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원 저 Korean Circulation J 2003;33(7):614-619

토끼 장골동맥에 삽입한 EVA 코팅 금속

스텐트의 생체 유용성

전북대학교 의과대학 내과학교실,1 해부학교실,2 심혈관 연구소,3 공과대학 재료공학과4

남상우1·이병현

1·채제건

1,3·김은경

2·송창호

2

이동헌4·강길선

4·김원호

1,3·고재기

1,3

Bioavailability of EVA-Coated Metallic Stents Implanted in the

Rabbit Iliac Artery

Sang Woo Nam, MD1, Byung Hyun Rhee, MD1, Jei Keon Chae, MD1,3,

Eun Kyung Kim, MS2, Chang Ho Song, MD2, Dong Hun Lee, MS4,

Gil Son Khang, PhD4, Won Ho Kim, MD1,3 and Jae Ki Ko, MD1,3 1Department of Internal Medicine, 2Anatomy, 3Institutes of Cardiovascular Research, Chonbuk National University Medical School, and 4College of Engeneering, Jeonju, Korea ABSTRACT

Background and Objectives：Coronary artery stenting actually shows a high efficacy in the treatment of coronary heart disease, but has the major limitation of restenosis. The ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), a biocom-patible nondegradable copolymer, has been employed as a rate-controlling membrane in several drug delivery systems. Herein, the feasibility of an EVA-coated coronary stent was evaluated as a possible route for localized drug delivery. Materials and Methods：A total of 15 rabbits were employed in this study. An uncoated stent was implanted into the non-diseased iliac artery in six rabbits, and an EVA-coated stent into a further nine. On the 30th day following the stent implantations, stented segments of the iliac arteries were removed for histological processing and morphometric analysis. Results：The mean neointimal area of the uncoated and coated groups were 1.009 and 1.011 mm2 (p=0.56), respectively. No inflammatory cells were found in coated group. There were no apparent differences between the two groups. Conclusion：The results from this study have demonstrated that an EVA-coated coronary stent might be an appropriate method for the controlled-release of a drug. (Korean Circu-lation J 2003;33 (7):614-619) KEY WORDS：Polyvinyls；Stents；Restenosis.

서 론

1987년 Sigwart 등1)이 관상동맥 질환의 치료에 금

속 스텐트를 도입한 이래로 스텐트는 관상동맥 성형술

의 성공률을 월등하게 높였다. 그러나 관상동맥 스텐트

는 스텐트와 접촉하는 동맥벽에 상처를 주어 혈소판을

활성화하여 혈전형성의 유발인자로 작용하고, 여러 인자

들의 작용을 촉진하여 신생내막의 형성을 증진한다.2)

논문접수일：2003년 1월 10일 심사완료일：2003년 6월 22일 교신저자：채제건, 561-712 전주시 덕진구 금암 2동 전북대학교 의과대학 내과학교실 전화：(063) 250-1389, 1304·전송：(063) 250-1680·E-mail：jkchae@mail.chonbuk.ac.kr

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그래서 지속적인 항혈소판제제와 혈전형성 억제제의 전

신적 투여 없이는 급성 스텐트 폐쇄나 지연성 관상동맥

재협착을 피할 수 없다. 그런데 아스피린, clopidogrel

같은 항혈소판제제의 전신적 투여는 약물 자체의 출혈

성 경향으로 출혈성 질환의 존재시에는 사용할 수 없는

제한점을 가진다. 최근 이러한 단점을 극복하기 위하여

국소적 약물분비가 가능한 코팅 스텐트가 활발하게 연

구되어지고 있고,3) 그 중에서도 silorimus 코팅 스텐트

의 생체내 적용으로 재협착의 비율을 획기적으로 줄인

연구결과가 발표되어지고 있다.4) 약물을 금속 스텐트에

코팅하기 위해서는 매개체로서 공중합체를 필요로 하는

데, 이러한 공중합체는 생체 내에서 안정적이면서, 스텐

트를 팽창시켰을 때에도 균열이나 벗겨짐이 없이 항상

성을 유지해야 하며, 약물을 일정한 농도로 분비할 수

있는 속도 조절 기능을 가져야 한다. Ethylene-vinyl

acetate(EVA) 공중합체는 상온에서 유연성과 탄력성

이 우수하고 값이 싸며, 가공과 성형이 용이하여 여러

가지 약물 분비의 속도조절 막으로 사용되어져 왔다.5)

이에 저자들은 관상동맥 성형술에 EVA 공중합체 코팅

스텐트를 적용할 수 있는지를 알아보기 위해 먼저 생체

내에서 유용성을 평가 해보고자 한다.

재료 및 방법

재 료

스텐트의 코팅에 사용된 Ethylene vinyl acetate(EVA)

의 구조는 ethylene에 탄소와 vinyl acetate가 곁가지

로서 여러 형태로 결합을 하며, 어떤 형태로 몇 개의 탄

소기와 vinyl acetate 가지가 붙느냐에 따라서 EVA의

특성이 달라진다. EVA의 물리적, 화학적 성질은 천연

고무와 비슷하지만 내구성과 탄성은 더욱 뛰어나며, 또

한 EVA의 ethylene은 생체 내에서 분해가 되지 않지

만, vinyl acetate가 ethylene과의 결합을 일정한 속도

로 잃으면서 함유한 물질을 정해진 속도로 유리시킬 수

있는 특징을 갖고 있다. 저자들은 25%의 vinyl acetate

가 결합한 EVA를 사용하였고, 이의 녹는점은 60℃이

었다.6) EVA 코팅 스텐트는 60℃에서 액화된 EVA를

스텐트와 30 cm의 간격을 두고 10초간 분사하기를 3

회 반복하여 제조하였고, 코팅면은 전자현미경을 이용하

여 균일한 코팅을 확인한 후 사용하였다(Fig. 1).

실험 방법

총 15마리의 토끼가 실험에 사용되었다. 먼저 풍선

Fig. 1. Metallic stent and EVA copolymer coated stent. A：metallic stent. B：EVA copolymer coated stent were manu-factured by spraying method at 60℃ prior to ballon inflation. C：EVA copolymer coated stent After balloon inflation(×100). D：magnified image of the stent surface after the balloon inflation (×400)；notice how the EVA copolymeris in consistency on the surface of the stent without any chaps or peelings.

A

C

B

D

Korean Circulation J 2003;33(7):614-619 616

을 이용하여 토끼의 장골동맥에 과신전 상처를 주었다.

상처를 입힌 후에 이중 6 마리의 토끼의 장골동맥에 일

반 금속 스텐트를 삽입하였고, 9 마리의 토끼의 장골동

맥에는 EVA 코팅 스텐트를 삽입하였다. 스텐트 삽입

후 30일 째 되는 날에 토끼에게 Ketamine 50 mg/kg

과 zylazine 5 mg/kg을 근육 주사한 후 흉골절개술을

시행하여 심장을 노출시켰다. 노출된 심장의 심낭을 박

리한 뒤 좌심실내로 19 G의 바늘을 삽입하여 토끼의 심

장을 통하여 1,000 mL의 생리식염수를 주입하여 혈관

내 혈액을 씻어내고 4% paraformaldehyde 1,000 mL

를 관류시켜 생체내 고정하였다. 조직 표본을 얻기 위해

고정 후 즉시 스텐트 삽입부의 장골동맥 단편을 떼어내

었고, 인산 완충 생리식염수로 수세하고 4℃의 100%

아세톤으로 60분간 탈수하였다. 포매제로 Technovit®

8100(Heraeus Kulzer GmbH, Dormagen, Germany)

을 이용하였고, 4℃에서 3일간 경화 시킨 뒤, 혈관의 장

축을 따라 사등분하여 하나의 혈관에서 4개의 혈관 단

편을 얻었고, 혈관 단편의 장축에 수직으로 3 μm의 두

께로 자른 뒤 Hematoxylin과 eosin(H & E)염색하여

조직표본을 얻었다.

신생 내막의 측정 및 조직학적 관찰

혈관 손상의 정도와 신생내막의 두께, 혈관내경의 협

착정도는 정비례한다. 양군의 스텐트 설치로 인한 혈관

손상의 정도를 Schwartz 등7)이 보고했던 방법에 따라

평균 동맥 손상 점수(Mean arterial injury score)를 0점

(최소 손상)에서 3점(최대 손상)으로 정의하였는데, 이

는 각각의 조직표본에서 스텐트 조각 주위의 내막층, 중

막, 그리고 혈관외피세포의 찢어짐이 심한정도에 따라

점수를 매긴 것이다. 그리고, 신생혈관 내막 면적(내탄

력층으로 둘러싸인 면적에서 내강면적을 뺀 면적)과 중

막 면적(외탄력층으로 둘러싸인 면적에서 내탄력층으로

Table 1. Stent placement procedural characteristics inthe rabbit iliac artery

Uncoated stents(n=6)

Coated stents (n=9) p

Mean balloon diameter, mm 3.32±0.05 03.45±0.15 0.10

Balloon-to-vessel ratio 1.28±0.03 01.25±0.04 0.71

Mean inflation pressure, atm 13.2±1.48 11.83±3.06 0.23

Mean inflation time, sec 31.4±2.07 31.00±1.55 0.56

Fig. 2. Photomicrographs showing representative samples of neointimal hyperplasia 30 days after implantation ofuncoated (A) and EVA coated (B) stents in the rabbit iliac artery (hematoxylin and eosin stain, original magnification×40). (C) a magnified image of the periphery of stent strut in uncoated (A) (×100). (D) a magnified image in EVAcoated (B) stent：no inflammatory cells were found, exept some fibrin deposits.

A B

C D

617

둘러싸인 면적을 뺀 면적)은 전자현미경 면적측정계

(×25,000, Leica, Germany)로 Analysis 2.1(Soft-

Imaging Software GmbH, Germany) 프로그램을 사

용하여 측정하였고, 혈관의 크기에 따른 내막 면적의 편

견을 배제하기 위해서 내막/중막의 비를 구하였다.8) 각

혈관당 4개의 조직표본을 얻어서 평균치를 구하였다.

자료분석

모든 측정치는 평균±표준편차로 표시하였다. 통계적

검증방법으로 t-test를 이용하였으며, p<0.05인 경우 유

의 하다고 판단하였다. 사용된 통계 프로그램은 SPSS

10.0이다.

결 과

스텐트 삽입 시술의 특성

스텐트 삽입 전후의 토끼 장골동맥의 혈관 내경은 EVA

코팅군과 대조군 사이에 어떤 차이도 보이지 않았다

(Table 1).

평균 동맥 손상 점수(Mean arterial injury score)

스텐트 삽입 시술에 의한 혈관벽의 손상범위의 정도

는 EVA 코팅군의 평균 동맥 손상 점수가 1.65±0.29,

대조군에서는 1.57±0.27(p=0.32)로 의미 있는 차이

를 보이지 않았다.

조직학적 고찰

조직학적으로 보면 양군의 모든 스텐트 조각들은 완

전히 신생내막 세포에 의해 둘러 싸여 있다(Fig. 2A, B).

스텐트가 삽입된 혈관 조각에서는 관찰한 모든 표본에

서 본래 존재하던 평활근 섬유와는 달리 세포핵의 주행

방향이 불규칙한 신생 평활근 섬유의 증식을 보여주고

있다. 대조군과 비교하였을 때 EVA 코팅군의 스텐트

주위조직에도 급성 염증반응을 시사하는 중성호성 백혈

구, 염기호성 백혈구, 그리고 산호성 백혈구 등은 관찰

되지 않으며 다만 약간의 섬유소 침착과 무시할 만큼의

림프구만이 관찰된다(Fig. 2C, D).

신생 내막의 면적 비교

양 군에 있어서 내막/중막의 비는 대조군에서 0.70±

0.11, EVA 코팅군에서 0.73±0.16(p=0.50)으로 의

미 있는 차이를 보이지 않았다. 또한 증식된 신생내막의

평균 면적도 대조군은 1.009±0.31 mm2, EVA 코팅군

은 1.011±0.28 mm2(p=0.56)로 의미 있는 차이를

보이지 않았다(Fig. 3).

고 찰

관상동맥 스텐트는 관상동맥 중재시술의 단점인 조기

및 후기 재협착율을 현저히 감소시켰으나, 아급성 스텐

트내 혈전형성을 막기 위해서 강력한 항응고제를 지속

적으로 복용해야 하는 단점이 있고,9) 이로 인해 출혈성

경향이 높아지는 것은 피할 수 없는 부작용이다. 그리고

항응고제를 지속적으로 복용하여도 스텐트 시술 받은

환자 중 20%에서는 신생내막의 증식과 염증반응으로

인한 스텐트내 재협착이 발생한다.10) 그래서 항응고제

의 전신적인 부작용을 줄이면서, 스텐트 삽입부위의 염

증반응과 신생내막 증식을 줄이기 위해서 국소적인 약

물 분비를 위해 여러 가지 코팅 스텐트가 연구되기 시

작했고, 그 중 몇몇은 단기 추적 검사상 재협착이 없다

고 보고 되고 있다.11)

약물 코팅 스텐트를 제작할 때, 약물과 스텐트간의 결

합을 위한 매개체로서 주로 공중합체를 사용하는데, 공

중합체 중에는 생체에 적합한 것도 있으나 역으로 신생

내막 증식이나 재협착을 촉진하는 것도 많다. 1992년

Murphy 등12)에 따르면, 돼지의 관상동맥에 Polyethy-lene terephthalate(PET)코팅 스텐트를 삽입하고 4~

6주 후에 조직학적으로 검토하여 보니 스텐트 삽입부위

의 혈관은 심한 신생내막증식으로 내강이 완전히 폐쇄

된 결과를 얻었다. 또한 1995년 De Scheerder 등13)

의 보고에 따르면, 돼지의 관상동맥에 풍선을 이용하여

1

1.005

1.01

1.015

1.02

Uncoated Coated

Neo

intim

al a

rea (m

m2 )

Fig. 3. Histomorphometric results of neointimal area at 30days after implantation of coated and uncoated stentsin the rabbit iliac artery.

Korean Circulation J 2003;33(7):614-619 618

상처를 준 후에 일반 금속 스텐트, Polyurethane 혹은

Poly(organo)phosphazene을 코팅한 스텐트를 관상동

맥에 삽입하고 6주 후에 비교하였더니, Poly(organo)

phospazene을 이용한 군은 Polyurethane을 이용한 군

에 비해서 두 배 이상의 신생내막증식과 재협착을 일으

킨 반면에 일반 금속 스텐트와 Polyurethane 코팅 스

텐트는 재협착 비율이 비슷하였다. 즉 Polyurethane은

스텐트의 코팅에 적합한 물질임을 확인하였다. 공중합체

는 단지 약물을 운반하는 운반체 역할 뿐만 아니라 약

물을 일정한 농도로 분비할 수 있는 속도 조절 기능을

가져야 한다. 그리고 기본적으로 생체 내에서 염증이나

화학 반응을 일으키지 않으면서, 적절한 물리적 강도를

갖고, 스텐트를 팽창시켰을 때에도 균열이나 벗겨짐이

없이 항상성을 유지해야 한다.14)

Ethylene-vinyl acetate(EVA) 공중합체는 체내에서

흡수되지 않는 공중합체로, 그 구조는 Ethylene의 기본

틀에 vinyl acetate와 탄소가 여러 형태로 결합을 하고,

Ethylene은 생체 내에서 비흡수성 이면서, vinyl ace-tate가 함유한 물질과 함께 일정 속도로 유리되는 성질

이 있는데, 이러한 성질로 인해서 EVA 공중합체는 항암

제의 뇌실 내 분비나 항히스타민제 패치 등 몇 가지 약

물 분비 방법의 속도 조절 막으로 사용되어져 왔다.15)16)

저자들도 이점에 착안하여 EVA 공중합체를 관상동

맥 스텐트에 적용할 수 있는지 여부를 알아보기 위해 본

연구를 시행하였다. 먼저 스텐트를 동물에 삽입하기 전

단계로서 혈관에 상처를 주었고, 혈관 손상의 정도를 비

교하는 수단으로서 평균 동맥 손상 점수(Mean arterial

injury score)를 사용하였다. 이를 구하는 방법은 1992

년 Schwartz 등7)이 발표한 방법을 따랐으며, 이를 통

해 과신전 상처의 정도를 수치화 하여 비교하였고, 그

결과 EVA 코팅군과 대조군의 평균 동맥 손상 점수가

1.65 대 1.57로 무시할 만큼의 차이만을 보였다. 이 점

수를 통해 혈관 손상의 심함과 약함에 따른 신생내막의

증식정도의 차이로 인한 편견(Bias)을 배제할 수 있다.

다음으로 조직학적인 비교 결과 신생내막의 증식은 EVA

코팅 스텐트를 삽입한 군에서도 대조군과 비슷한 정도

의 증식만을 일으켰고, 코팅 스텐트 주변에 어떠한 염증

반응도 야기하지 않았다. 이러한 결과는 EVA 코팅 스

텐트가 관상동맥 스텐트 삽입술 후 재협착의 기전으로

알려진 혈소판의 유주로 인한 혈전형성을 조장하지 않

는다는 근거이고, 또한 여러 사이토카인의 분비를 유발

하지 않아서 혈관의 재구도에 의미 있는 영향을 주지

않는다는 증거가 될 것이다. 마지막으로 혈관의 내경을

비교할 때 중요한 내막/중막의 비를 구하였는데, 이것을

통해 본래 존재하던 혈관의 내막과 스텐트 삽입으로 인

해서 증식된 신생내막의 양을 각각의 혈관의 직경이나

부피와 상관없이 수치화 하여 비교할 수 있다. 내막/중

막의 비가 양군간에 의미 있는 차이를 보이지 않는 점

으로 볼 때, EVA 코팅 스텐트가 신생 내막의 형성을 조

장하지 않는 것을 증명하여 주는 강력한 증거라고 하겠

다. 상기의 결과로 미루어 볼 때 EVA 코팅 스텐트는

혈관내 삽입에 적합하며, EVA가 여러 가지 약물의 속

도조절 분비 기능을 가졌기에 EVA 코팅 스텐트와 재협

착을 억제할 수 있는 약물을 병합할 때 관상동맥 질환

의 치료에 일반 금속 스텐트 보다 높은 효율을 얻을 수

있을 것이라 여겨진다.

요 약

배경 및 목적：

최근에 관상 동맥 스텐트 삽입술의 단점인 재협착을

극복하기 위해 지속적인 국소적 약물 배출이 가능한 스

텐트가 한 방편으로 주목받게 되었다. Ethylene-vinyl

acetate copolymer(EVA)는 생체에 적합한 비흡수성

의 공중 합체로 저자들은 관상 동맥 스텐트의 국소 약

물 배출의 가능한 수단으로서 EVA 코팅 스텐트의 유용

성을 평가하고자 한다.

방 법：

총 15마리의 토끼가 실험에 사용되었다. 상처를 입힌

토끼의 장골동맥에 6마리는 일반 금속 스텐트를 삽입하

였고, 9마리에는 EVA 코팅 스텐트를 삽입하였다. 스텐

트 삽입 후 30일 째 되는 날에 스텐트 삽입부의 장골동

맥 단편을 얻어서, 조직학적 관찰과 증식된 신생내막의

면적을 측정하여 양 군을 비교하였다.

결 과：

EVA 코팅 스텐트 삽입한 군의 평균 신생내막 면적은

1.011 mm2 였고, 대조군의 평균 신생내막 면적은 1.009

mm2(p=0.56)로서 양군간에 통계학적으로 의미 있는

차이는 없었다. EVA 코팅군의 스텐트 주위 조직에도 급

성 염증반응을 시사하는 염증세포들은 관찰 되지 않았다.

619

결 론：

이번 연구결과로 미루어 보았을 때 EVA 코팅 스텐

트는 국소적인 약물 배출방법에 적합한 방법이다. 향후

연구로서는 약물을 EVA 코팅 스텐트에 결합하여 신생

내막의 형성을 억제할 수 있는지 평가 해 보려 한다.

중심 단어：공중합체 ; 스텐트 ; 재협착.

본 논문의 요지는 2002년도 추계 순환기학술대회에서 구연 발표되었음.

REFERENCES

1) Sigwart U, Puel J, Mirkovitch V, Joffre F, Kappenberger L. Intravascular stents to prevent occlusion and restenosis after transluminal angioplasty. N Engl J Med 1987;316:701-6.

2) Kornowski R, Hong MK, Tio FO, Bramwell O, Wu H, Leon MB. In-stent restenosis: contributions of inflammatory res-ponses and arterial injury to neointimal hyperplasia. J Am Coll Cardiol 1998;31:224-30.

3) Alt E, Haehnel I, Beilharz C, Prietzel K, Preter D, Stember-ger A, Fliedner T, Erhardt W, Schomig A. Inhibition of neo-intima formation after experimental coronary artery stenting: a new biodegradable stent coating releasing hirudin and the prostacyclin analogue iloprost. Circulation 2000;101:1453-8.

4) Sousa JE, Costa MA, Abizaid A, Abizaid AS, Feres F, Pinto IM, Seixas AC, Staico R, Mattos LA, Sousa AG, Falotico R, Jaeger J, Popma JJ, Serruys PW. Lack of neointimal prolife-ration after implantation of sirolimus-coated stents in human coronary arteries: a quantitative coronary angiography and three-dimensional intravascular ultrasound study. Circulation 2001;103:192-5.

5) Walsh WR, Kim HD, Jong YS, Valentini RF. Controlled release of platelet-derived growth factor using ethylene vinyl acetate copolymer (EVAc) coated on stainless-steel wires. Biomaterials 1995;16:1319-25.

6) Allen NS, Edge M, Rodriquez M, Cristopher M, Liauw CM, Fontan E. Aspects of the thermal oxidation, yellowing and

stabilisation of ethylene vinyl acetate copolymer. Polym Deg Stab 2000;71:1-14.

7) Schwartz RS, Huber KC, Murphy JG, Edwards WD, Camrud AR, Vlietstra RE, Holmes DR. Restenosis and the proportio-nal neointimal response to coronary artery injury: results in a porcine model. J Am Coll Cardiol 1992;19:267-74.

8) Chang KY, Seung KB, Kang DH, Ihm SH, Jung HO, Lim HY, Kim YS, Chae JS, Kim JH, Hong SJ, Choi KB. The inhibition of neointimal hyperplasia by combination of exter-nal radiation and paclitaxel in a rat carotid injury model. Korean Circ J 2000;30:758-66.

9) Savage MP, Fischman DL, Rake R, Leon MB, Schatz RA, Penn I, Nobuyoshi M, Moses J, Hirshfeld J, Heuser R, Baim D, Cleman M, Brinker J, Gedhardt S, Goldberg S. Efficacy of coronary stenting versus balloon angioplasty in small coro-nary arteries. J Am Coll Cardiol 1998;31:307-11.

10) Carter AJ. Drug-eluting stents for the prevention of resteno-sis: standing the test of time. Catheter Cardiovasc Interv 2002;57:69-71.

11) Morice MC, Serruys PW, Sousa JE, Fajadet J, Hayashi EB, Perin M, Colombo A, Schuler G, Barragan P, Guagliumi G, Molnar F, Falotico R. A randomized comparison of a siroli-mus-eluting stent with a standard stent for coronary revas-cularization. N Engl J Med 2002;346:1773-80.

12) Murphy JG, Schwartz RS, Edwards WD, Camrud AR, Vlie-tstra RE, Holmes DR Jr. Percutaneous polymeric stents in porcine coronary arteries: initial experience with polyethy-lene terephthalate stents. Circulation 1992;86:1596-604.

13) de Scheerder IK, Wilczek KL, Verbeken EV, Vandorpe J, Lan PN, Schacht E, de Geest HD, Piessens J. Biocompatibility of polymer-coated oversized metallic stents implanted in nor-mal porcine coronary arteries. Atherosclerosis 1995;114: 105-14.

14) Gunn J, Cumberland D. Stent coatings and local drug deli-very: state of the art. Eur Heart J 1999;20:1693-700.

15) Wahlberg LU, Almqvist PM, Glantz MJ, Boethius J. Polyme-ric controlled-release amsacrine chemotherapy in an experi-mental glioma model. Acta Neurochir 1996;138:1323-9.

16) Shin SC, Lee HJ. Controlled release of triprolidine using ethylene-vinyl acetate membrane and matrix systems. Eur J Pharm Biopharm 2002;54:201-6.