Healing Innovation: MIT Engineers Create “Smart Sutures” That Can Deliver Drugs or Sense Inflammation 생체 유래 "스마트 봉합사"는 장 절제술이나 다른 유형의 수술 후 환자가 치유하는 데 도움이 될 수 있습니다.
수천 년 전에 개발된 봉합사에서 영감을 받아 MIT 엔지니어들은 조직을 제자리에 고정할 수 있을 뿐만 아니라 염증을 감지하고 약물을 방출할 수 있는 "스마트" 봉합사를 설계했습니다.
새로운 봉합사는 고대 로마인들이 처음 사용한 "장선" 봉합사와 유사하게 동물 조직에서 파생됩니다. 현대적인 트위스트에서 MIT 팀은 센서, 약물 또는 심지어 치료 분자를 방출하는 세포에 내장될 수 있는 하이드로겔로 봉합사를 코팅했습니다.
"우리가 가지고 있는 것은 염증에 대한 센서 또는 염증을 치료하기 위한 단일 클론 항체와 같은 약물을 위한 저장고가 될 수 있는 하이드로겔 코팅으로 변형되고 생체 유래인 봉합사입니다. 놀랍게도 코팅은 장기간 생존 가능한 세포를 보유할 수 있는 능력을 가지고 있습니다.
연구자들은 이 봉합사가 장의 일부를 제거하는 수술 후 크론병 환자의 치유를 도울 수 있을 것이라고 생각합니다. 봉합사는 신체의 다른 곳에서 상처나 외과적 절개를 치유하는 데 사용하도록 개조될 수도 있다고 연구원들은 말했습니다.
소, 양 또는 염소(고양이 제외)의 정제된 콜라겐 가닥으로 만든 Catgut 봉합사는 약 90일 이내에 자연적으로 용해되는 강력한 매듭을 형성합니다. 합성 흡수성 봉합사도 사용할 수 있지만 장선은 여전히 많은 유형의 수술에 사용됩니다.
Traverso와 그의 동료들은 단단하고 흡수될 수 있으며 감지 및 약물 전달과 같은 고급 기능을 가진 재료를 만들기 위해 이러한 유형의 조직 유래 봉합사를 구축할 수 있는지 확인하고 싶었습니다.
이러한 봉합은 과도한 흉터나 염증으로 인해 장의 일부를 제거해야 하는 크론병 환자에게 특히 유용할 수 있습니다. 이 절차는 장의 한 부분을 제거한 후 남겨진 두 끝을 다시 밀봉해야 합니다. 밀봉이 단단히 고정되지 않으면 누출이 발생하여 환자에게 위험할 수 있습니다.
이러한 위험을 줄이기 위해 MIT 팀은 조직을 제자리에 고정할 수 있을 뿐만 아니라 봉합된 장이 제대로 치유되지 않는다는 조기 경고 신호인 염증을 감지할 수 있는 봉합사를 설계하고자 했습니다.
연구원들은 숙주 조직에서 염증을 유발할 가능성을 줄이기 위해 세제를 사용하여 "탈세 포화"된 돼지 조직에서 새로운 봉합사를 만들었습니다. 이 과정은 콜라겐과 같은 구조 단백질뿐만 아니라 세포를 둘러싸고 있는 세포외 매트릭스에서 발견되는 다른 생체 분자를 포함하는 연구원들이 "De-gut"라고 부르는 무세포 물질을 남깁니다.
조직을 탈수하고 가닥으로 꼬은 후 연구원들은 인장 강도(파단되기 전에 견딜 수 있는 스트레칭의 척도)를 평가했으며 상업적으로 이용 가능한 장선 봉합사와 비교할 수 있음을 발견했습니다. 그들은 또한 De-gut 봉합사가 전통적인 catgut보다 주변 조직으로부터 면역 반응을 훨씬 적게 유도한다는 사실을 발견했습니다.
"탈세 포화 조직은 뛰어난 생체 기능으로 재생 의학에서 광범위하게 사용되었습니다."라고 Lee는 말합니다. "우리는 이제 탈세포화된 조직을 사용하여 감지 및 전달을 수행하기 위한 새로운 플랫폼을 제안하며, 이는 조직 유래 물질의 새로운 응용 분야를 열 것입니다."
다음으로 연구원들은 봉합사 재료에 기능을 추가하는 데 착수했습니다. 이를 위해 봉합사를 하이드로겔 층으로 코팅했습니다. 하이드로겔 내에서 염증, 다양한 약물 분자 또는 살아있는 세포를 감지할 수 있는 미세 입자와 같은 여러 유형의 화물을 내장할 수 있습니다.
센서 응용을 위해 연구원들은 MMP라고 불리는 염증 관련 효소가 조직에 존재할 때 방출되는 펩타이드로 코팅된 미세입자를 설계했습니다. 이러한 펩타이드는 간단한 소변 검사를 통해 감지할 수 있습니다.
연구원들은 또한 하이드로겔 코팅을 사용하여 덱사메타손이라는 스테로이드와 아달리무맙이라는 단일 클론 항체를 포함하여 염증성 장 질환을 치료하는 데 사용되는 약물을 운반할 수 있음을 보여주었습니다. 이러한 약물은 약물의 방출 속도를 제어하는 데 사용되는 PLGA 및 PLA와 같은 FDA 승인 폴리머로 만든 미세 입자에 의해 운반되었습니다. 이 접근 방식은 항생제나 화학 요법 약물과 같은 다른 종류의 약물을 전달하는 데에도 적용될 수 있다고 연구원들은 말합니다.
이러한 스마트 봉합사는 줄기 세포와 같은 치료 세포를 전달하는 데에도 사용될 수 있습니다. 그 가능성을 탐구하기 위해 연구자들은 봉합사에 형광 마커를 발현하도록 조작된 줄기 세포를 삽입했고, 쥐에 이식했을 때 세포가 적어도 7일 동안 생존할 수 있음을 발견했습니다. 세포는 또한 혈액 세포 성장을 자극하는 성장 인자인 혈관 내피 성장 인자(VEGF)를 생산할 수 있었습니다.
연구원들은 현재 이러한 가능한 각 응용 프로그램을 추가로 테스트하고 봉합사의 제조 공정을 확장하기 위해 노력하고 있습니다. 그들은 또한 위장관 이외의 신체 부위에서 봉합사를 사용할 가능성을 탐색하기를 희망합니다.
“MIT 팀이 개발한 탈세포화된 장 봉합사는 소분자, 생물학적 제제 및 살아있는 세포를 포함한 광범위한 치료법을 감지하고 전달하기 위한 흥미로운 플랫폼입니다. 이 팀은 이 플랫폼의 다재다능함을 강력하게 입증하는 훌륭한 일을 해냈습니다
Healing Innovation: MIT Engineers Create “Smart Sutures” That Can Deliver Drugs or Sense Inflammation
The bioderived “smart sutures” could help patients heal after bowel resection or other types of surgery. Inspired by sutures developed thousands of years ago, MIT engineers have designed “smart” sutures that can not only hold tissue in place, but a
scitechdaily.com
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