Tannic acid/poly(vinyl alcohol)-modified chitosan/bacterial cellulose composite membranes with enhanced surface hydrophilicity and wet-state stability for anti-adhesion applications
본 연구는 키토산/박테리아 셀룰로오스 막을 탄닌산/폴리(비닐 알코올) 코팅으로 개질하는 것이 견고한 습윤 상태의 기계적 안정성을 유지하면서도 표면 친수성을 유의미하게 향면시키고 섬유아세포 부착을 감소시켜, 마우스 모델에서 수술 후 유착을 완전히 방지하는 매우 효과적인 항유착 장벽을 형성함을 입증한다.
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복부 또는 골반 수술 후, 신체의 자연적인 치유 과정이 때때로 지나치게 과할 수 있습니다. 조직이 손상되면 신체는 손상을 복구하기 위해 단백질과 세포를 보냅니다. 하지만 이 반응은 내부 장기들이 원치 않는 방식으로 서로 달라붙게 만들 수 있습니다. 유착이라고 알려진 이러한 내부 흉터는 만성 통증, 장 폐쇄 또는 불임을 유발할 수 있으며, 향후 수술을 훨씬 더 어렵고 위험하게 만들기도 합니다. 이를 방지하기 위해 의사들은 물리적 장벽, 즉 손상된 조직 사이에 놓이는 얇은 시트나 젤을 사용합니다. 그러나 효과적으로 작동하는 장벽을 만드는 것은 섬세한 균형 잡기입니다. 그것은 인체의 젖고 짠 환경 속에서도 형태를 유지할 수 있을 만큼 충분히 강해야 하는 동시에, 불규칙한 표면에 순응할 수 있을 만큼 부드러워야 합니다. 결정적으로, 세포가 표면에 달라붙어 새로운 흉터를 형성하는 것을 막기 위해 그 표면은 미끄럽고 물을 좋아하는 성질(친수성)을 가져야 합니다. 만약 장벽이 너무 빨리 녹아버리거나, 부풀어 올라 모양을 잃거나, 촉감이 너무 거칠다면 제 역할을 수행하지 못하는 것입니다.
정저우 대학교와 베이징 화학기술 대학교의 연구진은 두 가지 천연 재료를 결합하고 특수한 표면 코팅을 추가함으로써 이러한 과제들을 해결하는 새로운 유형의 장벽 막을 개발했습니다. 연구진은 먼저 인체에 순한 물질인 갑각류 껍질에서 추출한 키토산을 기반으로 삼았고, 여기에 박테리아가 생산하는 순수한 섬유 형태이자 강도로 잘 알려진 박테리아 셀룰로오스를 혼합했습니다. 이 두 가지를 혼합함으로써, 연구진은 젖은 상태에서도 형태를 유지할 수 있을 만큼 튼튼하면서도 여전히 유연한 기본 시트를 만들어냈습니다. 표면을 더욱 개선하기 위해, 연구진은 차와 와인에서 발견되는 화합물인 탄닌산과 흔히 쓰이는 수용성 플라스틱인 폴리비닐 알코올이 포함된 용액에 이 시트들을 담갔습니다. 이 코팅 공정은 막의 표면을 매우 매끄럽고 물을 끌어당기는 성질을 갖도록 설계되었으며, 이는 조직 사이에서 쉽게 미끄러지게 하고 세포가 달라붙는 것을 방지하는 데 도움을 줍니다.
연구진은 완벽한 기초를 찾기 위해 박테리아 셀룰로오스의 함량을 달리하며 테스트를 진행했고, 10%의 박테리아 셀로오스가 포함된 혼합물을 선택했습니다. 그런 다음, 최상의 결과를 얻기 위해 막을 코팅 용액에 담가두는 시간을 6시간에서 24시간까지 변화시키며 처리 시간이 얼마나 필요한지 확인했습니다. 목표는 강도를 잃거나 물속에서 무너지지 않으면서도 매우 미끄럽고 물을 좋아하는 성질을 갖춘 버전을 찾는 것이었습니다. 연구진은 18시간 동안 담가두었을 때가 이상적인 균형을 이룬다는 것을 발견했습니다. 이 특정 막인 CBTP18은 물을 매우 좋아하는 성질을 갖게 되어, 물 한 방울이 표면에 떨어지면 왁스 칠을 한 자동차처럼 물을 밀어내는 코건되지 않은 버전과 달리 거의 완전히 평평하게 퍼졌습니다. 동시에, 표면은 믿기지 않을 정도로 매끄러워졌으며, 마찰 수준이 잘 윤활된 표면과 맞먹을 정도로 낮아져 쉽게 미끄러질 수 있었습니다.
이러한 극적인 표면 변화에도 불구하고, 막은 놀라울 정도로 강한 상태를 유지했습니다. 인체를 모사한 액체 환경에서 테스트했을 때, 코팅된 막은 원래 강도의 거의 전부를 유지하며 코팅되지 않은 버전만큼이나 압력 하에서도 잘 버텨냈습니다. 또한 시간 경과에 따른 안정성도 보여주었는데, 소금물 용액에서 35일 동안 보관한 후에도 원래 질량의 약 71%를 유지하여 치유가 완료될 때까지 녹아 없어지지 않을 것임을 증명했습니다. 연구진은 또한 이 재료의 생체 안전성을 확인했습니다. 연구진은 이 재료가 적혈구에 손상을 주지 않으며, 살아있는 세포들이 그 위에서 잘 성장한다는 것을 확인하여 독성이 없음을 보여주었습니다. 가장 중요한 점은, 코팅이 표면에 부착되는 세포의 수를 성공적으로 줄였다는 것입니다. 실험실 테스트에서, 흉터 조직을 만드는 세포인 섬유아세포가 코팅되지 않은 버전에 비해 코팅된 막에 달라붙는 수가 절반 이상 감소했습니다.
실험실에서의 이러한 결과가 살아있는 유기체에서도 유지되는지 확인하기 위해, 연구진은 생쥐를 대상으로 테스트를 진행했습니다. 연구진은 복벽과 소장의 일부인 맹장을 긁어 외상을 시뮬레이션하는 수술적 손상 모델을 만들었습니다. 처치를 받지 않은 그룹의 생쥐 중 6마리 중 4마리에서 조직이 서로 달라붙는 가시적인 유착이 발생했습니다. 이와 극명하게 대조적으로, 새로운 막 처치를 받은 6마리의 생쥐 중에서는 가시적인 유착이 단 한 건도 발생하지 않았습니다 현미경으로 조직을 관찰했을 때, 처치된 부위는 염증이 최소화된 상태로 깨끗하게 치유되었으며, 막 자체도 부서지거나 변형되지 않고 온전하게 유지되었습니다. 이 연구는 강하고 천연적인 기초와 미끄럽고 물을 좋아하는 코팅의 조합이 치유의 중요한 초기 단계 동안 손상된 조직을 효과적으로 분리해 주는 장벽을 형성하여, 수술 후 흉터 합병증을 예방하는 유망한 새로운 도구가 될 수 있음을 시사합니다.
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