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May 29, 2024

심장 근섬유의 계층 구조를 모방한 전기 전도성 지지체

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2863(2023) 이 기사 인용 1537 액세스 1 인용 2 Altmetric Metrics 세부 정보 고유한 방향을 모방한 전기 전도성 지지대

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2863(2023) 이 기사 인용

1537 액세스

1 인용

2 알트메트릭

측정항목 세부정보

심근 근육 섬유의 독특한 방향 정렬을 모방한 전기 전도성 지지체는 3D 프린팅 마이크로 광조형 기술을 사용하여 제작되었습니다. 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(감광성 고분자), Irgacure 819(광개시제), 커큐민(염료), 폴리아닐린(도전성 고분자)을 혼합하여 자유 라디칼 광중합 반응을 통해 가교되는 전도성 잉크를 만듭니다. 커큐민은 액체 필터 역할을 하며 빛이 감광성 용액 깊숙히 침투하는 것을 방지하고 3D 프린팅 공정에서 중심 역할을 합니다. 얻은 스캐폴드는 평균 기공 크기가 300 ± 15 μm이고 전도도가 ~ 10-6 S/m인 반도체 특성을 갖는 잘 정의된 형태를 보여줍니다. 순환 전압전류법 분석은 전기 활성을 감지하고 전자 이동이 어떻게 폴리머와 전해질 용액 사이의 이온 확산을 포함하는지 강조합니다. 스캐폴드는 37°C의 PBS에 담근 후 30분 후에 최대 팽창 정도에 도달하고 4주 후에는 폴리에틸렌 글리콜 네트워크의 전형적인 느린 가수분해 분해 속도를 보여줍니다. 전도성 지지체는 조정 가능한 전도도를 표시하고 배양된 마우스 심장 전구 세포에 최적의 환경을 제공합니다.

생물학적 조직은 일반적으로 조직에 내장된 세포 유형, 조직에 기여하는 다양한 분자의 발현, 분화의 다양한 단계에서 분비되는 인자 계열로 분류됩니다. 그러나 세포 간 의사소통과 기능에 중요한 미약한 전류도 흐르고 있습니다1. 심근과 신경에서 이러한 기본 전류는 인접한 세포를 통해 신체의 가장 말초 영역으로 이동하는 신호와 기계적 힘을 생성할 수 있는 자체 생성 순환 전기파에 의해 중첩됩니다. 이러한 맥락에서, 심근 조직의 기능은 넓은 3차원 세포외 기질(ECM) 네트워크가 심근세포의 방향을 지정하고 전기적 연결을 보장하도록 기계적으로 연결하는 심장 조직의 독특한 기계적 특성과 이방성 구조에 의해 조절됩니다. 심실 수축 중에 탄력 있는 지지력을 제공합니다. 심근 섬유 방향은 심실 벽 전체에 걸쳐 경벽적으로 다양합니다. 이 섬유는 심내막하 영역에서 오른쪽 나선 방향으로 흐르고, 중간벽을 통해 원주 방향으로 통과하고 심외막하 영역에서 왼쪽 나선 방향으로 바뀌어 심장 펌핑에 크게 기여합니다2,3. 무엇보다도 외상성 사건과 퇴행성 질환은 열악한 심장 선천적 재생 능력으로 인해 이 훌륭한 생체 구조에 복구할 수 없는 손상을 초래하는 경우가 많습니다4. 손상된 부위는 콜라겐이 풍부한 흉터 조직으로 대체되어 심실 구조를 휘게 하고 전기 신호의 규칙적인 흐름을 방해하여 장기적으로 부정맥과 심부전을 유발합니다5.

지난 수십 년 동안 생물학, 공학, 재료 과학 및 고급 마이크로/나노 제조 기술의 발전으로 건강한 심근의 줄무늬를 제작하고 이식함으로써 손상된 심실 영역을 복구할 수 있는 가능성이 제시되었습니다. 이를 위해 심근 조직의 생체 구조와 기능의 복잡성을 일치시키기 위해 다학문적 접근 방식(조직 공학)이 사용되었습니다. 일반적인 조직 공학 실험에서 줄기 세포는 조직의 ECM을 막연하게 모방하는 생체적합성 고분자 지지체에 주입됩니다. 스캐폴드는 일반적으로 천연 또는 합성 생체 재료 또는 두 가지의 조합(스캐폴드)으로 구성되며 이 접근법을 사용하여 여러 인공 심장 유사 조직이 생체 내에서 조작되고 이식되었습니다. 그러나 전 세계적으로 엄청난 노력에도 불구하고 그 결과는 아직 임상적 사용을 구상하기에 충분하지 않습니다12,13. 이 실패의 원인은 무엇보다도 조직 생체 구조를 부적절하게 모방하는 지지체에서 대부분 찾을 수 있습니다. 처음에 스캐폴드는 단지 배양된 세포가 성장하고 증식하기 위한 기계적 지지대 역할을 하도록 의도되었습니다. 나중에 세포가 자신의 ECM을 분비할 때까지 기다리는 동안 지지체의 특정 물리적, 화학적, 기계적 및 생물학적 특성을 통해 세포 분화가 향상될 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.