몇 분 안에 심장 판막이 만들어져 혈액 흐름을 조절합니다.

셀프레스

영상: 합성 심장 판막(Focused Rotary Jet Spinning을 이용해 제작)이 열리고 닫히는 모습을 보여주는 영상입니다.더보기

크레딧: Sarah Motta 및 Christophe Chantre

연구자들은 양에 이식된 후 즉시 기능을 발휘하는 심장 판막을 단 몇 분 만에 저렴하게 생산할 수 있는 방법을 개발했습니다. 과학자들은 그들의 방법을 "집중 회전식 제트 회전"이라고 부르며, "뒤에 헤어드라이어가 있는 솜사탕 기계"라고 설명합니다. 판막의 내구성을 테스트하기 위해서는 장기간의 생체 내 연구가 필요하지만 양의 경우 1시간 동안 혈류를 효과적으로 제어했습니다. 프로토타입은 6월 7일 Matter 저널에 게재됩니다.

"우리 방법의 두 가지 큰 장점은 속도와 공간 충실도입니다."라고 이번 연구의 첫 번째 저자 중 한 명인 하버드 대학의 생명공학자인 Michael Peters는 말했습니다. "우리는 심장 판막 세포가 내부에서 생활하고 성장하는 데 사용되는 세포외 기질을 모방하는 매우 작은 섬유(나노 규모)를 만들 수 있으며 현재 사용 가능한 기술과 달리 몇 분 만에 전체 판막을 회전시킬 수 있습니다. 몇 주 또는 몇 달 동안 만들 수 있어요."

폐 심장 판막은 심장 박동마다 열리고 닫히는 부분적으로 겹치는 세 개의 판막으로 구성됩니다. 그들은 심장을 통한 일방향 혈류를 조절하는 역할을 담당합니다. 매 박자마다 완전히 열려 혈액이 앞으로 흐를 수 있도록 하고, 완전히 닫혀 혈액이 뒤로 흐르는 것을 방지합니다.

밸브를 만들기 위해 연구진은 에어 제트를 사용하여 액체 폴리머를 밸브 모양의 프레임으로 유도하여 작은 섬유의 매끄러운 메쉬워크를 만듭니다. 판막은 일시적이고 재생 가능하도록 설계되었습니다. 판막은 세포가 침투하여 형성되고 결국 폴리머가 생분해됨에 따라 교체될 수 있는 다공성 발판을 제공합니다.

"세포는 나노미터 규모에서 작동하며 3D 프린팅은 그 수준까지 도달할 수 없습니다. 하지만 집중된 회전 제트 회전은 거기에 나노미터 규모의 공간 단서를 넣을 수 있으므로 세포가 그 비계 위로 기어올라갈 때 마치 합성 발판이 아닌 심장 판막에 있는 것입니다."라고 하버드 대학교의 수석 저자이자 생명공학자인 Kit Parker는 말합니다. "어떤 속임수가 관련되어 있어요."

연구팀은 심장 박동을 시뮬레이션하는 기계인 펄스 복사기를 사용하여 밸브의 강도, 탄력성, 반복적으로 열리고 닫히는 능력을 테스트했습니다.

"정상적인 심장 판막은 일생 동안 수십억 주기 동안 기능하므로 지속적으로 당겨지고 늘어나며 자극을 받습니다."라고 Peters는 말합니다. "이러한 기계적 자극에도 불구하고 매우 탄력적이고 모양을 유지해야 하며, 혈액이 뒤로 흐르려는 역압을 견딜 수 있을 만큼 강해야 합니다."

그들은 또한 생체 적합성을 테스트하고 세포가 지지대에 얼마나 잘 침투할 수 있는지 확인하기 위해 판막에서 심장 세포를 성장시켰습니다. "판막은 혈액과 직접 접촉하기 때문에 물질이 혈전증이나 혈관 폐쇄를 유발하지 않는지 확인해야 합니다."라고 이번 연구의 또 다른 제1저자이자 하버드 대학에서 근무하는 생물물리학자 사라 모타(Sarah Motta)는 말합니다. 취리히의.

마지막으로 연구자들은 여러 가지 이유로 좋은 동물 모델인 양에서 판막의 즉각적인 기능을 테스트했습니다. 양과 인간의 심장 내부의 물리적 힘은 유사하며 양의 심장은 양의 심장 판막으로 인해 "극한" 환경을 나타냅니다. 칼슘 대사가 가속화되어 심장 판막 수혜자의 일반적인 합병증인 칼슘 침전물 발생 위험이 증가합니다.

외과 의사들은 두 마리의 양에 판막을 이식하고 초음파를 사용하여 한 시간 동안 판막의 위치와 기능을 모니터링했습니다. 두 판막 모두 성공적으로 이식되어 즉시 기능했지만 양의 판막 중 하나는 몇 분 후에 제거되었습니다. 연구자들은 이것이 동물의 크기가 잘못되었기 때문에 발생한 것으로 생각합니다. 두 번째 양에서는 1시간 동안 판막의 기능이 양호했고, 사후 분석 결과 찢어짐이나 혈전 형성 등의 합병증은 없었고 이미 세포가 판막에 침투해 부착되기 시작한 것으로 나타났다.