나노기술 급속동결 조직으로 장기생존을 가능하게

 

 

NIBIB에 의해 부분적으로 자금을 지원 받고 UMN 연구원이 주도한 연구팀은 조직 및 기관의 장기저장 및 생존 가능성을 가능케하는 냉동 조직 해동을 위한 새로운 방법을 개발했습니다.  이식을 위해, 나노워밍(nanowarming)이라 불리는 이 방법은 이식에 앞서 빠른 해동 과정에서 조직 손상을 방지합니다.

 

2017년 3월 1일자 Science Translational Medicine 지에 발표된 이 연구는 균일하게 분산되고 자화된 산화철 나노 입자가 함유된 용액을 전자파로 가열하여보다 큰 양의 용액과 조직을 신속하고 비파괴적으로 해동시킬 수 있음을 보여주었습니다 이전에 다시 데워 졌던 것보다. 추가적인 개발로 연구원은 이 방법이 혁명을 일으키고 장기이식 장기저장 능력을 획기적으로 향상시킬 수 있기를 희망한다고 합니다.

 

보존 후 나노 장갑 조직을 사용할 수 있으려면 철산화물을 먼저 시료에서 씻어 내야합니다. 조직 생존 능력을 보장하는 핵심 요소는 나노 입자의 제거를 확인하는 새로운 이미징 기법을 필요로 했습니다. 연구팀은 UMD의 자기공명 연구센터의 NIBIB가 자금을 지원하는 생물의학 이미징 전문가를 참여시켜 재가온 과정 후 샘플을 연구하기 위해 비 침습적 이미징 기술인 SWIFT를 채택했다. SWIFT는 MRI를 기반으로 합니다.

 

종래의 자기공명영상(MRI)에서, 자화된 나노 입자는 단지 한순간의 불균일한 신호만을 생성한다. 그러나 SWIFT 기술을 사용하면 나노입자가 밝은 반점을 생성합니다. SWIFT 방식은 순간적 신호를 보존하기 위해 전자기 펄스의 전송과 거의 동시에 이미지 데이터를 기록합니다. 신호의 밝기에 따라 나노 입자의 농도를 정량할 수 있습니다.  나노입자를 씻어 낸 후에도 조직에 남아 있는지 확인하고 농도가 특정 임계값 미만이면 조직을 안전하게 사용할 수 있습니다.

 

 

이 기술의 근본적인 목표는 장기 이식을 통해 생명을 구하는 것입니다. 미국에서는 10만 명이 넘는 환자가 장기이식 수술을 기다리고 있으며, 장기 이식이나 장기 이식이 도움이 될 수 있습니다. 기증자와 수혜자가 일치해야하고 짧은 보존시간은 최적의 스크리닝과 일부 이식을 제한합니다. 장기 보존 방법은 장기 이식과 같은 장기이식 위험을 감소시키는 기증된 기관에 대한 최적의 일치를 이식 임상가가 찾도록 도울수 있는 스크리닝을 가능하게합니다.

 

냉동조직 또는 저온 보존은 현재 작은 생체 시료의 장기 보관에만 사용할 수 있습니다. 유리화 (vitrification)라고 하는 방법은 시료를 -160도에서 -196도 사이의 온도로 냉각시켜 얼음이 없는 유리같은 상태로 보존합니다. 그러나 시료가 클수록 재가열 될 때 결정화 및 파괴되는 경향이 있습니다. 이 문제를 피하고 심장 혈관 및 신장, 간 또는 폐와 같은 장기이식 가능한 부분을 포함할 수 있는 더 큰 샘플을 잠재적으로 저장하기 위해 연구원은 보존 용액에 산화철을 첨가했습니다. 또한, 나노 입자는 용액 내에서 균일하게 분산시키는 효과를 갖는 실리카 코팅을 받았습니다.

 

조직을 손상시키지 않으면 서 샘플을 재가열시키기 위해 연구원들은 샘플 내부와 주변에 교류 자기장을 생성하는 구리 코일로 구성된 MRI 장비를 사용했습니다. 장치에서 생성된 전자기파는 조직 및 세포에 미치는 영향이 제한적이었지만 시료 전체에 분산된 나노 입자를 자극하고 가열했습니다. 가열된 나노 입자는 차례로 시료를 다시 가열합니다.

 

연구자들은 50~ 80 밀리리터(약 10 ~ 16 스푼 정도)의 용액을 사용하여 인간 피부 세포, 돼지 동맥 및 돼지 심장 판막 피판 조직을 이용한 온난화 실험을 수행했습니다. 그들은 약 1밀리리터의 작은 시스템을 재가열하는 표준 접근법인 대류 열전달 대형 시스템에서 결정화 또는 균열 손상을 방지할 수 없다는 사실을 발견했습니다. 코일 시스템에서 다시 가열된 샘플 - 균일하게 분산된 나노 입자가 조직과 세포를 빠르고 균일하게 가열한 경우  손상없이 성공적으로 재가열됩니다. 나노 와우닝 방법은 분당 100도의 가열을 발생시킬 수 있으며, 대용량 시스템에서 대류보다 훨씬 빠르고 균일합니다.

 

저온 보존된 조직을 성공적으로 나노 발진시키고 산화철 나노입자가 냉각되기 전에 조직에 고르게 분포되고 조직 내에 고르게 분포되어야 하며 해동 후 완전히 씻겨 나갈 필요가있다고  말합니다. SWIFT가 개발되기 전에는 조직에서 비침습적으로 높은 농도의 산화철 나노 입자를 정량화 할 수 있는 이미징 기술이 없었습니다.

 

cryopreservation 연구를 위한 다음 단계는 다른 동물 및 인간 조직으로 더 많은 테스트를 수행하는 것입니다. 한편, Garwood 팀은 휴대 가능한 자기 공명 영상을 제공하기 위해 SWIFT 이미징 접근법을 적용하는 작업을 하고 있습니다.