Citric Acid-Crosslinked PVA/CMC Composite Membranes with Enhanced Wet-State Stability for Prevention of Postoperative Pericardial Adhesions
구연산으로 가교된 PVA/CMC 복합 막, 특히 PCC15 제형은 향상된 습윤 상태 안정성, 기계적 무결성 및 생체 적합성을 나타내며, 토끼 모델에서 수술 후 심낭 유착을 효과적으로 방지한다.
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심장 수술 후, 신체의 자연적인 치유 과정이 때로는 너무 과하게 작용할 수 있습니다. 심장을 둘러싸고 있는 보호막인 심낭이 수술 중에 절단되거나 마찰을 겪으면, 이는 종종 흉골이나 흉벽 같은 주변 조직에 달라붙는 방식으로 치유되려 합니다. 이러한 끈적한 연결을 유착이라고 부르며, 이는 매우 조밀하고 단단합니다. 만약 몇 년 후 환자가 두 번째 심장 수술을 받아야 한다면, 이러한 유착은 외과의가 필요로 하는 명확한 시야를 가려 수술 과정을 훨씬 더 어렵고 위험하게 만들 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 의사들은 심장과 흉벽 사이에 얇고 유연한 시트를 배치하여 일시적인 방패 역할을 하게 합니다. 하지만 이러한 시트를 온전하게 유지하는 것은 어렵습니다. 심장은 끊임없이 움직이며 흉벽에 부딪히고, 시트는 혈액과 체액에 젖어 있기 때문입니다. 만약 재료가 너무 부드러워지거나, 부풀어 오르거나, 분해된다면 방어벽으로서의 기능을 상실하게 됩니다.
정저우 대학교와 베이징 화학 기술 대학교의 연구진은 더 나은 방패를 만들기 위해 연구를 시작했습니다. 그들은 두 가지 흔한 재료에서 출발했는데, 하나는 강한 필름을 만드는 것으로 알려진 합성 플라스틱인 폴리비닐 알코올이고, 다른 하나는 식물에서 추출한 인체에 순한 물질인 카르복시메틸 셀룰로오스였습니다. 이 두 가지를 혼합했을 때 유망한 시트가 만들어졌지만, 이는 수분에 너무 민감했습니다. 물에 젖으면 스펀지처럼 부풀어 올라 강도를 잃었기에, 움직임이 많은 심장의 습한 환경에는 적합하지 않았습니다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 레몬이나 오렌지에 들어있는 것과 동일한 화합물인 구연산을 화학적 가교제로 활용했습니다. 연구진은 혼합물을 열로 처리하여 산이 고분자 사슬을 서로 연결하도록 함으로써, 더 촘촘하고 내구성이 강한 네트워크를 형성했습니다.
연구팀은 구연산의 양이 새로운 시트의 거동을 어떻게 변화시키는지 테스트했습니다. 그들은 구연산을 더 많이 첨가할수록 재료가 수분에 훨씬 더 잘 견딘다는 것을 발견했습니다. 구연산이 없으면 시트는 엄청난 양의 물을 흡수하고 크게 부풀어 올랐으며, 체액을 모사한 염수 용액 속에 한 달 동안 담겨 있었을 때 무게의 거의 절반을 잃었습니다. 구연산 함량을 높임에 따라 시트는 물을 훨씬 적게 흡수했고, 덜 부풀어 올랐으며, 질량을 더 잘 유지했습니다. 가장 많은 양의 산을 포함한 최상의 버전조차도 한 달 후 93% 부풀고 약 34%의 질량을 잃었지만, 이는 처리되지 않은 버전에 비해 상당한 개선이었으며, 형태와 강도를 훨씬 더 효과적으로 유지할 수 있게 해주었습니다.
이러한 수분 저항성은 재료가 젖은 상태에서도 강함을 유지한다는 것을 의미했습니다. 건조한 상태에서 시트는 이미 단단했지만, 일단 젖게 되면 처리되지 않은 버전은 매우 약해져서 끊어지지 않고 늘어날 수 있는 능력을 대부분 상실했습니다. 그러나 최상의 버전은 완전히 포화된 상태에서도 놀라울 정도로 강함을 유지했습니다. 이 재료는 원래 길이의 거의 두 배까지 늘어날 수 있었는데, 이는 뛰는 심장 위에 놓인 재료에게 필수적인 유연성입니다. 이 특정 배합은 인간 심장 조직의 자연스러운 강도와 일치하면서도, 심장과 함께 움직일 수 있을 만큼 충분히 유연했습니다.
그 후 연구진은 이 재로가 인체에 안전한지 확인했습니다. 연구진은 쥐의 적혈구를 시트에 노출시켰고, 세포 손상이 매우 적음을 확인하여 이 재료가 출혈 문제를 일으키지 않을 것임을 나타냈습니다. 또한 마우스 세포가 시트 추출물에 어떻게 반응하는지 테스트했는데, 세포들은 건강하고 활발하게 유지되었습니다. 나아가, 흉터 조직을 만드는 세포인 섬유아세포를 시트 위에 직접 배치했을 때, 세포들이 표준 플라스틱 접시만큼 쉽게 표면에 달라붙지 않았습니다. 이러한 부착력 부족은 긍정적인 신호인데, 이는 재료가 유착을 유발할 수 있는 새로운 흉터 조직의 형성을 촉진하지 않을 것임을 시사하기 때문입니다.
이 재료가 살아있는 생체 시스템에서 작동하는지 확인하기 위해 연구팀은 토끼 모델을 사용했습니다. 그들은 수술적 외상을 모사하기 위해 토끼의 심장 표면에 작은 상처를 냈습니다. 한 그룹의 토끼에게는 새로운 구연산 처리된 시트를 상처 부위에 덮어주었고, 다른 그룹은 아무런 처리를 하지 않았습니다. 30일 후, 시트를 받지 않은 토끼들은 심장과 흉벽 사이에 날카로운 도구가 필요할 정도의 심각하고 단단한 유착이 발생했습니다. 반면, 시트를 받은 토끼들은 유착이 거의 없었습니다. 심장은 자유롭게 움직였고, 시트는 쉽게 벗겨졌습니다. 현미경 관찰 결과, 처리된 심장은 처리되지 않은 심장에 비해 흉터 조직과 염증이 훨씬 적었습니다. 이 연구는 이러한 간단한 화학적 조절이 심장이 치유되는 동안 심장이 흉벽에 달라붙는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 유연하고 강하며 안전한 방어벽을 만든다는 결론을 내렸습니다.
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