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문제 정의
- EEP는 펌프의 특성 외에도 펌프와 연결된 부하의 특성에 따라 달라지는데 실제 장기를 펌프에 연결하여 EEP의 변화 양상을 관찰하기 위해서는 매우 많은 수의 동물실험이 필요하고 장기의 혈류역학적인 특성을 가능한 범위 내에서 재현하여야하기 때문에 EEP 크기와 장기의 물리적 성질 사이의 관계를 명확히 규명하는 것은 현실적으로 어렵다. 따라서 본 연구에서는 장기의 특성을 잘 나타낼 수 있으며 혈류역학적 특성은 큰 폭으로 가변 할 수 있는 폐순환 모델을 고안하고 이를 이용하여 EEP와 장기의 물리적 성질 사이의 관계를 규명하고자 한다. 사용한 폐순환 모델은 저항성의 밸브와 컴플라이언스 주머니로 구성되어 있는데 이와 같은 형태와 유사한 모델은 Windkessel 모델과 혈액펌프를 시험하기 위한 모의순환 시스템의 예에서 찾아볼 수 있다[20-22].
- 본 논문은 생체 지지체 제작을 위한 탈세포화 장치로 순환액의 박동성을 이용하는 장치에 대한 것이며 순환액이 가진 박동성의 크기와 탈세포화의 진행된 결과를 EEP를 이용하여 측정, 비교, 분석하였다. 박동성이 높은 순환액에서는 탈세포화가 효율적으로 발생하였으며 폐 조직 내부의 변화로 탈세포 효율이 낮아졌을 때, 박동성이 작아지는 것을 확인할 수 있었다.
- 본 연구에서는 박동성 관류와 비박동성 관류에 의해 탈세 포화가 진행되는 정도의 차이를 비교하기 위해서 박동성을 제외한 평균 압력, 평균유량, 저항성 등의 다른 파라미터는동일한 값을 유지하도록 설정되었다.
- 본 연구에서는 평균 압력을 일정하게 유지한 채 박동성의 순환액과 비박동성 순환액을 제공할 수 있도록 제작된 장비를 이용하여 동물 실험을 진행하였다. 박동성 순환과 비박 동성 순환 실험에서 측정한 평균압력의 차이는 1 mmHg 가량으로 거의 동일했으며 박동성 순환 실험 전 연속성 순환을 했을 때 EEP는 비박동성 순환 실험의 측정값과 같이 낮은 값이 나타나는 것을 확인하였다.
- 참고로 Windkessel 모델은 인체의 모든 장기를 하나의 저항과 컴플라이언스 성분의 모델로 구성한 수학적 모델이고, 모의순환시스템은 혈액펌프의 특성을 시험하기 위해 하나의 저항성 밸브와 컴플라인언스 챔버로 제작한 실험 장치 이다. 이 모델을 이용하여 장기 내 혈관의 저항 성분이 증가함에 따라 EEP의 변화양성을 관찰한 후 동물 장기를 사용하여 얻은 데이터와 비교하여 탈세포화 과정이 효율적으로 이루어지고 있는지를 평가하고자 한다.
제안 방법
- Case 1은 Pulsatile SDS & Non-Pulsatile Air으로 폐동맥에 주입되는 계면활성제 종류인 Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) 에 박동을 주어 박동이 세포제거 및 구조에 미치는 영향을 확인하기 위해 실험을 진행하였으며, Case 2는 NonPulsatile SDS & Non-Pulsatile Air으로 비박동성으로 계면활성제가 주입되는 Case 1의 대조군으로써 박동성과 비박동성간의 영향을 비교하기 위해서 실시하였다.
- 본 연구에서는 개발에 앞서 연속류 펌프 혹은 정수압을 이용한 기존의 탈세포화 방식에서 박동성을 발생시키고 박동성을 평가하는 지표인 압력과 유량을 측정할 수 있도록 박동형 탈세포화 시스템을 그림 1과 같이 제작하였다. 계면활성제는 폐동맥에 정수압을 이용하여 일정한 유량을 주입할 뿐만 아니라 추가적인 압력원에 의해 박동을 발생할 수 있으며, 동시에 박동성을 평가할 수 있도록 폐에 주입되는 유량, 압력과 기도의 압력을 센서를 통해 측정할 수 있도록 초기 시스템을 구성하였다.
- 1% SDS양은 폐 내부에서 배출된 양을 저울로 측정하였으며, 각 실험별로 데이터는 실험기간동안 폐동맥에 주입되는 SDS 주입 압력과 유량을 100개의 sampling으로 측정되고 저장하였다. 또한 시간에 따라 탈세포화 하는 과정을육안으로 확인하기 위해서 캠코더를 설치하여 실험기간동안 관찰하였다. 추가적으로 2개의 Case에서의 차이는 계면활성제 주입의 박동성의 유무이며 다른 조건은 동일하게 진행되었다.
- 실제 폐를 이용하기 위해 Rat는 12~13주의 쥐를 사용하였으며, 초기 Zoletil 250 ul를 주입하여 마취를 진행하였다. 마취를 진행하고 10분 후 장기 내 혈액이 응고되어 미세혈관을 막는 것을 방지하고자 Heparin 100 ul을 주입하여 폐를 적출하였으며, 적출된 폐로부터 계면활성제와 공기를 주입할 수 있도록 폐동맥과, 기도에 Luer Connector를 연결하였다. 적출된 폐는 본 연구에서 개발한 박동성 탈세 포화 시스템에 연결된다.
- 박동성과 비박동성간의 박동성에 대한 에너지를 평가지표인 EEP를 측정하기 위해 동물실험을 실시하였다. 총 2 case를 실험하였으며 SDS 용액의 주입압력 및 유량 데이터를 취득하였다.
- 박동을 형성하기 위하여 전·후진하는 엑츄에이터를 사용하였으며 엑츄에이터의 동작은 박동 압력 외에 평균 압력과 평균 유속에 영향을 미치지 않도록 제작되었다.
- 본 연구에서 개발한 탈세포화장치의 박동에너지를 분석하기 위해 제작한 폐의 순환모델을 이용하여 부하 특성에 따라 형성되는 박동에너지의 크기와 폐 순환모델 내에서 조직 측으로 전달되는 에너지의 크기를 측정, 분석하였다. 폐 순환모델을 이용한 실험에서 모델에 주입하는 순환액의 압력은 모두 동일하게 24.
- 본 연구에서는 개발에 앞서 연속류 펌프 혹은 정수압을 이용한 기존의 탈세포화 방식에서 박동성을 발생시키고 박동성을 평가하는 지표인 압력과 유량을 측정할 수 있도록 박동형 탈세포화 시스템을 그림 1과 같이 제작하였다. 계면활성제는 폐동맥에 정수압을 이용하여 일정한 유량을 주입할 뿐만 아니라 추가적인 압력원에 의해 박동을 발생할 수 있으며, 동시에 박동성을 평가할 수 있도록 폐에 주입되는 유량, 압력과 기도의 압력을 센서를 통해 측정할 수 있도록 초기 시스템을 구성하였다.
- 본 연구에서는 기존의 방법과 달리 순환액의 박동성을EEP 기준 20% 이상으로 유지함으로써 짧은 시간동안 효과적으로 조직 내 세포와 DNA 파편을 제거할 수 있는 시스템을 제작하였다. 인공폐순환모델을 이용한 체외 실험에서 모델의 저항성과 컴플라이언스성분이 EEP에 미치는 영향을 실험하고, 동물실험에서도 EEP를 측정함으로써 폐 탈세포화가 진행됨에 따라 폐가 소모하는 박동 에너지의 양상이 달라지는 현상을 관찰하였다.
- 본 폐순환모델 실험은 부하에 따라서 박동 에너지의 전달 정도를 확인 및 개발한 장비가 박동에너지를 전달 할 수 있는지 검증하고 실제 폐에서 박동성을 평가하는 지표를 제시하기 위해서 펌프의 주입압력 대비 폐 모델의 내부의 압력이 100%, 75%, 50%, 25%으로 혈관저항을 증가시켜 실험을 진행하였다. 펌프 주입압력대비 폐순환 모델 내부 압력이 100% (그림 4(a)), 75% (그림 4(b)), 50% (그림 4(c)), 25%(그림 4(d))일 때 진행된 실험이며 클램프의 기준 전단의 주입압력 및 후단의 폐 모델의 압력과 유량을 나타낸다.
- 그림 3. 부하에 따라 변화하는 에너지 양상을 측정하기 위한 폐순환 모델 블록다이어그램.
- Case 2는 Non-pulsatile & Non-Pulsatile Air로써 기존의 연구와 마찬가지로 계면활성제를 비박동성으로 폐 조직 내에 SDS를 관류시킨 실험한 것으로 시간에 따라 그림 8와 같이 확인하였다. 비박동성의 단위시간당 에너지를 계산하기 위해 박동성과 동일한 시간 때인 8분, 16분, 35분, 42분, 50분경의 데이터를 확인하였으며, 표 3와 같이 각각의 시간의 순서에 따라 펌프의 평균 주입압력은 19.81,19.27, 18.40, 18.35, 18.18 mmHg으로 나타나고 평균 유량은 3.67, 3.82, 3.53, 3.68, 4.40 ml/min 으로 측정되었다. 그림 9는 Perfusion EEP는 각각 18.
- 1시간의 탈세포화 과정이 진행된 후 폐 내의 잔류하는 SDS를 제거하기 위해서 추가로 5분간 폐 내로 증류수를 주입 후 종료된다. 사용된 0.1% SDS양은 폐 내부에서 배출된 양을 저울로 측정하였으며, 각 실험별로 데이터는 실험기간동안 폐동맥에 주입되는 SDS 주입 압력과 유량을 100개의 sampling으로 측정되고 저장하였다. 또한 시간에 따라 탈세포화 하는 과정을육안으로 확인하기 위해서 캠코더를 설치하여 실험기간동안 관찰하였다.
- Case 1은 Pulsatile SDS & NonPulsatile Air로써 폐동맥에 들어가는 SDS에 박동을 주어 SDS를 폐 조직 내에 많은 SDS를 관류를 시킬 수 있는 실험으로 시간의 순서에 따라 그림 6 그래프와 같이 나왔다. 시간이 지남에 따라 유량이 변화가 다양하게 변화되었는데 모든 샘플을 동일한 시점에서 비교하기 위하여 유량을 동일한 시점에서 측정하였다. 유량이 불규칙하게 변화하는 초반 8분 16분에서 두번의 데이터를 측정하고 유량이 변화가 적은 중반부 (20분에서 40분 사이)의 데이터는 35분경 한번만 측정하였으며 Decell이 종료되는 시점인 후반 (40분 이후)에 갑자기 유량이 증가하는 현상이 나타나므로 42분, 50분 경 두번의 데이터를 측정하였습니다.
- 박동을 형성하기 위하여 전·후진하는 엑츄에이터를 사용하였으며 엑츄에이터의 동작은 박동 압력 외에 평균 압력과 평균 유속에 영향을 미치지 않도록 제작되었다. 실제 박동압을 가했을 때, 평균압력이 증가하는 현상이 나타났는데 평균압력을 비박동성 관류했을 때와 동일한 조건으로 유지시켜주기 위해 별도의 actuator를 제작하여 사용되었다. 제작한 actuator는 마이크로 콘트롤러에 의해 제어되는 Solenoid valve로 구성되어 있다.
- 실험은 2 Case 모두 동일하게 본 연구에서 개발한 탈세 포화 시스템을 이용하여 1시간 진행되며, 탈세포화를 진행하기 전 5분 동안 폐 조직 내의 잔류 혈액을 제거하기 위해서 폐동맥에 설치된 Luer Connector에 멸균증류수로 관류시켰다. 실험이 진행하는 동안 증류수 및 0.
- 실험이 진행하는 동안 증류수 및 0.1% SDS는 평균 주입압력이 20 ± 5 mmHg를 맞추기 위해서 일정한 높이를 유지하고 36.7 oC를 유지하기 위해서 히터를 작동했다.
- 시간이 지남에 따라 유량이 변화가 다양하게 변화되었는데 모든 샘플을 동일한 시점에서 비교하기 위하여 유량을 동일한 시점에서 측정하였다. 유량이 불규칙하게 변화하는 초반 8분 16분에서 두번의 데이터를 측정하고 유량이 변화가 적은 중반부 (20분에서 40분 사이)의 데이터는 35분경 한번만 측정하였으며 Decell이 종료되는 시점인 후반 (40분 이후)에 갑자기 유량이 증가하는 현상이 나타나므로 42분, 50분 경 두번의 데이터를 측정하였습니다. 표 2와 같이 시간이 경과한 별로 각각 펌프의 평균 주입압력은 20.
- 본 연구에서는 기존의 방법과 달리 순환액의 박동성을EEP 기준 20% 이상으로 유지함으로써 짧은 시간동안 효과적으로 조직 내 세포와 DNA 파편을 제거할 수 있는 시스템을 제작하였다. 인공폐순환모델을 이용한 체외 실험에서 모델의 저항성과 컴플라이언스성분이 EEP에 미치는 영향을 실험하고, 동물실험에서도 EEP를 측정함으로써 폐 탈세포화가 진행됨에 따라 폐가 소모하는 박동 에너지의 양상이 달라지는 현상을 관찰하였다.
- 제작한 장치가 폐 혈관의 부하에 따라서 박동에너지를 전달할 수 있는지와 에너지가 변화하는 양상을 분석하기 위하여 그림 3(a)와 같이 폐순환 모델을 구성하였다. 폐순환 모델은 폐의 물리적인 특성을 재현하기 아크릴과 라텍스 재질의 풍선을 이용하였으며 혈관의 저항을 재현하기 위해 2개의 클램프로 구성하였다.
- 주입하는 관류액 압력은 평균동맥압인 20 ± 5 mmHg를 유지하도록 일정한 높이이상에서 정수압이 발생하도록 구성하였다.
- 7 oC를 유지하기 위해서 히터를 작동했다. 초기 5분이 진행된 후 Case 1은 박동성 BPM 20 및구동길이 4 mm 기준으로, Case 2는 비박동성으로, 두 조건 모두 증류수로 희석시킨 0.1% SDS를 폐 조직 내에 1시간 관류 시켜 실험이 진행되었다. 1시간의 탈세포화 과정이 진행된 후 폐 내의 잔류하는 SDS를 제거하기 위해서 추가로 5분간 폐 내로 증류수를 주입 후 종료된다.
- 펌프는 BPM20, 구동길이 4 mm 기준으로 박동이 발생하도록 작동시켰으며 클램프 1을 조절하여 폐 모델 내부에 입력되는 압력을 조절하였고, 출력부의 클램프 2를 조절하여 초기 유량을 제어하여 실험하였다. 클램프의 1에 의해 후단에 걸리는 압력 P2가 전단에 걸리는 압력 P1에 대비 100%, 75%, 50%, 25%가 되도록 클램프를 조절하여 실험을 진행하였다.
- 주입하는 관류액 압력은 평균동맥압인 20 ± 5 mmHg를 유지하도록 일정한 높이이상에서 정수압이 발생하도록 구성하였다. 펌프는 BPM20, 구동길이 4 mm 기준으로 박동이 발생하도록 작동시켰으며 클램프 1을 조절하여 폐 모델 내부에 입력되는 압력을 조절하였고, 출력부의 클램프 2를 조절하여 초기 유량을 제어하여 실험하였다. 클램프의 1에 의해 후단에 걸리는 압력 P2가 전단에 걸리는 압력 P1에 대비 100%, 75%, 50%, 25%가 되도록 클램프를 조절하여 실험을 진행하였다.
- 폐순환 모델 실험은 실제 폐의 부하에 따라서 변화하는 전달되는 에너지와 양상을 분석지표로 사용하기 위해 클램프 1을 조절하여 펌프의 주입압력 대비 폐순환 모델 내부의 압력이 100%, 75%, 50%, 25%으로 진행되었다. 그림 3(b)는 실제 개발한 시스템의 사진이다.
- 제작한 장치가 폐 혈관의 부하에 따라서 박동에너지를 전달할 수 있는지와 에너지가 변화하는 양상을 분석하기 위하여 그림 3(a)와 같이 폐순환 모델을 구성하였다. 폐순환 모델은 폐의 물리적인 특성을 재현하기 아크릴과 라텍스 재질의 풍선을 이용하였으며 혈관의 저항을 재현하기 위해 2개의 클램프로 구성하였다. 클램프 1에 의해 전단에 걸리는 압력 P1은 펌프로부터 발생한 압력으로써 폐순환 모델로 관류액을 주입 시 관류액의 주입압력을 나타내고, 클램프 1의 하단에 걸리는 압력 P2는 폐 내부에 걸리는 압력으로써 폐순환 모델의 내부압력을 나타낸다.
대상 데이터
- 클램프 1에 의해 전단에 걸리는 압력 P1은 펌프로부터 발생한 압력으로써 폐순환 모델로 관류액을 주입 시 관류액의 주입압력을 나타내고, 클램프 1의 하단에 걸리는 압력 P2는 폐 내부에 걸리는 압력으로써 폐순환 모델의 내부압력을 나타낸다. 데이터는 펌프로부터 전달된 주입압력 P1 (Perfusion pressure), 폐 내부 압력 P2(Lung pressure), 주입유량을 측정하고 실시간으로 저장하고 확인할 수 있도록 구성된다.
- 따라서 본 연구에서는 장기의 특성을 잘 나타낼 수 있으며 혈류역학적 특성은 큰 폭으로 가변 할 수 있는 폐순환 모델을 고안하고 이를 이용하여 EEP와 장기의 물리적 성질 사이의 관계를 규명하고자 한다. 사용한 폐순환 모델은 저항성의 밸브와 컴플라이언스 주머니로 구성되어 있는데 이와 같은 형태와 유사한 모델은 Windkessel 모델과 혈액펌프를 시험하기 위한 모의순환 시스템의 예에서 찾아볼 수 있다[20-22]. 참고로 Windkessel 모델은 인체의 모든 장기를 하나의 저항과 컴플라이언스 성분의 모델로 구성한 수학적 모델이고, 모의순환시스템은 혈액펌프의 특성을 시험하기 위해 하나의 저항성 밸브와 컴플라인언스 챔버로 제작한 실험 장치 이다.
- 실제 폐를 이용하기 위해 Rat는 12~13주의 쥐를 사용하였으며, 초기 Zoletil 250 ul를 주입하여 마취를 진행하였다. 마취를 진행하고 10분 후 장기 내 혈액이 응고되어 미세혈관을 막는 것을 방지하고자 Heparin 100 ul을 주입하여 폐를 적출하였으며, 적출된 폐로부터 계면활성제와 공기를 주입할 수 있도록 폐동맥과, 기도에 Luer Connector를 연결하였다.
- 표 2. 실제 폐를 이용한 박동형 탈세포화에서의 측정 데이터.
- 표 3. 실제 폐를 이용한 비박동성 탈세포화에서의 측정 데이터.
-
5. Rat의 폐를 이용한 탈세포화 실험
실제 폐에서 비박동성과 박동성 탈세포화 실험동안 EEP양상을 분석하기 위해서 강원대학교 흉부외과와 공동으로Rat를 대상으로 하여 총 2 Case로 실험하였다. Case 1은 Pulsatile SDS & Non-Pulsatile Air으로 폐동맥에 주입되는 계면활성제 종류인 Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) 에 박동을 주어 박동이 세포제거 및 구조에 미치는 영향을 확인하기 위해 실험을 진행하였으며, Case 2는 NonPulsatile SDS & Non-Pulsatile Air으로 비박동성으로 계면활성제가 주입되는 Case 1의 대조군으로써 박동성과 비박동성간의 영향을 비교하기 위해서 실시하였다.
- 박동성과 비박동성간의 박동성에 대한 에너지를 평가지표인 EEP를 측정하기 위해 동물실험을 실시하였다. 총 2 case를 실험하였으며 SDS 용액의 주입압력 및 유량 데이터를 취득하였다. Case 1은 Pulsatile SDS & NonPulsatile Air로써 폐동맥에 들어가는 SDS에 박동을 주어 SDS를 폐 조직 내에 많은 SDS를 관류를 시킬 수 있는 실험으로 시간의 순서에 따라 그림 6 그래프와 같이 나왔다.
- 표 1. 폐순환 모델에서의 측정 데이터.
이론/모형
- 추가적으로 2개의 Case에서의 차이는 계면활성제 주입의 박동성의 유무이며 다른 조건은 동일하게 진행되었다. 동물실험은 강원대학교 동물실험 지침에 따라 수행되었다.
성능/효과
- 그림 5와 같이 혈관을 지난 후 폐의 조직을 모사한 부위에서 측정한 Lung EEP의 경우는 혈관 저항이 증가함에 따라 EEP 역시 감소하였지만 여전히 평균 Lung EEP 보다 크기 때문에 박동에너지가 전달됨을 확인 할 수 있다. 측정된 압력 유량 데이터를 이용하여 펌프에서 발생한 박동에너지를 계산한 그림 11(a)과 같이 혈관 저항이 증가함에 따라 박동에너지의 크기는 최고 값을 기준으로 22.35%, 48.19%, 65.97%로 감소하는 것을 확인할 수 있는데 이것은 박동 에너지가 혈관저항에 주로 흡수되는 성질이 있음을 보여준다. 그림 12는 혈관 저항을 통과한 부위에서 EEP와 평균압력의 차이를 나타낸 것으로 평균압력에 비해 EEP의 증가분(EEP inc)을 백분율로 표시한 것이다.
- 펌프 주입압력대비 폐순환 모델 내부 압력이 100% (그림 4(a)), 75% (그림 4(b)), 50% (그림 4(c)), 25%(그림 4(d))일 때 진행된 실험이며 클램프의 기준 전단의 주입압력 및 후단의 폐 모델의 압력과 유량을 나타낸다. 각 실험의 펌프의 평균 주입압력의 변화는 100%, 75%, 50%,25%에서 각각 23.14, 24.66, 25.15, 24.35 mmHg 였으며클램프의 조절에 따라 의미 있는 차이는 보이지 않았다. 폐순환 모델 내부의 평균 압력의 변화는 23.
- 그림 14와 그림 15는 H&E 염색을 통해서 폐 조직의 구조를 보여주고 있으며, 세포질 부분은 붉게 염색이 되며 세포핵은 검게 염색되는 것을 확인 할 수 있다. 그 결과 박동성에서는 공기통로 부분인 Bronchiole에서의 세포핵을 나타내는 검은 점들이 많이 제거가 된 것을 볼 수 있으며, 전체적으로도 비박동성보다 많이 제거가 된 것을 확인 할 수 있다. 추가적으로 30분 동안 탈세포화를 진행한 결과 그림 16과 같이 폐 조직에서도 마찬가지로 박동성에서 더 많은 세포핵이 제거된 것을 확인할 수 있었다.
- 이러한 저항의 증가, 감소가 발생하더라도 장기 내부의 순환액은 여전히EEP inc. 기준 20% 이상의 박동성을 나타낼 것으로 예측되기 때문에 연속류에 비해 장기에 더욱 높은 에너지를 전달할 수 있을 것으로 예상하였다.
- 추가적으로 30분 동안 탈세포화를 진행한 결과 그림 16과 같이 폐 조직에서도 마찬가지로 박동성에서 더 많은 세포핵이 제거된 것을 확인할 수 있었다. 따라서 결과에 나타낸 바와 같이 박동성 탈세포화 장치는 실제장기에서 박동에너지를 20%이상을 발생시킬 수 있는 것으로 보여지고, 박동에너지에 의한 탈세포화방법이 세포를 효과적으로 제거할 것을 보여준다.
- 23%의 에너지가 더 낮은 것을 학인 할 수 있었다. 또한 탈세포화가 진행됨에 따라 박동성 탈세포화와 마찬가지로 혈관과 폐 내부안의 물리적인 특성의 손실로 인한 유량이 증가하는 것을 확인 할 수 있었다.
- 본 연구에서는 평균 압력을 일정하게 유지한 채 박동성의 순환액과 비박동성 순환액을 제공할 수 있도록 제작된 장비를 이용하여 동물 실험을 진행하였다. 박동성 순환과 비박 동성 순환 실험에서 측정한 평균압력의 차이는 1 mmHg 가량으로 거의 동일했으며 박동성 순환 실험 전 연속성 순환을 했을 때 EEP는 비박동성 순환 실험의 측정값과 같이 낮은 값이 나타나는 것을 확인하였다. 박동을 시작한 이후 측정한 EEP는 평균주입압력보다 높게 유지됨을 확인 할 수 있었으며, 비박동성 순환에서는 EEP가 평균주입압력과 거의 같음을 확인 하였다.
- 본 논문은 생체 지지체 제작을 위한 탈세포화 장치로 순환액의 박동성을 이용하는 장치에 대한 것이며 순환액이 가진 박동성의 크기와 탈세포화의 진행된 결과를 EEP를 이용하여 측정, 비교, 분석하였다. 박동성이 높은 순환액에서는 탈세포화가 효율적으로 발생하였으며 폐 조직 내부의 변화로 탈세포 효율이 낮아졌을 때, 박동성이 작아지는 것을 확인할 수 있었다.
- 박동성 순환과 비박 동성 순환 실험에서 측정한 평균압력의 차이는 1 mmHg 가량으로 거의 동일했으며 박동성 순환 실험 전 연속성 순환을 했을 때 EEP는 비박동성 순환 실험의 측정값과 같이 낮은 값이 나타나는 것을 확인하였다. 박동을 시작한 이후 측정한 EEP는 평균주입압력보다 높게 유지됨을 확인 할 수 있었으며, 비박동성 순환에서는 EEP가 평균주입압력과 거의 같음을 확인 하였다. 박동성 순환에 의한 탈세포화 실험을 진행하는 동안 초기 15분까지 유량 및 EEP가 크게 변하는 것을 볼 수 있었는데 이것은 지지체에서 탈락학 세포가 혈관을 막았기 때문으로 추정된다.
- 하지만 세포가 거의 제거된 이후에는 저항의 감소가 나타나 유량이 증가하더라도 박동에너지를 흡수할 수 있는 세포가 존재하지 않기 때문에 박동 에너지의 크기가 점차 감소하는 것을 볼 수 있었다. 본연구는 EEP가 높은 박동 순환액에서 세포가 더 빨리 제거되는 것을 보여주었는데 특히 실험과정에서 측정한 EEP는세포가 혈관을 막아서 순환액이 흐르지 않을 때 감소하고,탈세포화가 충분히 진행되어 세포가 존재하지 않을 때 감소하였으며 세포가 효율적으로 제거되는 시점에서 EEP가 증가하는 것을 보여 주었기 때문에 EEP를 이용하여 탈세포화 과정을 평가하는 것이 가능하다. 본 연구에서 체외 실험은 관의 내경을 조절하여 저항성을 조절하는 방식을 사용하였으나 생체 장기에서는 혈관의 내경을 자유롭게 조절할 수 없는 문제점이 있다.
- 그런데 폐 순환모델 내부에 순환액의 압력과 유량은 혈관 저항을 모사한 클램프 저항의 증가에 따라 감소하였다. 주입구에서 측정한 EEP는 박동펌프의 경우 평균주입압력보다 30% 가량 높게 측정되어 박동 에너지가 나타남을 확인 할 수 있었다. 그림 5와 같이 혈관을 지난 후 폐의 조직을 모사한 부위에서 측정한 Lung EEP의 경우는 혈관 저항이 증가함에 따라 EEP 역시 감소하였지만 여전히 평균 Lung EEP 보다 크기 때문에 박동에너지가 전달됨을 확인 할 수 있다.
- 그 결과 박동성에서는 공기통로 부분인 Bronchiole에서의 세포핵을 나타내는 검은 점들이 많이 제거가 된 것을 볼 수 있으며, 전체적으로도 비박동성보다 많이 제거가 된 것을 확인 할 수 있다. 추가적으로 30분 동안 탈세포화를 진행한 결과 그림 16과 같이 폐 조직에서도 마찬가지로 박동성에서 더 많은 세포핵이 제거된 것을 확인할 수 있었다. 따라서 결과에 나타낸 바와 같이 박동성 탈세포화 장치는 실제장기에서 박동에너지를 20%이상을 발생시킬 수 있는 것으로 보여지고, 박동에너지에 의한 탈세포화방법이 세포를 효과적으로 제거할 것을 보여준다.
- 폐 순환모델을 이용한 실험에서 모델에 주입하는 순환액의 압력은 모두 동일하게 24.33 ± 0.25 mmHg를 유지하도록 조정하였고, 실험과정에서 항상 동일한 크기로 유지되는 것을 확인하였다.
- 35 mmHg 였으며클램프의 조절에 따라 의미 있는 차이는 보이지 않았다. 폐순환 모델 내부의 평균 압력의 변화는 23.36, 17.1, 10.63,5.39 mmHg으로 클램프의 조절에 의해서 차이를 보였으며,펌프 유량도 100%, 75%, 50%, 25%에서 각각 16.38,14.93, 12.1, 9.42 ml/min으로 클램프의 조절에 의한 저항의 증가에 따라 차이를 보였다. 폐 모델의 경우 클램프의 조절에 의한 내부 저항이 증가함에 따라 평균압력이 감소하고 평균유량이 감소하는 것을 나타낸다.
후속연구
- 본 연구에서 사용한 폐 순환모델은 단순한 구조를 갖추고 있기 때문에 장기 종류가 다른 경우에도 쉽게 제작이 가능하고, 실제 장비에 연결할 수 있도록 제작되었기 때문에 새로운 장치의 특성과 성능을 평가, 비교하기에 용이하다. 특히, 박동성 에너지는 단순한 압력, 유량의 변화로 측정할 수 없기 때문에 다른 실험 조건과 비교하는 것이 용이하지 않은데, 본 연구에서 제시한 EEP 측정 결과를 이용하면 EEP를 측정한 다른 연구 결과와 비교, 분석이 가능할 것이다.
- 본연구는 EEP가 높은 박동 순환액에서 세포가 더 빨리 제거되는 것을 보여주었는데 특히 실험과정에서 측정한 EEP는세포가 혈관을 막아서 순환액이 흐르지 않을 때 감소하고,탈세포화가 충분히 진행되어 세포가 존재하지 않을 때 감소하였으며 세포가 효율적으로 제거되는 시점에서 EEP가 증가하는 것을 보여 주었기 때문에 EEP를 이용하여 탈세포화 과정을 평가하는 것이 가능하다. 본 연구에서 체외 실험은 관의 내경을 조절하여 저항성을 조절하는 방식을 사용하였으나 생체 장기에서는 혈관의 내경을 자유롭게 조절할 수 없는 문제점이 있다. 그런데 Poiseuille의 법칙에 따르면 저항성은 용액의 점성에 비례하기 때문에 이론적으로는 점성을 조절하는 방식을 사용하여 저항성을 조절할 수 있다.
- 그런데 Poiseuille의 법칙에 따르면 저항성은 용액의 점성에 비례하기 때문에 이론적으로는 점성을 조절하는 방식을 사용하여 저항성을 조절할 수 있다. 본연구는 동일한 농도의 SDS 용액만을 사용했기 때문에 현재의 실험 결과로 점성이 탈세포화에 미치는 영향을 보여줄 수 없으나 향후 화학적 영향을 주지 않고 점성을 조절할 수 있는 방법을 찾아서 추가적인 실험을 진행할 필요가 있다
- 본 연구에서 사용한 폐 순환모델은 단순한 구조를 갖추고 있기 때문에 장기 종류가 다른 경우에도 쉽게 제작이 가능하고, 실제 장비에 연결할 수 있도록 제작되었기 때문에 새로운 장치의 특성과 성능을 평가, 비교하기에 용이하다. 특히, 박동성 에너지는 단순한 압력, 유량의 변화로 측정할 수 없기 때문에 다른 실험 조건과 비교하는 것이 용이하지 않은데, 본 연구에서 제시한 EEP 측정 결과를 이용하면 EEP를 측정한 다른 연구 결과와 비교, 분석이 가능할 것이다.
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