이식 가능한 생체인공신장은 투석으로부터 환자를 해방시키는 것을 목표로 합니다.

이식 가능한 생체인공신장은 투석으로부터 환자를 해방시키는 것을 목표로 합니다.

타임 스탬프 : 12 년 2023 월 5 일 오전 00:XNUMX

신부전 치료용 프로토타입 생물반응기
신부전의 새로운 치료법 프로토타입 생물반응기가 대형 동물에서 성공적으로 테스트되었습니다. (제공: 신장 프로젝트)

신장이 더 이상 신체의 요구를 충족시킬 수 없는 말기 신장 질환은 신장 이식을 통해 치료하는 것이 가장 좋습니다. 그러나 기증 장기 공급은 제한되어 있어 많은 환자들이 대신 투석에 의존해야 합니다. 그리고 신장 이식은 우수한 결과를 제공하지만 환자는 평생 면역억제제를 복용해야 하며 이로 인해 건강상의 합병증이 발생합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구자들은 신부전을 치료할 수 있는 이식 가능한 생체인공신장을 개발하기를 희망하고 있습니다.

UC San Francisco(UCSF)의 연구원들은 이러한 장치를 만들기 위해 노력하고 있습니다. 그들의 최신 연구에서는 다음과 같이 보고되었습니다. 자연 통신, 그들은 이식형 생물반응기에 수용된 신장 세포가 돼지 내부에서 생존할 수 있고 몇 가지 중요한 신장 기능을 모방할 수 있음을 보여줍니다. 결정적으로, 이식된 장치는 면역 반응을 유발하지 않았습니다. 연구는 다음의 일부입니다. 신장 프로젝트, UCSF가 공동으로 이끄는 슈보 로이 및 윌리엄 피셀 밴더빌트 대학 의료 센터의.

이식 가능한 생체 인공 신장을 향한 첫 단계로 Roy, Fissel 및 동료들은 신장 세포에 산소와 영양분을 전달하는 동시에 거부반응을 일으킬 수 있는 수혜자 면역 세포로부터 신장 세포를 보호하는 등 세뇨관의 주요 기능을 복제하는 세포 함유 생물 반응기를 만들었습니다. . 이러한 면역 보호를 달성하기 위해 팀은 나노 크기의 슬릿 기공을 포함하는 실리콘 웨이퍼에서 얇은(1μm 미만) 실리콘 나노 기공 막(SNM)을 설계했습니다.

연구진은 SNM 양쪽의 아크릴 삽입물에서 배양된 인간 신장 상피 세포(HREC)를 사용하여 10nm 폭의 기공을 가진 SNM을 수용하는 프로토타입 생물반응기를 만들었습니다. SNM이 면역 보호 장벽을 제공하는지 테스트하려면 체외에서, 그들은 SNM의 한쪽을 전염증성 사이토카인 TNF-α에 노출시켰습니다.

노출 10시간 후, SNM에 의해 보호되는 구획의 TNF-α 수준은 무시할 수 있었으며, 이는 50nm 폭의 기공이 큰 사이토카인(따라서 T 세포 및 항체와 같은 더 큰 면역 체계 구성 요소)의 통과를 방지한다는 것을 입증합니다. . TNF-α에 직접 노출된 쪽의 세포는 생존율이 90% 미만인 반면, SNM으로 밀봉된 세포는 거의 XNUMX%에 가까운 높은 생존율을 유지했습니다.

또한 임플란트가 혈액과 접촉하는 표면에 형성되어 장치 고장 및 환자에게 심각한 합병증을 유발할 수 있는 혈전을 유발하지 않는 것도 중요합니다. 이를 방지하기 위해 연구진은 생물반응기를 통과하는 U자형 혈류 경로의 기하학적 구조를 최적화하기 위해 전산유체역학을 사용했습니다.

생물반응기 구성요소
생물반응기 구성요소 왼쪽: 혈류 채널은 실리콘 개스킷에 의해 세포 삽입물과 분리된 SNM과 직접 접촉합니다. 오른쪽: 각 섹션은 두 개의 실리콘 개스킷 사이에 SNM과 셀 삽입물로 구성됩니다. 완전한 생물반응기는 4.0개의 섹션으로 구성됩니다. (제공: CC BY XNUMX/Nat. 코뮌. 10.1038/s41467-023-39888-2)

그들은 이 설계를 사용하여 혈액 채널의 상단 및 하단 표면과 정렬된 폴리카보네이트 하우징에 XNUMX개의 SNM을 포함하는 이식형 생물반응기를 만들었습니다. 그들은 각 SNM의 반대편에 융합성 HREC가 뿌려진 아크릴 인서트를 배치하고 스테인레스 스틸 커넥터를 사용하여 SNM과 PTFE 혈관 이식편 사이의 혈액을 전환했습니다.

이러한 생물반응기 프로토타입의 생체적합성을 테스트하기 위해 팀은 이중 항혈소판 요법(면역억제 없음)을 받고 있는 건강한 돼지 XNUMX마리에 장치를 조립하고 외과적으로 이식했습니다. PTFE 이식편을 통해 동물의 혈관계에 연결된 생물반응기. 장치나 수술과 관련된 합병증은 발생하지 않았으며 XNUMX일 또는 XNUMX일 간의 실험(일반적으로 초급성 거부반응이 발생하는 시간) 동안 동물은 거부 징후 없이 건강한 상태를 유지했습니다.

연구자들은 이종 인간 세포를 포함하는 생물반응기를 이식하는 것이 돼지에서 면역 반응을 유발하는지 여부를 평가했습니다. 13개의 일반적인 염증성 바이오마커를 조사한 결과 수술 후 염증으로 인해 예상대로 이식 후 XNUMX일 동안 일부 사이토카인이 증가한 것으로 나타났습니다. 그러나 이식 후 XNUMX일이 지나면 모든 사이토카인 수치가 염증이 최소화된 상태로 감소했습니다. 이 발견은 면역능력이 있는 수혜자가 있는 전형적인 이종이식 모델에서 예상되는 활발한 반응과 대조됩니다.

90~XNUMX일 후, 연구자들은 평가를 위해 동물에서 생물반응기를 제거했습니다. 그들은 이식된 SNM이 손상되지 않았으며 최소한의 세포와 단백질 부착이 있었고 장치에 혈전이 형성되지 않았음을 발견했습니다. 이는 안전성을 입증하는 중요한 단계입니다. 또한, 캡슐화된 HREC 세포는 세포 분리 및 긴밀한 세포 간 접합 유지의 증거 없이 XNUMX% 이상 생존 가능한 상태로 유지되었습니다.

Roy는 언론 성명에서 “우리는 기능성 생물반응기에 면역억제제가 필요하지 않다는 것을 증명해야 했고 그렇게 했습니다.”라고 말했습니다. "우리는 합병증이 없었고 이제 반복하여 인간 규모의 전체 신장 기능 패널에 도달할 수 있습니다."

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