말초동맥 스텐트용 신규 생체적합성 양쪽이온성 PEG 의 합성

Abstract

스텐트(stent)는 재협착을 방지하기 위하여 혈관 벽 내부에 삽입되어 혈관을 지지해주는 스프링 모양의 금속 이식물로, 최근에 그 사용이 확대되고 있다. 스텐트는 스텐레스 스틸, 탄탈륨 및 니켈-티타늄 합금(Nitinol alloy) 등의 재질로, 풍선형 및 튜브형 등 다양한 형태가 개발, 사용되고 있다. 그러나 스텐트 이식 후 6개월 후에 약 20-30%가 재협착되고 있으며 그 주된 이유는 급만성 혈전 생성과 스텐트 시술 상처로 인한 혈관 내벽의 평활근 세포의 이상 증식 때문이다. 금속은 재료의 특성상 표면에 혈전이 쉽게 형성되며, 이는 금속의 표면이 일반적으로 양전하를 띄고 있어 음전하인 혈액과 상호작용이 크고 또한 금속의 임계 표면장력이 커서 혈전 생성이 쉬운 것으로 설명하고 있다. 본 연구의 목적은 혈관 스텐트로 최근 많이 사용되고 있는 Nitinol 합금의 표면을 혈액적합성 물질로 개질하여 단백질 및 혈소판의 감소에 의한 혈관 스텐트의 혈액적합성을 개선하는 것이다. 먼저 혈액적합성 zwitterionic poly(ethylene glycol) (PEG)을 합성하기 위하여 3가지 분자량의 PEG (1K, 2K 및 4K)을 톨루엔에 녹여 1,6-diisocyanatohexane과 촉매를 넣어 HO-PEG-OH의 양쪽 말단기에 -NCO기를 도입시켰다. 계속해서, N,N-dimethylethanolamine을 첨가하여 한쪽에 아민기를 도입시킨 다음 최종적으로 propane sultone을 첨가하여 아민기에 술폰산기를 결합시켜 양이온과 음이온의 성질을 함께 가지고 있는 양쪽이온성(zwitterions) PEG를 합성하였다. Nitinol 합금 시편 (10×10×0.5 mm³)을 산화시킨 후 합성된 zwitterionic PEG를 알맞은 조건에서 화학적으로 결합시켰다. 표면개질은 ATR FT-IR, contact angle, ESCA, SEM, 등으로 분석하였으며, 혈액적합성은 단백질 흡착(알부민, 피브리노겐) 및 혈소판 점착실험을 통해서 평가하였다. 세 단계에 걸쳐 진행되는 zwitterionic PEG의 합성이 성공적으로 이루어졌으며 표면 분석을 통해 zwitterionic PEG와 Nitinol 표면의 화학적인 결합이 잘 되었음을 확인하였다. 또한, Nitinol control과 비교하여 표면 개질된 Nitinol의 혈액 적합성이 크게 개선되었음을 확인할 수 있었다. 특히, PEG의 분자량에 따른 효과를 분석한 결과 PEG 체인 길이가 너무 짧거나(1K) 긴(4K) 것 보다 적당한 길이(2K)였을 때 표면에 결합되는 zwitterionic PEG의 효과가 극대화 되는 것으로 나타났다. 본 연구의 성공적인 수행으로 생체대체재의 기능성 코팅 분야에서 국내 기술력이 향상됨은 물론 스텐트 코팅 분야의 선도적 기술을 확보하게 될 것이다. 또한, 관상동맥 및 약물 방출용 스텐트를 위한 기반 기술로 생체대체재 코팅기술의 global resource 역할을 담당하게 될 것이다.; While stents are now widely applied, thrombosis and restenosis are still major problems to be overcomed. Methods for solving these problems are surface treatments or drug eluting system of metallic coronary stents to enhance the blood compatibility and to prevent the proliferation of vascular smooth muscle cells (VSMCs). In this study, newly synthesized zwitterionic PEG was grafted on Nitinol alloy using oxidation treatment. Modified surfaces were characterized by electron spectroscopy for chemical analysis (ESCA), scanning electron microscope (SEM) and water contact angle measurement. For the evaluation of blood compatibility, various tests of platelet adhesion, protein (fibrinogen and albumin) adsorption and activated partial thromboplastin time (APTT) were carried out. The results of surface analysis showed that the contact angle and the ratio of oxygen to carbon significantly decreased with surface treated Nitinol alloys. The total amount of fibrinogen (0.07 μg/cm²) adsorbed onto TiNi-PEG2K-N^(+)-S^(-) was lower than that of TiNi control (0.13 μg/cm²). The platelet adhesion decreased in the order of TiNi control > TiNi-PEG2K > TiNi-PEG2K-N^(+)-S. Particularly, the zwitterionic PEG with PEG2K was proven better than any others. The results indicated that zwitterionic PEG surface could significantly suppress platelet adhesion and protein adsorption as compared to other samples. The present study suggested that grafted zwitterionic PEG structure may possess an improved blood compatibility.