신체 친화적인 수술·치료에 최적인 귀금속의 응용과 가치

연구자·개발자

하세베 미츠미
도카이 대학 의학부 의학과 교수
도카이 대학 의학부 부속 하치오지 병원 의장
경응대학 이공학부 방문 교수

나카니시 치히로
다나까귀금속공업
의료기기 추진 실장

의학의 세계에서는, 신체에 상냥하고 부담이 적은, 상처가 작은(= 저침습 ·비침습적) 수술·치료가 트렌드가 되고 있다. 아무래도 필요한 경우는, 큰 절개를 하는 종래의 고전적 외과 수술이 필요하게 되는 경우도 있지만, 이러한 수술에 있어서는 노인이나 체력이 없는 사람에게는 수술을 적용할 수 없는 경우도 있다.
카테터 치료에서는 국소 마취로 피부를 1mm 정도 절개하는 것만으로 혈관 내에 가이드 와이어라고 불리는 가는 철사를 삽입하고, 이에 따라 치료 기구를 환부까지 전달함으로써 약을 주입하거나 치료 기구를 유치하거나 하는 것이 가능해진다. 치료 시간은 비교적 짧고 몸에 부담이 적습니다. 심근경색이나 하지 폐색성 동맥경화증으로 불리는 동맥경화에 의한 가늘어진 혈관을 넓히는 치료나, 뇌혈관에 생기는 주먹(동맥류)을 채우는 치료 등, 크게 암컷을 넣지 않고 수술하는 기술이 진화하고 있다. 이러한 치료에 사용되는 체내에 유치하는 귀금속은 우선 신체에 과민한 반응이 없고, 안전하고 신체에 친숙하기 쉬운 것이 중요하다. 또, 치료시에는 X선 투시의 화상을 보면서 환부까지 치료 기구를 진행시키기 때문에, 방사선 투시하에서 시인성이 좋은 것이 중요해진다.
이러한 장비 재료 그 자체나 밀리미터 단위로 정확한 위치를 파악하기 위한 마커로서 플래티넘이나 금, 이리듐 등의 '귀금속'이 최적이라고 한다.

귀금속이 의료 현장에서 사용되는 예가 늘고 있다. 수술은 가능한 한 인간의 몸을 손상시키지 않는 저침습 혹은 비침습의 방향으로 향하고 있다. 심근경색의 치료나 심장수술 등은 혈관 내에 카테터를 통과시켜 좁아진 혈관에 '스텐트'라 불리는 금속의 철망상의 치료기구를 유치한다. 동맥경화로 주먹처럼 부풀어 오른 동맥류 내에 코일이라 불리는 금속 충전물을 하여 동맥류 파열을 막는 등 사망에 직결되는 위기적인 상황을 회피하기 위한 신체 친화적인 치료 기술이 진행되고 있다.
도카이대학 의학부 의학과 전문진료학계 영상진단학 영역의 하세베 미즈센 교수는 “그렇게 오랫동안 체내에 머무르는 의료기재로는 플래티넘이나 금, 이리듐 등의 귀금속과 그 합금이 신체와 매우 친숙해집니다”라고 말한다.
귀금속은 산이나 알칼리 등에 침투되기 어렵고, 산화도 되기 어렵다. 이 때문에, 전자 부품이나 반도체의 접속 부분에 사용되는 경우가 많다. 사용된 전자기기의 인쇄 회로 기판은 「도시 광산」이라고 불릴 정도로 특히 금의 사용량은 많다. 인공심장처럼 인간의 체내에 금속을 남겨야 할 경우에는 귀금속을 사용하는 경우가 많다. 체내에는 위산과 같은 강한 산을 비롯해 음식을 처리하는 기능이나 혈관 내에는 산화제가 많이 포함되어 있어 일반적인 금속은 사용할 수 없기 때문이다.

X 선 동영상 (투시)을 보면서 카테터 수술

하세베 교수는, X선을 이용하는 화상 진단학의 전문가이며, 카테터 등을 이용하는 혈관내 치료, 이른바 카테터 치료의 전문의(IVR: Interventional Radiology: 화상하 치료의 전문가)이기도 하다. 혈관내 치료란, 혈관 내에 가는 튜브인 직경 1mm에도 못 미치는 가이드 와이어라고 불리는 철사를 사용하여 그에 따라 카테터라고 불리는 튜브를 삽입하고, 그 카테터를 통해 치료용 카테터나 치료 기구를 도입하는 치료법이다. 동맥경화로 콜레스테롤 등이 막혀 좁아진 혈관 등은 풍선 카테터라고 불리는 풍선이 있는 치료기구를 삽입하고 풍선(풍선)을 부풀려 혈관을 펼친다. 혹은 금속의 철망상의 치료 기구(=스텐트)를 펼쳐 유치한다. 과거에는 투약 치료 또는 수술로 관상 동맥을 우회하는 것이 주류였습니다. 종래의 수술이라면 몸을 손상시키기 때문에 노인이나 체력이 없는 환자에게는 적용할 수 없었다. 그래서 가능한 한 신체를 손상시키지 않는 치료법(저침습 치료)으로서 혈관내 치료가 널리 보급되고 있다.

특히 최근의 수술적 수술에서는 가능한 한 몸을 손상시키지 않는 저침습 치료법이 트렌드가 되어 환자에 대한 부담이 가벼워지고 있다. 도카이 대학 의학부 부속 병원, 부속 하치오지 병원에서도 혈관내 치료(국부 마취에 의한 수술) 등의 화상하 치료(IVR)에 의해 수술 시간이 단축되어 부담이 가벼워지고, 퇴원 일수도 짧아지고 있다.
혈관내 치료를 실시할 때는, 카테터의 위치를 확인하기 위해, X선 투시하에서 모니터 화면을 보면서 치료를 실시한다. 카테터나 풍선의 전후에는 작은 귀금속 기재가 장착되어 있어, X선으로 인체를 투시해도 귀금속 부분은 X선을 통과시키지 않기 때문에, 귀금속 기재 부분이 마커가 된다. 몇 밀리의 조작의 미친 치명적인 합병증이나 부작용이 될 수 있으며, 귀금속 마커의 역할은 매우 크다. 모든 고급 기능을 가진 카테터, 치료 기구에는 귀금속 마커가 사용되고 있는 것이 현재이며, 귀금속이 하는 역할은 절대이다. 마커를 보면서 풍선의 위치를 확인하거나 스텐트가 놓이는 위치를 밀리미터 단위로 체내에서 조정하여 좁아진 혈관을 확장시키는 것이다.

의학박사인 동시에 공학박사

하세베 교수의 강점은 의학 박사뿐만 아니라 재료 공학에서도 박사 학위를 가지고 있다는 것. 의사로서 스스로도 수술하기 때문에 의사가 아니면 모르는 재료상의 문제점을 파악할 수 있다. 모교인 게이오 기학 대학의 의학부에서 닥터(의학(박사))를 취득한 뒤, 게이오리 공학부에서도 학위(공학(박사))를 취해, 현재는 게이오리 공학부의 교수(방문)를 겸임하고 있다. 게다가 하버드 대학 의학부(Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School)에 유학, MIT(매사추세츠 공과대학)의 공학 연구자와도 의공 제휴를 해 온 경험이 있었다. 이때 향후 최신 의학은 공학(기술)을 활용하지 않으면 진전할 수 없다고 느꼈다고 한다. 그래서 귀국 후에는 의공연계를 요구하여 분주했다. 그 이후 스즈키 테츠야 교수(현 게이오 대학 첨단 과학기술연구센터(KLL) 소장)와 이미 15년 이상의 의공연계팀을 운영해 공학을 활용한 의공연계 분야에서 많은 실적을 남기고 있다. 이 의공연계팀을 출신 졸업생도 해외연구실과 국내 대학, 우주항공연구개발기구(JAXA), JR동해·동일본, 기타 일류기업, 또 최근에는 국내발 의료벤처 기업의 성공례에 관련된 사장·연구자 등 활약의 장을 펼치고 있다.
이 교수는 재료 개발 과정에서 의사·의료 현장의 요구를 정확하게 파악하고 있기 때문에, 실제로 환자에게 사용할 수 있는 의료 디바이스의 개발에까지 적절한 요구를 할 수 있다. 그러나, 체내 유치형의 고도 기능을 가지는 의료 디바이스의 대부분은 외국제이며, 만약 일본인에게 최적이 아니더라도 사양의 변경은 곧바로는 할 수 없다. 임상 요구에 맞는 디바이스를 조금이라도 빨리 상시하기 위해서는 국산 기술로 디바이스 개발이 필요하다. 게다가, 의료 디바이스의 수출입으로 말하면 6000억엔의 입초가 되어 있어, 이것을 밸런싱하기 위해서도 국산 기술이 베이스가 되는 디바이스를 만들고 싶었다. 세계적으로도 의료 디바이스는 향후 성장이 기대되고 있는 시장이라고 한다. 교수는 국산기술을 고집하고 있지만, 많은 사람의 생명에 공헌하기 위해서는 국내·국외기업에 관계없이 널리 세계로 넓혀야 한다는 생각을 갖고 있다.
다나까귀금속 소재 조달뿐만 아니라 디바이스를 만들기 위한 미세 가공 기술을 보유하고 있는 것이 연구 개발의 산학 연계로 이어졌다고 한다.

귀금속 곡물이 마커에

교수가 담당하는 혈관내 치료(IVR: 화상하 치료)는 화상을 보면서 혈관을 펼치거나 혹은 반대로 막는다. 동맥경화에 의해 심장의 혈관이 막혀 있으면 심근경색이나 협심증, 다리의 혈관이 막혀 있으면 걸을 수 없게 되거나, 통증이 나거나, 다리가 썩거나 하는 일을 일으킨다. 이 경우 혈관을 넓히기위한 혈관 내 치료가 수행됩니다. 반대로 동맥경화로 혈관에 넘치는(동맥류)가 생겼을 경우, 파열하면 죽음에 이르는 경우가 많기 때문에, 파열하지 않도록 동맥류나 동맥류에 흐르는 혈관에 막히고 막는 치료를 실시한다. 혈관을 방지하는 치료법의 응용예에서는, 예를 들면 간암의 치료에 있어서도 카테터 치료가 행해지고 있다. 간암은 동맥혈에 의해 영양되고 있기 때문에, 이 영양 혈관을 채워 버려, 암을 병량공격으로 하는 치료이다. 혈관 내에서 암 근처에 카테터를 들고 막힘을 넣고 항암제를 동시에 주입한다. 이 치료에 대해서도 일반적인 치료가 되고 있다고 한다. 또, 응급의료에서는 교통사고 등 골반골절에 의한 혈관 손상이나 장기의 손상으로 피가 멈추지 않을 때에는, 혈관 중에서 카테터를 통과해, 충전물에 의해 출혈을 멈춘다.
체내 유치 장치에 사용되는 재료로서, 금속 외에 폴리머 재료가 후보로서 들 수 있다. 일반적인 폴리머는 가수분해되기 때문에 체내에서의 장기 내구성에는 문제가 남아 있다. 생체내에서 녹는 폴리머에 대해서는, 의도적으로 이용하는 것으로 의료 재료로서 일반적인 것이 되어 왔지만, 생체내에서의 장기 유치를 목표로 하는 경우에 있어서는 역시, 신체에 친숙해져, 과잉의 반응을 일으키지 않는(생체 적합성이 좋다), 미세 가공이 가능한 것, 내구성이 뛰어나다, 등의 이유로부터 금속을 그 중에서도, 백금을 비롯한 「귀금속」의 생체 내에서의 안정성, 생체 적합성, 미세화 가공성, 방사선 투시하에서의 시인성에 대해 매우 높은 성능을 갖는다.

의학과 공학의 협력을 활발히

앞으로도 의료 요구에 맞는 의료기기 개발에 '고급 기술'을 이용해 나갈 것이다. 기술이 개선되면 더욱 뛰어난 제품이 만들어지고, 그것을 환자에게 사용함으로써 인간의 삶의 질(QOL)과 수명은 연장될 것이다. 의공 제휴, 산관학 제휴가 활발해지고 있지만, 앞으로도 이 움직임은 국책으로서 추진될 것이다. 게다가 의료 벤처가 실리콘 밸리나 유럽 등에서 개발 경쟁을 벌이고 있다. 지금까지는 대기업의 의료기기 메이커가 개발을 주도해 왔지만, 최근에는, 특정의 고도의 기술을 가진 의료 벤처가 의료 현장과 타이업해, 개발을 가속하는 움직임이 활발해지고 있다. 또 이 중 성과를 올린 의료 벤처가 대기업 의료기기 메이커의 투자를 받거나 인수되는 경우가 많아지고 있다. 일본에서도 유망한 의료 벤처가 나타나고 있다. 엔지니어와 의료의 요구가 타이업하는 방향은 앞으로 더욱 활발해질 것이다.

후발에서도 품질로 승부할 수 있다

다나까귀금속공업 공업은 의료용 체내 유치 디바이스로서 플래티넘 재료를 다루는 것은 오히려 후발이다. 그래도 자신있게 의료분야에 몰입하려고 한다. 동사 신사업 컴퍼니 기술개발 통괄부인 나카니시 치히로 씨는 “기본 소재의 품질과 기본적인 고도의 미세 가공 기술을 가지고 있기 때문에 후발에서도 이 시장에 몰입할 수 있다”고 자신한다.
원래 다나까귀금속 기술의 특징은 4나인으로 불리는 99.99%의 순도를 가진 백금을 생산하는 능력이 있다는 것이다. 백금의 원재료를 입수한 후, 자사의 공장에서 한층 더 정련해 잉곳을 생산, 순도를 확인한다. 또한, 이 순도가 높은 잉곳으로부터 동사의 상품으로 가공하기 위해, 잉곳을 압연 처리하여 세선을 만들어 간다. 최종적으로는 직경 30μm 혹은 20μm의 세선을 감은 형태의 제품으로 마무리한다. 여기서, 불순물의 덩어리가 있으면, 세선이 도중에 끊어져 버린다. 세선으로 가공할 수 있다는 것은 고순도의 뒤집기이기도 하다.
제품을 납입한 의료기기 메이커에서는, 직경이 1mm에도 못 미치는 작은 코일의 형태로 가공해 의사가 사용하기 쉬운 형상과 성능을 발휘한다. 의료기기 메이커는 이 코일을 사용한 디바이스의 최종형을 제작해 의료 현장에 전달하고 있다.
백금 합금은 엑스레이를 사용하여 카테터를 치료하는 의사에게 필수적인 재료입니다. 백금을 카테터 내에 몇 개 배치해 두면 X선을 통과하기 어려운 백금은 방사선 투시하에서는 시인성이 높고, 카테터의 위치를 밀리 단위로 명확하게 알 수 있다. 이것이 의사에게 있어서, 고도의 치료를 안전·안심 실시하기 위한 유일한 수단이라고도 할 수 있다. 카테터의 첨단이나 치료기구를 확실히 환부에 전달할 수 있기 때문이다. 또, 체내에 장기 유치해도 안정적이며, 독성도 적고 신체에의 친숙함이 매우 좋은 것도 특징이다.

다만, 순수한 재료인 세선이 기계적인 특성을 만족한다고 해서 의료 디바이스로서의 특성도 채우는 것은 아니다. 이 때문에, 의료 디바이스로서 의사가 만족할 수 있는 레벨이란, 사용하는 의사의 손의 감각으로 작업할 수 있는 것이어야 한다고 한다. 다나까귀금속은, 세선의 표면이 경면의 깨끗한 상태의 제품에 자신을 갖는다. 잉곳 표면에 줄무늬가 들어 있으면 세선화 할 때 그대로 줄무늬가 세선 표면에도 나타납니다. 자사 제품에서는 줄무늬는 보이지 않는다고 한다.
도카이대학의 하세베 미즈센 교수가 지금까지의 의료용 디바이스가 아니고, 보다 사용하기 쉬운 것으로 하고 싶다는 생각이 솟았을 때, 다나까귀금속은 우연히도 귀금속의 미세 가공 기술을 의료 분야에서 살릴 수 없을까 생각하고 있었다. 그런 때 교수와 다나까귀금속 임원이 고등학교·대학의 동급생이라는 인연도 있어 함께 뭔가 할 수 있다는 생각이 겹치기 시작했다. 게다가 대기업 의료기기 메이커에 재적 경험이 있어, 디바이스의 허가 신청·약사에 정통한 히라마츠 요시유키씨(드림 메디컬 파트너즈사 대표·도카이 대학 의학부 객원 강사)도 더해져, 재료 메이커와 임상의 현장을 가지는 대학 의학부라고 하는 산학 제휴가 태어난 것이다.
카테터 치료 장치의 개발은 미국과 유럽이 이끌고 있다. 카테터를 사용하는 저침습 치료는 이제 최첨단 치료 중 하나다. 「귀금속을 통해 사회에 공헌한다」(나카니시씨) 다나까귀금속에 있어서, 의료 분야에의 진출은 시대에 맞는 비즈니스라고도 할 수 있다.

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