박동하는 생체 로봇 심장은 판막을 더 잘 시뮬레이션하는 것을 목표로 합니 다.

연구자들은 생물학적 심장과 실리콘 로봇 펌프를 결합하여 심장 왼쪽의 판막에 초점을 맞춰 실제 심장처럼 뛰는 생체 로봇 심장을 만들었습니다. 1월 10일 저널에 발표된 심장 판막 시뮬레이터 장치건강하거나 질병이 있는 심장의 구조, 기능 및 움직임을 모방할 수 있으므로 외과의사와 연구자는 실시간 데이터를 수집하면서 다양한 개입을 시연할 수 있습니다.

“시뮬레이터는 다양한 심장 판막 상태와 중재를 연구하는 사람들을 위한 연구 도구로서 큰 이점을 가지고 있습니다.”라고 MIT의 수석 저자이자 생물의학 엔지니어인 Ellen Roche는 말합니다. “이는 임상의, 의과대학생, 수련생을 위한 수술 훈련 플랫폼 역할을 할 수 있고, 장치 엔지니어가 새로운 설계를 연구할 수 있도록 하며, 환자가 자신의 질병과 잠재적 치료법을 더 잘 이해하도록 도울 수도 있습니다.”

새로운 개입이 인간에게 도달하기 전에 심장 시뮬레이터와 동물 대상에서 엄격한 테스트를 거칩니다. 그러나 현재의 심장 시뮬레이터는 심장의 복잡성을 완전히 포착하지 못하며 유효 기간이 2~4시간으로 짧습니다. 동물 연구는 비용과 시간이 많이 소요되며, 결과가 항상 인간에게 적용되는 것은 아닙니다. 생체로봇 심장은 유통기한이 수개월에 달하는 저렴한 방법으로 이러한 격차를 해소할 수 있습니다.

연구진은 왼쪽 심장 방 사이의 판막이 제대로 닫히지 않아 혈액이 역류할 수 있는 심장 판막이 새는 질환인 승모판 역류에 초점을 맞췄습니다. 전 세계적으로 약 2,420만 명에게 영향을 미치는 이 질환은 숨가쁨, 사지 부기, 심부전을 유발할 수 있습니다. 판막 구조가 복잡하기 때문에 질환을 교정하기 위한 수술은 매우 복잡하므로 효과적인 기술과 정밀한 수술 기법이 필요합니다.

건강한 상태와 질병 상태의 승모판을 더 잘 이해하기 위해 연구팀은 돼지 심장을 기반으로 한 생체 로봇 심장을 만들었습니다. 연구진은 왼쪽 심방의 심장 근육을 공기로 작동되는 실리콘으로 만든 부드러운 로봇 펌프 시스템으로 교체했습니다. 팽창되면 시스템은 실제 심장 근육처럼 심장을 비틀고 쥐어짜며 모의 순환 시스템을 통해 인공 혈액을 펌핑하고 생물학적 심장의 박동을 시뮬레이션합니다.

연구팀이 바이오로봇 심장의 승모판을 손상시켰을 때 심장 판막이 새는 특징을 보였다. 그런 다음 팀은 심장외과의에게 3가지 다른 기술, 즉 인공 줄로 흔들리는 판막엽 조직을 고정하고, 판막을 인공 판막으로 교체하고, 판막엽 폐쇄를 돕는 장치를 이식하여 손상을 교정하도록 했습니다.

세 가지 절차 모두 성공적으로 진행되어 압력, 흐름 및 심장 기능이 정상으로 돌아왔습니다. 또한 이 시스템을 통해 연구팀은 수술 중에 실시간 데이터를 수집할 수 있었고 병원에서 사용되는 현재 영상 기술과 호환됩니다. 시스템에 사용되는 인공 혈액은 투명하기 때문에 시술 과정을 직접적으로 시각화할 수도 있습니다. 연구 결과는 이 장치가 새로운 심장 모델임을 입증했습니다.

Roche는 “의사가 모든 단계를 보는 것은 정말 흥미로웠습니다.”라고 말했습니다. “환자를 진료할 때는 심장에 혈액이 흐르기 때문에 과정을 시각화할 수 없습니다.” 그녀는 심장 모델이 심장 수술 훈련 및 실습을 위한 현실적인 환경이 될 것으로 예상합니다.

다음으로 연구팀은 생산 시간을 단축하고 유통기한을 더욱 늘려 현재의 바이오로봇 심장 시스템을 최적화하는 것을 목표로 하고 있다. 돼지 심장을 사용하는 대신 시스템에 맞게 합성 인간 심장을 재현하기 위해 3D 프린팅 기술도 연구하고 있습니다.

Roche는 “우리의 생체 로봇 심장은 장치 설계 주기를 개선하고, 빠른 반복을 허용하고, 규제 기관의 승인을 받아 신속하게 시장에 출시하는 데 도움이 될 수 있습니다.”라고 말합니다. “이러한 프로세스를 가속화하고 개선하면 궁극적으로 환자에게 도움이 될 것입니다.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/01/240110120213.htm