새로운 연구에서는 몇 분 만에 심장 판막을 만드는 3D 프린팅 방법이 밝혀졌습니다.

사라 모타와 크리스토프 샹트레

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하버드 대학 연구진이 3D 프린팅을 사용해 10분 안에 생산할 수 있는 합성 심장 판막을 개발했습니다. 그들은 양을 대상으로 프로토타입을 테스트했는데, 한 시간 동안 혈류를 성공적으로 조절했습니다.

질병으로 인해 심장 판막이 손상되거나 제대로 기능하지 못하게 되면 체내 혈액의 흐름이 방해를 받습니다. 이는 뇌졸중, 부정맥, 심부전과 같은 문제로 이어질 수 있습니다.

따라서 의사들은 손상된 심장 판막을 합성 판막으로 교체합니다. 미국에서는 매년 10만 명이 넘는 사람들이 심장 판막 수술을 받습니다.

이러한 작업에는 비용이 많이 듭니다. 현재 합성 밸브를 생산하는 데 수개월이 걸립니다. 연구원들은 3D 프린팅된 밸브가 이러한 두 가지 과제를 모두 극복할 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 주장합니다.

또한, 스스로 리모델링할 수도 있습니다. 따라서 나이가 들수록 심장 크기가 변하기 때문에 반복적인 판막 수술을 받아야 하는 환자(특히 소아 판막 질환이 있는 어린이)에게 도움이 될 수 있습니다.

사라 모타, 마이클 피터스, 크리스토프 샹트레

제안된 합성 판막은 우리 몸 내부의 자연적인 심장 판막의 성장을 지원하는 세포외 기질처럼 행동하는 메쉬형 나노섬유 네트워크로 구성됩니다.

이러한 나노섬유의 제조는 3D로 조정 가능한 정렬을 통해 마이크로 또는 나노섬유 지지체를 신속하게 생성할 수 있는 적층 제조 기술인 집중 회전 제트 회전(FRJS)을 사용하여 달성됩니다.

연구진은 먼저 심장 판막 모양의 프레임을 만든 다음 에어 제트를 사용하여 액체 폴리머를 프레임에 밀어 넣었습니다. 이로 인해 완벽한 나노섬유 메쉬워크가 개발되었습니다. 결과적으로 만들어진 밸브에는 세포가 와서 성장할 수 있는 다공성 비계가 있습니다.

수석 연구 저자이자 하버드 생명공학 교수인 키트 파커(Kit Parker)는 "세포는 나노미터 규모에서 작동하며 3D 프린팅은 그 수준까지 도달할 수 없지만 집중된 회전 제트 회전은 나노미터 규모의 공간 단서를 넣을 수 있습니다"라고 덧붙였습니다. 그래서 세포가 그 비계로 기어올라갈 때 합성 비계가 아니라 심장 판막에 있는 것처럼 느껴집니다."

연구진은 생산하는 데 몇 주 또는 몇 달이 걸릴 수 있는 현재의 기존 기술과 달리 위에서 언급한 방법을 사용하면 완전한 합성 밸브를 10분 이내에 회전시킬 수 있다고 주장합니다.

더욱이, 그러한 판막은 심장 판막 질환으로 고통받고 삶의 여러 단계에서 반복적인 수술이 필요한 어린이들에게 도움이 될 수 있습니다.

"안타깝게도 현재의 심장 판막 대체품은 아이와 함께 성장하지 않습니다. 우리의 판막은 환자의 세포가 이식된 지지체를 부착하고 리모델링할 수 있도록 하는 생분해성 고분자 섬유를 사용하여 제조되며 결국 아이와 함께 성장하고 살아갈 수 있는 고유 판막을 구축합니다. 그들의 삶"이라고 연구원들은 지적합니다.

합성 심장 판막은 평생 내구성과 수십억 번의 심장 박동 주기를 견딜 수 있는 능력으로 잘 알려져 있습니다. 연구원들은 FRJS 기반 밸브가 기존 솔루션과 동등하게 작동할 수 있는지 테스트하기 위해 일련의 실험을 수행했습니다.

그들은 먼저 펄스 복사기(심장박동 시뮬레이터)를 사용하여 밸브를 테스트했습니다. 밸브는 실험 중에 여러 번 성공적으로 열리고 닫히고 변경되고 모양이 유지되었습니다.

다음으로 그들은 발판 재료가 세포 성장을 촉진하는 데 안전한지 확인하기 위해 판막에서 심장 세포를 배양했습니다. 또한 제1저자이자 취리히대 중개과학자인 사라 모타(Sarah Motta)는 “판막은 혈액과 직접 접촉하기 때문에 해당 물질이 혈전증이나 혈관 폐쇄를 유발하지 않는지 확인할 필요가 있다”고 말했다.

연구자들은 밸브의 탄력성, 강도 및 안전성을 테스트한 후 밸브 프로토타입이 포유류에서 작동하는지 확인하고 싶었습니다.

연구에 따르면 양의 심장은 인간의 심장과 유사하며 신체의 공격적인 칼슘 대사로 인해 판막이 지속적으로 압력을 받고 있으므로 저자는 양 모델을 사용하기로 결정했습니다.