접착 코팅은 의료용 임플란트 주변의 흉터를 방지할 수 있습니다.

심장 박동기와 같은 의료 기기를 신체에 이식하면 일반적으로 면역 반응을 유발하여 이식 장치 주변에 흉터 조직이 쌓이게 됩니다. 섬유증으로 알려진 이러한 흉터는 장치의 기능을 방해할 수 있으며 장치를 제거해야 할 수도 있습니다.

이러한 종류의 장치 고장을 방지할 수 있는 진보적인 방법으로 MIT 엔지니어들은 장치에 하이드로겔 접착제를 코팅하여 섬유증을 제거하는 간단하고 일반적인 방법을 발견했습니다. 이 접착제는 장치를 조직에 결합시켜 면역체계가 장치를 공격하는 것을 방지합니다.

“많은 연구 그룹과 회사의 꿈은 장기적으로 신체가 볼 수 없는 무언가를 신체에 이식하고 장치가 치료 또는 진단 기능을 제공할 수 있는 것입니다. 이제 우리는 이러한 ‘투명 망토’를 갖게 되었습니다. 매우 일반적입니다. 약물이나 특수 폴리머가 필요하지 않습니다.”라고 MIT 기계공학과 토목 및 환경공학 교수 Xuanhe Zhao는 말합니다.

이번 연구에서 연구원들이 사용한 접착제는 하이드로겔이라고 불리는 가교 폴리머로 만들어졌으며 이전에 내부 상처를 봉합하는 데 도움이 되도록 개발한 수술용 테이프와 유사합니다. 연구원들은 다른 유형의 하이드로겔 접착제도 섬유증을 예방할 수 있으며 이 접근법이 심박 조율기뿐만 아니라 약물이나 치료 세포를 전달하는 센서나 장치에도 사용될 수 있다고 믿고 있습니다.

Zhao와 전 MIT 연구 과학자이자 현재 SanaHeal의 최고 기술 책임자인 현우 육 SM ’16, PhD ’21이 이번 연구의 수석 저자입니다. 자연. MIT 박사후 연구원 Jingjing Wu는 논문의 주요 저자입니다.

섬유증 예방

최근 몇 년 동안 Zhao의 연구실에서는 수술 절개나 내부 부상을 치료하는 데 사용할 수 있는 양면 및 단면 테이프를 포함하여 다양한 의료 응용 분야에 사용할 수 있는 접착제를 개발했습니다. 기저귀에 사용되는 흡수성 물질인 폴리아크릴산을 이용해 물티슈의 물을 빠르게 흡수하는 접착제입니다. 물이 깨끗해지면 폴리아크릴산에 내장된 NHS 에스테르라고 불리는 화학 그룹이 조직 표면의 단백질과 강한 결합을 형성합니다. 이 과정은 약 5초 정도 소요됩니다.

몇 년 전, Zhao와 Yuk은 이러한 종류의 접착제가 의료용 임플란트를 제자리에 유지하고 섬유증 발생을 예방하는 데 도움이 될 수 있는지 조사하기 시작했습니다.

이 아이디어를 테스트하기 위해 Wu는 폴리우레탄 장치를 접착제로 코팅하고 쥐의 복벽, 결장, 위, 폐 또는 심장에 이식했습니다. 몇 주 후, 그들은 장치를 제거했고 눈에 보이는 흉터 조직이 없음을 발견했습니다. 다른 동물 모델을 대상으로 한 추가 테스트에서도 동일한 결과가 나타났습니다. 접착제로 코팅된 장치를 이식한 곳에서는 최대 3개월 동안 섬유증이 발생하지 않았습니다.

Wu는 “이 연구는 실제로 하나의 동물 모델, 하나의 기관 또는 하나의 적용에 대한 것이 아니라 매우 일반적인 전략을 확인했습니다.”라고 말했습니다. “이러한 모든 동물 모델에서 우리는 관찰 가능한 섬유성 피막 없이 일관되고 재현 가능한 결과를 얻었습니다.”

연구진은 벌크 RNA 시퀀싱과 형광 이미징을 사용하여 동물의 면역 반응을 분석한 결과 접착 코팅이 된 장치를 처음 이식했을 때 호중구와 같은 면역 세포가 해당 부위에 침투하기 시작한다는 사실을 발견했습니다. 그러나 흉터 조직이 형성되기 전에 공격은 빠르게 진압되었습니다.

육씨는 “부착된 장치의 경우 이물질이기 때문에 급성 염증 반응이 나타난다”고 말했다. “그러나 그 염증 반응은 매우 빠르게 쇠퇴했고 그 시점부터 섬유증 형성이 발생하지 않았습니다.”

이 접착제의 응용 분야 중 하나는 심외막 박동 조율기(심장 박동수 조절을 돕기 위해 심장에 배치하는 장치)용 코팅일 수 있습니다. 심장과 접촉하는 와이어는 종종 섬유화되지만 MIT 팀은 접착 코팅된 와이어를 쥐에게 이식했을 때 흉터 조직이 형성되지 않고 최소 3개월 동안 기능을 유지한다는 사실을 발견했습니다.

기계적 단서

연구원들은 또한 자연 발생 다당류인 키토산을 포함하는 하이드로겔 접착제를 테스트했으며 동물 연구에서 이 접착제가 섬유증도 제거한다는 사실을 발견했습니다. 그러나 그들이 테스트한 두 개의 시판 조직 접착제는 이러한 항섬유화 효과를 나타내지 않았습니다. 왜냐하면 시판 접착제가 결국 조직에서 분리되어 면역체계가 공격할 수 있게 되었기 때문입니다.

또 다른 실험에서 연구원들은 하이드로겔 접착제로 임플란트를 코팅한 다음 전체 화학 구조를 동일하게 유지하면서 폴리머의 접착 특성을 제거하는 용액에 담갔습니다. 신체에 이식한 후 봉합사로 고정한 후 섬유성 흉터가 발생했습니다. 이는 접착제와 조직 사이의 기계적 상호작용에 면역 체계의 공격을 방지하는 무언가가 있음을 시사한다고 연구자들은 말합니다.

“면역학의 이전 연구는 화학과 생화학에 초점을 맞추었지만 역학과 물리학은 동등한 역할을 할 수 있으며 우리는 면역학적 반응에서 기계적, 물리적 단서에 주의를 기울여야 합니다”라고 Zhao는 말했습니다. 신호는 면역 체계에 영향을 미칩니다.

Yuk, Zhao 및 다른 사람들은 SanaHeal이라는 회사를 시작했으며 현재 의료용 조직 접착제를 추가로 개발하기 위해 노력하고 있습니다.

Yuk는 “팀으로서 우리는 이 문제를 커뮤니티에 보고하고 이것이 어디로 갈 수 있는지에 대한 추측과 상상력을 촉발하는 데 관심이 있습니다”라고 말했습니다. “사람들이 이식형 장치, 약물 저장소 또는 세포 저장소와 같은 신체 내 이물질 또는 인공 물질과 인터페이스하고 싶어하는 시나리오가 너무 많습니다.”

이 연구는 국립보건원(National Institutes of Health)과 국립과학재단(National Science Foundation)의 자금 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240522130429.htm