근육/신경 재생을 위한 주사형 조직보형물

[이매진]

근육/신경 재생을 위한 주사형 조직보형물

https://www.techexplorist.com/injectable-tissue-prosthesis-muscle-nerve-regeneration/76955/

Injectable tissue prosthesis for muscle/nerve regeneration

주사 가능한 조직 보형물을 이용한 즉각적인 폐쇄 루프 재활.

에 의해프라작타 바닉 박사

2023년 11월 2일 오후 4:09 IST

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최근 네이처(Nature)에 실린 기사에서 한국 기초과학연구원(IBS) 연구진은 의료 기술 분야에서 상당한 발전을 이루었습니다. 그들은 근육 부상을 치료하는 새로운 방법을 생각해냈습니다. 그들은 전기를 전도하는 특수 젤과 같은 “주사 가능한 조직 보철물”을 사용하고 이를 로봇 보조 재활 시스템과 결합합니다.

시나리오를 상상해 보십시오. 바다에서 수영하는 모습을 상상해 보세요. 거대한 상어가 허벅지에서 큰 고기 덩어리를 물고 있습니다. 이런 종류의 부상으로 인해 다리의 감각과 움직임이 완전히 상실될 수 있습니다. 제대로 치료하지 않으면 영구적인 장애로 이어질 수 있습니다. 그렇게 심각한 부상을 당한 후 어떻게 회복할 수 있습니까?

근육 부상을 재활하기 위한 전통적인 방법은 환자가 신경 및 근육 손상 후 움직임과 느낌을 회복하는 데 도움이 되는 더 나은 방법을 찾고 있었습니다. 그들은 경량 외골격과 웨어러블/이식형 장치를 결합한 시스템을 원했습니다. 그러나 기존 소재는 너무 단단해 마찰, 염증 등 의 문제가 발생해 회복 속도가 느려졌다.

이를 해결하기 위해 IBS 연구진은 주름 개선에 흔히 사용되는 히알루론산이라는 소재를 활용했다. 그들은 손상된 근육이나 신경이 남긴 틈을 일시적으로 메울 수 있는 "조직 보형물"용 주사 가능한 하이드로겔을 만들었습니다. 이 소재는 주입이 가능하며 침습적 수술이 필요한 기존 생체전자기기와 달리 접근하기 어려운 부위에 더 적합합니다.

신체 조직처럼 작용해 수술 없이 접근하기 어려운 부위에 빠르게 주입할 수 있는 독특한 하이드로겔이 탄생했다. 이 하이드로겔은 기계적 안정성이 뛰어나며 금나노입자를 함유하고 있어 전도성을 갖습니다. 이는 부상당한 부위에 전기 신호를 효과적으로 전송할 수 있음을 의미합니다. 가장 좋은 점은 생분해성이기 때문에 환자가 추가 수술을 할 필요가 없다는 것입니다.

연구자들은 근육 부상을 입은 설치류를 대상으로 이 하이드로겔을 테스트했습니다. 그들은 하이드로겔을 주입하고 전기 감지 및 자극을 위해 신축성 있는 장치를 사용했습니다. 근육 신호에 따라 안내되는 로봇의 도움으로 그들은 신경을 자극하지 않고 설치류의 보행 능력을 향상시켰습니다. 하이드로겔은 또한 장기적으로 근육 조직 재생을 향상시켰습니다.

그림 1. 근육 손상과 재생의 순차적 진행을 보여주는 이 세 가지 이미지는 근육 손실(왼쪽)에서 하이드로겔 강화(가운데)로의 전환과 궁극적으로 성공적인 근육 재생(오른쪽)을 포착합니다.

이 주사형 전도성 하이드로겔은 전기 신호를 기록하고 자극하는 데 탁월하며 다양한 응용 가능성을 가지고 있습니다. 생체 전자 장치에 접근하는 새로운 방법이며 재활 지원을 위한 연조직 보철물로 사용할 수 있습니다.

그림 2. 이 새로운 하이드로겔 시스템(IT-IC)은 외부 힘에 의해 겔이 파괴되는 것을 방지할 수 있습니다. 기존의 공유 가교형 하이드로겔(예: 메타크릴화 히알루론산, MeHA라고도 함)에서는 주입 과정에서 공유결합이 파괴되어 조각화가 발생하지만, IT-IC 하이드로겔은 비페닐 구조를 포함하는 다중 결합으로 응력 소산으로 인해 공유결합을 유지합니다. 좁은 부위에도 주입이 가능합니다.

신미경 교수는 이번 연구의 중요성을 강조하며 “우리는 신경근골격 재활이 필요한 심각한 근육 손상 치료에 완벽한 주사 가능하고 강하며 전기 전도성이 있는 연조직 보철물을 제작했습니다. 혁신적인 가교 기술을 사용하여 이 주사 가능한 하이드로겔을 만드는 것은 중요한 성과입니다. 우리는 근육과 말초 신경뿐만 아니라 뇌 와 심장과 같은 장기에도 사용할 수 있다고 믿습니다. “

손동희 교수는 “우리 연구에서는 견고한 주사형 하이드로겔과 유연한 자가복원 센서 를 포함하는 폐쇄 루프 보행 재활 시스템을 도입했습니다 . 이 혁신은 신경학적 및 근골격계 문제가 있는 개인의 재활 결과를 크게 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 나아가 인체 내 다양한 ​​장기를 정확하게 진단하고 치료하는 데에도 매우 중요할 수 있습니다.”

연구 그룹은 최소 침습으로 이식할 수 있는 신경 및 근육 조직 재생을 위한 새로운 재료를 만들기 위해 지속적인 조사에 적극적으로 참여하고 있습니다. 또한 그들은 광범위한 조직 손상의 회복을 촉진하여 수술 절차의 필요성을 없애기 위해 전도성 하이드로겔을 사용할 수 있는 가능성을 모색하고 있습니다.

그림 3. IT-IC 하이드로겔, 로봇, 런닝머신 및 자가 치유 신축성 커프/상피층 전극을 특징으로 하는 C-RAR 시스템의 단계별 작동을 보여주는 개략도입니다. 이 시스템은 정밀한 EMG 신호 모니터링과 제어된 전기 신경 자극을 통해 부상당한 쥐의 오른발을 효과적으로 들어올립니다.

이번 연구는 재활의학, 생체재료 기술, 생체전자소자 분야에서 괄목할 만한 도약을 의미한다. 폐쇄 루프 생체 전자 시스템과 주사 가능한 조직 보형물을 통합하면 신경학적 및 근골격계 문제가 있는 환자에게 엄청난 가능성이 있으며 재활 전망이 향상되고 다양한 장기 관련 의학적 상태에서 정확한 진단 및 치료 가능성이 제공됩니다. 하이드로겔의 생분해성 특성은 의료용 최첨단 연조직 보철물로서의 매력을 더욱 돋보이게 합니다.