혈관조직을 닮은 유체시스템: 인공혈관과 바이오의학

유체 시스템은 유체와 채널 벽 사이의 공간적으로 다른 반응을 통해 유체 구성을 조절할 수 있는데, 이는 기존 유체 시스템에서는 아직 실현되지 않은 것입니다. 이번 연구는 공과대학 기계공학과 Anderson Ho Cheung Shum 교수의 미세유체 및 연성물질팀 연구팀이 수행했습니다. 이 발견은 다음에 출판되었습니다. 네이처커뮤니케이션즈제목은 “공간적으로 기능화 가능한 막벽을 갖춘 혈관 네트워크에서 영감을 받은 유체 시스템(VasFluidics)”입니다.

연구 프로젝트의 첫 번째 저자인 Yafeng Yu는 “혈관 내 혈액 구성에 대한 탁월한 제어는 놀랍고 필수적이며 새로운 유체 시스템을 설계하는 방법에 대해 생각하도록 영감을 줍니다.”라고 말했습니다.

자연적인 유체 시스템인 혈관 네트워크가 연구에 영감을 주었습니다. Shum 교수 팀은 혈관 네트워크의 “안내”를 받아 기능화 가능한 막 벽을 갖춘 유체 시스템인 VasFluidics를 개발했습니다. 혈관벽과 유사하게 VasFluidic 채널의 벽은 얇고 부드러우며 물리적 또는 화학적 수단을 통해 액체 구성을 변경할 수 있습니다.

이 연구는 유체 처리에서 VasFluidics의 힘을 보여줍니다. 분리된 채널 영역이 용액으로 침전되거나 효소로 코팅된 후 VasFluidic 채널의 일부 영역은 물리적으로 특정 분자가 채널 벽을 통과하도록 허용하는 반면 일부는 화학적으로 액체 구성을 변경합니다. 결과는 인체의 포도당 흡착 및 대사 과정을 연상시킵니다.

“VasFluidics는 기존 유체 시스템과 상당히 다릅니다. 기존 장치의 채널 벽은 일반적으로 불침투성이며 유체 변조를 위해 채널 내부 또는 외부의 유체와 ‘소통’하기 위해 실제 조직처럼 작동할 수 없습니다.” Yu Yafeng이 설명했습니다.

보고된 기술은 3D 프린팅과 부드러운 소재의 자가 조립을 결합합니다. 연구 그룹은 액체-액체 경계면에 부드러운 막을 조립하여 다른 비혼화성 액체 내에 하나의 액체를 인쇄합니다. 미세유체 관련 연구 외에도 Shum 교수 그룹은 액체 계면에서의 연질 재료 조립에도 중점을 두고 있습니다. 이전 연구에서 연질 재료에 대한 이론적이고 실험적인 기초를 바탕으로 VasFluidic 장치를 제작할 수 있는 길을 열었습니다.

“VasFluidics는 특히 미세소관 구조 및 바이오잉크 설계에 유망한 응용 분야를 보유하고 있습니다. 따라서 세포 공학과 결합하여 인공 혈관 모델을 개발할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있으며, 이는 장기 온 칩(organ-on-chip) 및 생체 의학 응용 분야에 사용될 것으로 예상됩니다. “오가노이드”라고 이 연구에 기여한 Yi Pan 박사는 이전에 Shum 교수 그룹의 박사 과정 학생이었고 현재 Southwest Jiaotong University의 의과대학 부교수입니다.

이 연구의 또 다른 기여자이자 Shum 교수 그룹의 연구 조교수인 Wei Guo 박사는 다음과 같이 덧붙였습니다. “이 연구의 과학적 장점과 잠재적인 생의학적 응용 외에도, 이 연구는 우리의 상상력을 자극합니다. 인체의 혈관 조직, 혈관 조직을 재구성하는 VasFluidics와 같은 합성 시스템의 잠재력을 입증함으로써 이 연구는 자연의 가장 정확하고 효율적인 놀라운 기능을 모방하고 활용하려는 우리의 노력에 상당한 발전을 나타냅니다. 시스템.”

Shum 교수팀은 정밀한 (생체)액체 제어와 효율적인 (생체)액체 샘플 분석의 한계를 뛰어넘기 위해 최첨단 미세유체 기술에 집중해 왔습니다. 미세유체를 이용한 생의학 응용 분야의 발전에도 불구하고 연구팀은 전통적인 설정에 안주하는 것을 거부했습니다. 보다 효율적인 생체유체 처리 및 분석을 위한 미세유체학의 잠재력을 탐구하고 실현함으로써 팀은 유체 장치를 설계하고 제작하는 데 새로운 패러다임이 필요하다는 것을 깨달았습니다.

“우리의 장기 목표는 미세유체공학을 활용하여 인체 체액에 대한 초고감도 분석을 개발하고, 질병에 대한 정밀 의학을 지원하며, 인류 건강에 도움을 주는 것입니다.” 엄 교수는 말했다.

Shum 교수는 VasFluidics 시스템이 복잡한 유체 조작을 통해 생체 모방 플랫폼을 개척할 것이라고 예측합니다. “잠재적인 생물 의학 응용 분야는 무한합니다. 예를 들어 생물학적 유체 역학의 체외 모델링, 생체 분자 합성, 약물 스크리닝 및 장기 칩의 질병 모델링이 있습니다.” 그는 말했다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240509110748.htm