행 받은 10,273명 중 ST 발생은 134명 (1.30%) 이었다. 세대별 발생빈도는 1세대에서 81명 (0.79%)으로 높았으며, 세대별 ST 유형은 1세대에서는 VLST의 발생률이 높았고 (p=0.002), 2세대에서는 EST와 LST의 발생률이 높았지만 (p=0.025), 3세대에서는 유의한 차이가 없었다(p=0.278). ST로 인하여 사망한 14명은 EST 10명 (18.2%), LST 2명 (8.3%), VLST 2명 (3.6%)로서 EST에서 사망률이 높았다 (p=0.042). DES 시술 후 발생하는 ST는 1.3% 이였고, VLST는 1세대 스텐트에서 많았으며, 입원 중 사망률은 EST에서 높았다.
본 연구에서는 관상동맥 중재술로 관상동맥 약물방출 스텐트(drug-eluting stent, DES) 삽입 후 스텐트 골절에 대한 임상적 특성, 결과 및 예후에 대하여 연구하였다. 약물방출 스텐트 시술을 받고 추적 관상동맥조영술을 실시한 4,701명 환자에서 스텐트 골절이 발생한 환자는 32명(남:여=19:13, 평균연령 $62.44{\pm}9.8$세, 0.68%)이었다. DES의 종류별 스텐트 골절의 빈도는 SES(sirolimus- eluting stents) 19(59.4%), PES(paclitaxel-eluting stents) 9명(28.1%), BES(biolimus A9-eluting stents) 2명(6.3%), EES(everolimus-eluting stents) 1명(3.1%), EPC(endothelial progenitor cell capture stent) 1명(3.1%), ZES(zotarolimus-eluting stents) 0명(0%) 이었다. 표적 병변은 우관상동맥 13명(40.6%) 좌전하행지 16명(50.0%), 좌회선지 3명(9.4%)이었다. 각 혈관의 병변 형태는 복잡병변인 B2, C형이 25명(69.4%)이었다. 스텐트 골절 환자 중 스텐트 내 협착은 17명(53.1%)이었으며, 스텐트 골절 병변에 대한 치료는 내과적 관찰 16명(50.0%), 동종의 관상동맥 DES 시술 3명(9.4%), 이종의 관상동맥 DES 시술 10명(31.3%), 관상동맥 풍선 확장술 3명(9.4%)이었다. 추적검사에서는 $32.9{\pm}12.4$개월 동안 스텐트 골절로 인한 사망을 포함한 심장사는 발생하지 않았다. 결론적으로 관상동맥 중재술로 관상동맥 DES를 시술받은 추적관찰 대상 환자에서 3.7년 추적관찰 기간 동안 스텐트 골절 발생률은 0.68%로 나타났으며, PES보다 SES에서 많은 발생 빈도를 보였다. 좌전하행지와 복잡병변에 대한 시술 후 스텐트 골절이 많이 발생하였다. 또한 스텐트 골절 정도와 협착 병변이 중대한 경우에만 관상동맥 중재술을 실시하였으며, 추적관찰 기간 중 스텐트 골절이 있는 환자는 병용 항혈소판 요법을 지속적으로 투여하였다. 특히 사망을 포함한 주요 심장사건에 관련하여 스텐트 골절과 연관된 심장사의 발생률은 매우 낮은 것으로 나타났다. 본 연구를 통해서 스텐트가 가지고 있는 특성 스텐트 디자인이 폐쇄형(closed cell) 디자인 SES에서 발생 빈도가 높음을 제시함으로써 스텐트 개발에 도움이 될 거라 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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