의료용 임플란트 주변에 흉터 조직이 쌓이는 것을 방지하는 디자인

의료용 임플란트 주변에 흉터 조직이 쌓이는 것을 방지하는 디자인 날짜: 2022년 8월 7일 원천: 매사추세츠 공과 대학 요약: 연구원들은 면역억제제에 의존하지 않는 새로운 장치를 설계하여 당뇨병을 치료하기 위한 인공 췌장을 개발하려는 노력에 도움이 될 수 있습니다. 인슐린을 체내로 방출하는 이식형 장치는 인슐린 주사나 캐뉼라 삽입 없이 당뇨병을 치료할 수 있는 대안적인 방법이 될 가능성이 있습니다. 그러나 지금까지 사용을 방해한 한 가지 장애물은 이식 후 면역 체계가 인슐린 방출을 차단하는 두꺼운 반흔 조직 층을 형성하여 그들을 공격한다는 것입니다. 이물질 반응으로 알려진 이 현상은 다른 많은 유형의 이식형 의료 기기를 방해할 수도 있습니다. 그러나 MIT 엔지니어와 공동 작업자로 구성된 팀은 이제 이러한 대응을 극복할 방법을 고안했습니다. 쥐에 대한 연구에서 그들은 기계적 작동을 부드러운 로봇 장치에 통합했을 때 장치가 일반적인 약물 전달 임플란트보다 훨씬 더 오랫동안 기능을 유지했음을 보여주었습니다. 연구원들은 이 장치가 12시간마다 5분 동안 반복적으로 팽창 및 수축되며 이러한 기계적 변형이 장치 주변에 면역 세포가 축적되는 것을 방지한다는 것을 발견했습니다. Latham Family Career Development Associate인 Ellen Roche는 "우리는 인슐린과 같은 약물을 전달할 수 있는 이식된 저장소의 수명과 효능을 연장하기 위해 이러한 유형의 동작을 사용하고 있으며 이 플랫폼이 이 애플리케이션을 넘어 확장될 수 있다고 생각합니다"라고 말했습니다. 기계 공학 교수이자 MIT 의료 공학 및 과학 연구소의 회원입니다. 다른 가능한 응용들 중에서, 연구원들은 이제 그들이 당뇨병 치료를 돕기 위해 "생물인공 췌장"으로 작용할 수 있는 췌장 섬 세포를 전달하기 위해 장치를 사용할 수 있는지 확인할 계획입니다. Roche는 이 연구의 공동 선임 저자이며, 현재는 골웨이에 있는 아일랜드 국립 대학교의 교수로 재직 중인 그녀의 연구실에서 박사 후 연구원을 지낸 Eimear Dolan과 함께 했습니다. NUI Galway의 교수이기도 한 Garry Duffy는 Nature Communications 에 실린 이 작업의 핵심 공동 작업자입니다 . MIT 박사후 연구원인 William Whyte와 Debkalpa Goswami, 방문 학자인 Sophie Wang이 이 논문의 주 저자입니다. 면역 세포 조절 대부분의 제1형 당뇨병 환자와 일부 제2형 당뇨병 환자는 매일 인슐린을 주사해야 합니다. 일부 환자는 피부에 부착되어 피부 아래에 삽입된 튜브를 통해 인슐린을 전달하는 웨어러블 인슐린 펌프 또는 튜브 없이 인슐린을 전달할 수 있는 패치를 사용합니다. 수년 동안 과학자들은 피부 아래에 이식할 수 있는 인슐린 전달 장치를 연구해 왔습니다. 그러나 이러한 장치 주위에 형성되는 섬유질 캡슐은 몇 주 또는 몇 달 내에 장치 고장으로 이어질 수 있습니다. 연구자들은 면역억제제의 국소 전달을 포함하여 이러한 종류의 흉터 조직이 형성되는 것을 방지하기 위해 많은 접근법을 시도했습니다. MIT 팀은 약물이 필요하지 않은 다른 접근 방식을 취했습니다. 대신 임플란트에는 팽창 및 수축이 가능한 기계적으로 작동되는 부드러운 로봇 장치가 포함되어 있습니다. 2019년 연구에서 Roche와 그녀의 동료(제1저자로 Dolan 포함)는 이러한 종류의 진동이 주변 면역 세포가 이식된 장치에 반응하는 방식을 조절할 수 있음을 보여주었습니다. 새로운 연구에서 연구자들은 면역 조절 효과가 약물 전달을 개선하는 데 도움이 될 수 있는지 확인하기를 원했습니다. 그들은 조직을 둘러싸고 있는 세포외 기질과 유사한 탄성을 갖는 플라스틱인 폴리우레탄으로 만든 2개의 챔버가 있는 장치를 만들었습니다. 챔버 중 하나는 약물 저장소 역할을 하고 다른 챔버는 부드럽고 팽창 가능한 액추에이터 역할을 합니다. 연구원들은 외부 컨트롤러를 사용하여 액추에이터를 자극하여 특정 일정에 따라 팽창 및 수축할 수 있습니다. 이 연구를 위해 한 번에 5분씩 12시간마다 작동을 수행했습니다. 이 기계적 작동은 흉터 조직 형성으로 이어지는 과정을 시작하는 세포인 호중구라고 불리는 면역 세포를 몰아냅니다. 연구원들이 이 장치를 마우스에 이식했을 때, 그들은 장치 주변에 흉터 조직이 발달하는 데 훨씬 더 오랜 시간이 걸린다는 것을 발견했습니다. 흉터 조직은 결국 형성되었지만 그 구조는 비정상적이었습니다. 고정 장치 주위에 쌓인 얽힌 콜라겐 섬유 대신 작동 장치를 둘러싼 콜라겐 섬유가 더 높게 정렬되어 연구자들은 약물 분자가 조직을 통과하는 데 도움이 될 수 있다고 믿습니다. "단기적으로 우리는 조직에서 장치를 둘러싸고 있는 호중구가 더 적다는 것을 알 수 있으며 장기적으로는 콜라겐 구조에 차이가 있음을 알 수 있습니다. 주중 기간입니다."라고 Wang은 말합니다. 지속 약물 전달 이 장치의 잠재적인 유용성을 입증하기 위해 연구원들은 마우스에서 인슐린을 전달하는 데 사용될 수 있음을 보여주었습니다. 이 장치는 인슐린이 약물 저장소의 구멍을 통해 천천히 스며 나오거나 액추에이터에 의해 제어되는 큰 폭발로 방출될 수 있도록 설계되었습니다. 연구원들은 쥐의 혈당 수치의 후속 변화를 측정하여 인슐린 방출의 효과를 평가했습니다. 그들은 작동된 장치가 있는 마우스에서 효과적인 인슐린 전달이 연구의 8주 동안 유지된다는 것을 발견했습니다. 그러나 발동하지 않은 쥐의 경우 2주 만에 전달 효율이 떨어지기 시작했고, 8주가 지나면 인슐린이 섬유낭을 거의 통과하지 못했다. 저자는 또한 120mm x 80mm 크기의 사람 크기 버전을 만들어 사람의 복부에 성공적으로 이식할 수 있음을 보여주었습니다. "이것은 더 큰 규모의 인간 규모 장치에 잠재적으로 사용될 수 있는 최소 침습 수술 기술이 있음을 보여주는 개념 증명이었습니다."라고 Goswami는 말합니다. 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학교 의과대학의 제프리 밀먼과 협력하여 연구원들은 이제 포도당 수치를 감지하고 포도당이 있을 때 인슐린을 분비하는 줄기 세포 유래 췌장 세포를 전달하는 데 사용할 수 있도록 장치를 조정할 계획입니다. 너무 높은. 이러한 임플란트는 환자가 지속적으로 혈당 수치를 측정하고 인슐린을 주사할 필요를 제거할 수 있습니다. "그 아이디어는 세포가 저장소에 상주하고 인슐린 공장으로 작동한다는 것입니다."라고 Roche는 말합니다. "그들은 혈액 내 포도당 수준을 감지한 다음 필요한 것에 따라 인슐린을 방출할 것입니다." 연구원들이 이러한 종류의 장치에 대해 탐색한 다른 가능한 응용으로는 난소암을 치료하기 위한 면역 요법의 전달과 심장마비를 겪은 환자의 심부전을 예방하기 위해 심장에 약물을 전달하는 것이 포함됩니다. Roche는 "이 기술을 이물질 반응이나 섬유질 캡슐에 의해 방해받는 모든 것에 적용할 수 있고 장기적인 효과를 가질 수 있다고 상상할 수 있습니다."라고 말합니다. "모든 종류의 이식 가능한 약물 전달 장치가 도움이 될 수 있다고 생각합니다."