베를린 - 최근 수년간 심혈관계질환의 환자수는 전세계적으로 증가하고 있다. 심부전환자는 유럽에서만 연간 약 30만명에 이른다. 심부전환자의 마지막 희망은 심장이식이지만 기증 심장은 부족한 실정이다.
이런 가운데 독일항공우주센터(DLR) 로봇공학·메카트로닉스연구소 토마스 슈미트(Thomas Schmidt) 박사팀은 독일연방교육연구성(BMBF)이 주도하는 프로젝트 'Innovation Competition Medical Technology'에서 심장과 연결돼 심기능을 보조하는 새로운 완전 이식형 펌프'Ventricular Assist Device(VAD)'를 개발하는데 성공했다.
새로 개발된 VAD는 한쪽 또는 양쪽 심실용으로도 사용할 수 있으며 구동시키는 전기도 무선으로 공급할 수 있다.
따라서 향후 환자의 QOL과 활동성을 향상시키는 구명장치로서 기대되고 있다.
완전 인공심장 문제점 극복
이 심장보조장치는 심장을 완전히 대체하는 완전 인공심장과는 다르다. 심장과 함께 작동하여 심장 부담을 줄여준다는 점에서 심장 이식에 대한 선택지가 될 수 있다.
슈미트 박사는 이 장치를 개발한 이유에 대해 "현재 판매 중인 인공심장은 완전 이식이 불가능하고 크기나 에너지 소비량 모두 크다. 또한 전기도 피부를 통해 연결된 전선을 통해 공급돼 환자의 감염위험도 높다"고 설명했다.
박사에 따르면 소형이고 에너지 효율이 우수하고 무선으로 전기를 공급할 수 있는데다 감염위험을 줄일 수 있는 기기의 개발이 이전부터 요구돼 왔었다.
새로 개발된 VAD에서는 조끼에 장착하는 타입인 Transcutaneous Energy Transmission(TET) 시스템이 채택됐다. 그리고 전자유도를 통해 피부로 전기를 공급하는 형태다.
또한 이 VAD에는 심실 모양을 한 2개 펌프가 장착돼 있으며 1장의 가압 플레이트에 의해 상호 압축된다.
이 기술로 혈액의 방출과 충전을 동시에 할 수 있게 됐다. 때문에 구형 펌프에서 동시에 이식해야 했던 용량조절기도 필요없어졌다.
가압 플레이트가 특수하게 작동하기 때문에 지속구동식 모터로도 박동성 혈류를 만들어 낼 수 있기 때문에 2개의 펌프를 이용하는 방식인데도 불구하고 장치를 평탄하고 작게 만들 수 있다.
또한 어떤 컴포넌트도 환자의 생리적 조건에 맞춰 조절할 수 있어 다양한 크기의 VAD를 만들 수 있다.
펌프의 작업효율도 매우 높아 에너지 소비량은 적고 콤포넌트의 마모도 줄일 수 있다.
이 VAD는 장기적이고 연속 사용을 전제로 설계돼 있어 수개월 후에 교환해야 하는 구형 펌프의 문제점이 극복됐다.
새롭게 개발된 VAD에서는 교환까지 5년 이상 연장됐다고 한다. 또한 환자의 부하 상황에 자동적으로 맞추기 때문에 거의 완전히 독립하여 작동한다는 장점도 갖고 있다.
완전한 이식이 가능해 안정시 환자 에너지 소비량은 불과 5와트에 불과하다.
수술 후 환자가 익숙한 환경에 복귀할 때까지 걸리는 기간도 단축되고 치료 속도가 빨라져 의료비 절감에도 도움이 된다.
내구성 확보해 혈류 최적화
VAD 개발 시에는 환자에 제공되는 이득을 최우선 과제로 한다. 때문에 각 콤포넌트의 장기적 내구성은 물론 펌프내 혈류의 최적화도 고려됐다.
혈류에 이상이 발생하면 혈전이 형성되고 환자가 위험에 노출될 수 있기 때문이다.
새롭게 개발된 VAD는 현재 전임상시험 단계에 있다. 동물을 대상으로 한 최초의 장기사용시험에서는 이미 우수한 성적이 얻어졌지만, 실제 환자에도 널리 이용될 수 있을지는 향후 실시되는 임상시험의 결과에 달려있다.
슈미트 박사는 "순조롭게 진행된다면 약 2년 후에는 사람을 대상으로 한 최초의 임상시험이 실시되어 약 5년 후에는 판매될 것으로 기대한다"고 설명했다.