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듀크 대학의 연구원들은 새로운 3D 합성 생체 적합 구조 내에서 움직이고 성장하는 젊은 신경 세포를 며칠 동안 저속 촬영한 비디오를 포착했습니다. 생물의학 엔지니어들은 물질에 포함된 자연적인 생화학적 신호에 세포가 어떻게 반응하는지 말 그대로 관찰함으로써 뇌졸중이나 기타 외상 후 뇌 조직을 복구하고 재생시킬 수 있는 바이오겔을 개발할 수 있기를 희망합니다.

결과는 6월 22일 Advanced Materials 저널에 온라인으로 게재됩니다.

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원시 신경 세포가 뇌졸중 및 기타 외상으로 인한 뇌 손상을 치료하도록 설계된 3D 비계를 가로질러 춤추고 성장하고 심지어 움직이는 모습을 지켜보세요. 다양한 영양소와 생화학적 신호로 비계를 장식하면 연구자들이 어떤 유형의 뇌 조직이 될지 제어할 수 있습니다. 출처: Duke University의 Katrina Wilson 및 Ken Kingery.

뇌 조직을 복구하고 다시 성장시키는 것은 어려운 작업입니다. 뇌는 뇌졸중과 같은 부상을 입은 후 손실된 시냅스, 혈관 또는 기타 구조를 자체 장치에 그대로 두면 재생되지 않습니다. 대신 죽은 뇌 조직이 흡수되어 건강한 뇌 조직으로 인식할 수 있는 어떤 것도 없는 구멍이 남게 됩니다.

그러나 그럼에도 불구하고 연구자들은 손상된 뇌를 재생하려는 노력을 멈추지 않았습니다. 생의학 엔지니어가 사용하는 일반적인 접근 방식 중 하나는 성장을 촉진하기 위한 다양한 영양소와 생물학적 지침이 포함된 다양한 뇌 조직 조각이 이동할 수 있는 새로운 매체를 제공하는 것입니다.

이 분야의 과학자들은 역사적으로 신경 재성장을 지원하기 위해 균질한 젤라틴 생체 물질을 개발해 왔지만, 듀크 대학의 생체의학 공학 교수인 Tatiana Segura는 다른 접근 방식을 개발했습니다. 모든 유형의 치유와 성장을 장려하기 위해 만들어진 그녀의 생체 재료는 안정된 비계를 형성하기 위해 함께 포장된 수백만 개의 작은 젤라틴 구체로 구성됩니다.

Segura는 "대부분의 다른 실험실에서는 일종의 거대한 Jell-O 덩어리와 같은 비다공성 하이드로겔을 사용하며 세포는 재성장할 물질을 쌓기 전에 이를 먹어치워야 합니다"라고 말했습니다. "우리의 것은 상자에 포장된 부드러운 오렌지와 비슷합니다. 상자에는 세포가 이동하고 성장할 수 있는 많은 주머니와 빈 공간이 있습니다."

미세다공성 어닐링 입자(MAP) 스캐폴드라고 불리는 오렌지 상자 접근법은 피부와 뼈와 같은 다양한 조직에서 유망한 것으로 입증되었습니다. 그리고 2018년에는 염증을 감소시키고 뇌졸중 병변으로의 신경전구세포(NPC) 이동을 촉진하는 것으로 나타났습니다.

이 관찰로 인해 Segura 연구실의 PhD 후보자인 Katrina Wilson은 이러한 전구 세포가 어떻게 분화하는지 추가로 안내하기 위해 MAP 지지체를 설계하게 되었습니다. 줄기세포만큼 미성숙하고 능숙하지는 않지만, 신경 전구세포는 여전히 뇌에서 발견되는 세포의 전부는 아니더라도 대부분의 유형이 될 수 있습니다. 어디로 가야 할지, 무엇이 될지 알려줄 수 있다면 뇌 치유 치료법을 개발하는 데 큰 도움이 될 것입니다.

인체에서 줄기세포와 전구세포는 주변에서 발견되는 다양한 구조와 단백질의 생물학적 신호에 반응합니다. 지시의 한 가지 원천은 세포외 기질이라고 불리는 신체의 생물학적 비계를 구성하는 라미닌 단백질에서 나옵니다.

새로운 논문에서 윌슨은 합성 MAP 비계 내에 펩타이드라고 불리는 이러한 단백질 부분의 다양한 조합을 삽입한 다음 무슨 일이 일어나는지 문자 그대로 관찰했습니다. 그녀는 전구 세포가 펩타이드가 칠해진 MAP 지지체에 어떻게 반응하는지 보여주는 저속 촬영 비디오를 며칠에 걸쳐 만들었습니다.

"우리는 시간이 지남에 따라 세포가 비계에 부착되어 실제로 물리적으로 움직이는 것을 보았습니다."라고 Segura는 말했습니다. “저희는 이곳을 아이들이 노는 정글짐으로만 생각했어요. 그러나 그것은 우리가 본 것이 아닙니다. 세포는 비계를 움직이기에 충분한 물리적 힘을 비계에 가합니다.”