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* 소화관의 이음새와 상처를 안전하고 내구성 있게 봉합하는 새로운 유형의 복합 밴드 개발
* 4가지 다른 아크릴 화합물, 즉 아크릴산, 아크릴산 메틸 에스테르, 아크릴아미드 및 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드로 구성
* 기존 솔루션보다 최대 10배 더 잘 붙고 5배의 압력 부하 견뎌

내부 상처용 밴드
새로운 유형의 하이드로겔, 누출에 대해 안전하고 탄력적으로 장 봉합사를 밀봉

봉제 대신 밴드 부착:
연구자들이 소화관의 이음새와 상처를 보다 안전하고 내구성 있게 봉합할 수 있는 새로운 유형의 복합 밴드를 개발했다. 팀 보고서에 따르면 이 소재는 기존 솔루션보다 최대 10배 더 잘 붙고 5배의 압력 부하를 견딘다. 이것은 상처용 밴드의 구성 요소가 장 조직에 결합하고 소화액에 대해 안정적으로 유지되는 그물망 하이드로겔을 형성하기 때문에 가능하다. 

▲ Empa 연구원 Inge Herrmann의 핀셋에 매달려 있는 투명한 젤 조각은 장 봉합을 위한 새로운 접착 석고다. © Empa

맹장이 터지거나 생명을 위협하는 장의 얽힘은 외과 의사가 서둘러 처리해야 할 응급 상황이다. 그러나 소화관의 이음새와 상처를 봉인하는 것은 까다롭다. 어떤 상황에서도 장 내부의 박테리아가 풍부한 물질이 복강으로 들어가지 않아야 한다. 그렇지 않으면 심각한 감염의 위험이 있다. 동시에 이음매는 상당한 기계적 부하와 공격적인 소화액을 견뎌야 한다.

단백질 석고 대신 하이드로겔

"복부 수술 후 누출은 오늘날에도 여전히 가장 두려운 합병증 중 하나다"고 연방 재료 시험 및 연구 연구소 Empa의 잉에 헤르만(Inge Herrmann)은 설명한다. 특히 단단한 상처 봉합을 보장하기 위해 외과 의사는 일부 복부 솔기에 특수 접착 석고를 사용한다. 대부분 생분해성 단백질로 구성된 이러한 "패치"는 이음매를 덮어 누출을 방지한다.

그러나 문제는 이러한 단백질 패치가 항상 최적으로 달라붙지 않고 소화액과 접촉할 때 너무 빨리 용해된다는 것이다. 결과적으로 항상 꽉 잡고 있지 않다. 따라서 Empa의 Herrmann과 제1저자인 알렉산드레 안티스(Alexandre Anthis)가 이끄는 팀은 이제 대안을 개발했다.

봉합 석고는 4가지 다른 아크릴 화합물, 즉 아크릴산, 아크릴산 메틸 에스테르, 아크릴아미드 및 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드로 구성되며 서로 연결되어 하이드로겔을 형성한다.

▲ 새로운 상처 접착제는 전문 저널의 표지를 장식했다. © wiley VCH

그물 및 특히 우수한 접착력

하이드로겔은 장 봉합사에 도포되어 응고될 때 장 조직에 단단히 부착되는 코팅을 형성한다. "결과는 조직과 하이드로겔 모두에 침투하는 상호 침투 네트워크다"고 연구자들은 보고했다. 네 가지 구성 요소의 서로 다른 특성이 함께 작용하여 석고가 장 점막에 특히 단단히 결합되어 소화액과 수분을 차단한다.

테스트에 따르면 복합 재료는 소화액과 선택적으로 반응하여 이를 수행한다.
그들과 접촉하면 부풀어 오르고 이음새를 더욱 단단히 닫는다. 접착력도 매우 안정적이다.
"접착력은 기존 접착 재료보다 최대 10배 더 높다"고 Anthis는 말한다. "추가 분석은 또한 우리의 하이드로겔이 장의 최대 압력 부하의 5배를 견딜 수 있음을 보여주었다.“

▲ a) 가교제로서 비스-아크릴아미드를 사용하는 P(AAm-MA-AA) 하이드로겔 패치의 제형화 및 형성. i) "ex situ" 하이드로겔 시스템 및 점막 접착에 기반한 부착, ii) 장벽과 하이드로겔 사이의 상호 침투 네트워크 형성을 통한 "in situ" 하이드로겔로의 적용. b) 준비된 하이드로겔은 장벽에 즉각적이고 강력한 점막 접착력을 나타낸다. 출처:관련논문 그림 1, Chemically Stable, Strongly Adhesive Sealant Patch for Intestinal Anastomotic Leakage Prevention)

▲ a) SIF와의 상호작용 전 및 SIF와의 상호작용 후 제조된 P(AAm-MA-AA)의 주사 전자 현미경 사진. SIF 후 ≈59%의 추정 다공성. b) 다른 생물학적 유체에서 P(AAm-MA-AA)의 팽창. c) Tachosil과 비교해 PBS, 담즙 및 SIF에서 제조된 P(AAm-MA-AA)의 안정성: I) 제조된 P(AAm-MA-AA), II) Tachosil의 콜라겐 지지체, III) 피브린 접착층 타코실. 빨간색 프레임은 SIF에서 Tachosil의 완전한 용해를 보여준다. (출처: 관련논문 그림 2 Chemically Stable, Strongly Adhesive Sealant Patch for Intestinal Anastomotic Leakage Prevention0

합병증을 피하라

연구팀에 따르면 하이드로겔 기반 상처 접착제는 누출 위험이 높은 이음새를 안전하게 밀봉하는 유망한 접근 방식이다. "우리의 접착제는 기계적 및 화학적으로 견고하고 장 누출을 방지하는 이음매 폐쇄의 길을 열어준다"고 과학자들은 말했다. 저렴하고 생체 적합성 접착제는 미래에 이러한 합병증을 피하는 데 도움이 되어 환자의 고통과 긴 입원 기간을 절약할 수 있다.

Anthis 주변의 팀은 이미 새로운 솔기 접착제에 대한 특허를 받았으며 이제 다음 단계가 계획되어 있다. "현재 이 혁신적인 재료를 시장에 출시하기 위해 신생 기업을 설립하는 과정에 있다"고 Anthis는 말했다.
(Advanced Functional Materials, 2021; doi: 10.1002 / adfm.202007099)
출처: Empa – Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt- 연방 재료 시험 및 연구소

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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