<조직 재생을 촉진하는 생분해성 심장 판막(노란색)과 3D 인쇄된 심장 모델, 이미지: 조지아공대 웹사이트>

매년 미국에서 500만 명 이상 이 심장판막 질환 진단을 받지만, 이 질환은 효과적인 장기 치료법이 없다고 합니다. 선천적 결함, 생활 방식 또는 노화로 인해 사람의 심장판막이 심하게 손상되면 혈류가 중단됩니다. 치료하지 않으면 치명적인 합병증이 발생할 수 있습니다.

판막 교체 및 수리는 심각한 판막 심장 질환을 관리하는 유일한 방법이지만, 두 가지 모두 비용이 많이 들고 파괴적이며 생명을 위협하는 반복적인 수술이 필요합니다. 대부분의 교체 판막은 동물 조직으로 만들어지며 교체해야 할 때까지 최대 10년 또는 15년까지 지속됩니다. 소아 환자의 경우 솔루션이 매우 제한적이며 신체가 성장하면서 여러 번의 재수술이 필요할 수 있습니다.

이제 Georgia Tech 연구원들은 생체흡수성 소재로 제작되고 개별 환자의 고유한 해부학적 구조에 맞게 설계된 3D 인쇄 심장 판막을 만들었습니다. 이식되면 판막은 신체에 흡수되고 장치가 한때 제공했던 기능을 수행할 새로운 조직으로 교체됩니다.

이 발명품은 조지아 공대와 에모리대 생체공학(BME)의 월리스 H. 콜터학과 교수인 락슈미 프라사드 다시 와 스콧 홀리스터 의 연구실에서 나왔습니다 .

BME의 Rozelle Vanda Wesley 교수인 Dasi는 "이 기술은 대부분의 기존 심장 판막과 매우 다르며, 우리는 이것이 패러다임의 전환을 나타낸다고 믿습니다."라고 말했습니다. "우리는 오래 지속되지 않고 지속 가능하지 않은 동물 조직 장치를 사용하는 것에서 벗어나 심장 판막이 환자 내부에서 재생될 수 있는 새로운 시대로 나아가고 있습니다."

Dasi는 심장 판막 기능과 역학 분야의 선도적 연구자이고 Hollister는 소아 의료 기기의 조직 공학 및 3D 인쇄 분야의 최고 전문가입니다. 그들은 팀을 모아 최초의 기술을 만들었습니다.

"소아과에서 가장 큰 과제 중 하나는 아이들이 자라면서 심장 판막이 시간이 지남에 따라 크기가 변한다는 것입니다." 소아과 기술 교수이자 Patsy and Alan Dorris Chair이며 Translational Research의 부의장인 Hollister는 "이 때문에 아이들은 성장하면서 판막을 수리하기 위해 여러 번 수술을 받아야 합니다. 이 새로운 기술을 사용하면 환자는 잠재적으로 새로운 판막 조직을 성장시킬 수 있으며 앞으로 여러 번 판막을 교체하는 것에 대해 걱정할 필요가 없습니다."라고 말했습니다. 

현재 3D로 인쇄된 심장 판막이 존재하고 생체 흡수성 소재가 임플란트에 사용된 적은 있지만, 두 가지 기술을 결합하여 흡수성, 형상 기억 소재를 사용한 하나의 장치가 탄생한 것은 이번이 처음입니다. Dasi 연구실의 연구 과학자이자 박사 과정 학생으로서 이 프로젝트에 처음 참여한 Sanchita Bhat는 "처음부터 이 프로젝트의 비전은 심장 판막 설계 및 제조에 있어 현상 유지였던 일률적인 접근 방식에서 벗어나 현재 장치보다 오래 지속되는 환자 맞춤형 임플란트를 만드는 것이었습니다." 라고 말하였습니다.

홀리스터와 그의 팀은 특수 3D 프린터를 사용하여 생체적합성 소재로 만든 장치를 만들었습니다.

초기 연구에는 적절한 소재를 찾고 다양한 프로토타입을 테스트하는 것이 포함되었습니다. 팀의 심장 판막은 폴리(글리세롤 도데칸디오에이트)라는 생체적합성 소재를 사용하여 3D로 인쇄되었습니다.

판막은 형상 기억 기능이 있어 개심술이 아닌 카테터를 통해 접어서 전달할 수 있습니다. 이식되고 체온에 도달하면 장치가 원래 모양으로 다시 접힙니다. 그런 다음 재료가 신체에 신호를 보내 장치를 대체할 새로운 조직을 만듭니다. 원래 장치는 몇 달 안에 완전히 흡수됩니다. 

Dasi 연구실의 박사과정 4학년 학생인 스루자나 조시는 심장 판막의 설계와 성능을 테스트하고 분석하는 데 중요한 역할을 했습니다.

"임플란트에 대한 아이디어가 생기면 제대로 작동하는 올바른 설계, 소재 및 제조 매개변수에 도달하기 위해 많은 미세 조정과 최적화가 필요합니다."라고 조시는 말했습니다. "이것은 반복적인 프로세스이며, 우리는 밸브가 제대로 작동하는지 확인하기 위해 시스템에서 이러한 측면을 테스트해 왔습니다.

Bhat과 Joshi는 현재 컴퓨터 모델과 벤치탑 연구를 통해 심장 판막의 물리적 내구성을 테스트하고 있습니다. Dasi의 연구실에는 실제 심장의 생리적 조건과 일치하고 개별 환자의 심장의 압력과 흐름 조건을 모방할 수 있는 심장 시뮬레이션 설정이 있습니다. 추가 기계는 짧은 시간에 수백만 번의 심장 주기를 거쳐 판막의 기계적 내구성을 테스트합니다.

Dasi와 Hollister에 따르면, 임플란트는 성인용만큼 소아 인구를 위해 개발되지 않습니다. 이는 소아 질병이 더 드물고 제조 비용이 높기 때문입니다. 연구자들은 생분해성 소재를 3D 인쇄 및 제조와 결합하는 것이 더 나은 소아 장치를 개발하는 데 핵심이 될 수 있다고 생각합니다.

Dasi는 "다른 치료법이 없는 소아 환자부터 이 기술을 활용할 수 있는 환자를 대상으로 시작할 수 있기를 바랍니다. 그러면 시간이 지나면서 모든 판막이 이런 방식으로 만들어지지 않을 이유가 없다는 것을 보여주고 싶습니다."라고 말했습니다. 

<참고: 조지아 공대 웹사이트>