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Oct 26, 2023

혈관을 모방한 플랫폼을 설계하는 새롭고 간단한 방법

2020년 6월 26일

2020년 6월 26일

싱가포르 기술 디자인 대학교

혈액 순환 시스템은 영양분의 대량 수송을 위한 중요한 기반 시설 역할을 하며 인체 기관의 가스 및 노폐물 교환을 촉진합니다. 이러한 혈관은 혈류의 유체역학적 압력뿐만 아니라 주변 조직에 의해 가해지는 수축 및 이완 리듬에 지속적으로 노출됩니다. 이러한 자극에 노출되면 혈관 내 혈전증 및 염증과 같은 불리한 상태를 유발할 수 있는 일련의 세포 반응이 촉발될 수 있습니다.

사건에 대한 이러한 세포 반응은 기계적 신호를 신체의 화학적 신호로 변환하는 과정인 기계변환(mechanotransduction)으로 알려져 있습니다. 연구자들은 혈관의 다양한 손상을 모방하는 질병 모델을 설계했지만 혈류의 전단 응력과 신장 응력을 동시에 통합하는 능력은 여전히 ​​복제하기 어려운 것으로 간주되었습니다.

게이오대학교(Keio U) Onoe 연구 그룹의 연구원들은 싱가포르 기술 디자인 대학(SUTD) Soft Fluidics Lab과 협력하여 관류와 스트레칭으로 인한 기계적 자극을 동시에 제공할 수 있는 세포외 기질(ECM) 기반 마이크로채널을 개발 및 제작했습니다. . 이 간단한 방법을 통해 연구원들은 희생 성형을 통해 인간 조직과 유사한 ECM에서 복잡한 마이크로채널 네트워크를 만들 수 있었습니다.

이 접근 방식에서 금형은 먼저 폭이 0.2mm만큼 낮은 분기점과 계단식 치수로 패턴화되었습니다. 상업적으로 어디서나 이용 가능한 융합 증착 모델링(FDM) 3D 프린터를 사용하여 폴리비닐 알코올(PVA)로 만든 희생 주형을 인쇄했습니다. 3D 형상으로 마이크로채널을 생성하기 위해 여러 단계의 조립 및 정렬이 필요한 복제 성형과 같은 잘 확립된 방법과 달리 희생 성형을 사용하면 다양한 매트릭스에서 마이크로채널을 신속하게 제작할 수 있습니다. 몰드를 ECM(젤라틴)에 완전히 삽입하고 트랜스글루타미나제로 경화시켰습니다. 혈관 및 주변 조직을 위한 플랫폼을 만들 때 밀봉, 정렬 또는 스태킹이 필요하지 않았습니다.

"PVA 몰드는 물에서 제거 가능하기 때문에 제작 과정은 전적으로 물만을 사용하여 완료되었습니다. 이는 제작된 마이크로 채널의 생체 적합성을 보장하는 데 중요합니다"라고 Jason Goh 박사는 말했습니다. SUTD의 학자.

SUTD의 하시모토 미치나오(Michinao Hashimoto) 조교수는 "융합 증착 모델링 3D 인쇄 금형의 희생 성형은 설계의 폭 넓은 자유를 제공하고 보다 생리학적으로 관련된 플랫폼의 제작을 가능하게 합니다."라고 덧붙였습니다.

인간 내피 세포는 마이크로채널 표면에서 쉽게 배양되어 혈관을 모방하는 튜브를 형성했습니다. 박동성 흐름과 같은 혈관의 특징적인 동작은 관류 및 신장 조건에서 성공적으로 달성되었습니다. 이 혈관 플랫폼은 보다 생리학적으로 관련된 방식으로 병리학적 상태를 조사하기 위해 현재의 혈관 체외 모델의 적용 범위를 넓히는 역할을 했습니다.

"우리는 인체에 ​​가해지는 유체 압력과 스트레칭을 견딜 수 있을 만큼 충분한 기계적 강도를 갖춘 혈관 대체재를 성공적으로 시연했습니다. 이 플랫폼은 혈관 질환의 메커니즘을 이해하는 데 유용할 것입니다."라고 수석 저자이자 시미즈 아즈사(Azusa Shimizu)는 말했습니다. 석사과정 학생이자 일본 게이오대학교의 오노에 히로아키 부교수입니다.

연구 작업은 마이크로 스케일 이하의 소형화와 기술 발전과 영향력 있는 응용 간의 인터페이스에 관련된 원본 작업을 다루는 최고의 저널인 Lab on a Chip의 내부 표지에 출판되어 눈에 띄게 소개되었습니다. 시미즈 아즈사(게이오 U)는 제이슨 고(SUTD), 이타이 슌(게이오 U)과 콜라보레이션을 진행했습니다. 이 프로젝트의 다른 수석 연구원으로는 도쿄 대학의 미우라 시게노리(Shigenori Miura) 박사가 있습니다.