작은 이식형 센서는 오레곤 대학교 연구원들이 심각한 뼈 부상으로부터 회복 과정을 최적화하는 데 도움을 주고 있습니다.

UO의 Phil 및 Penny Knight 캠퍼스 과학자들은 과학적 영향력을 가속화하기 위해 부상 현장에서 일어나는 일에 대한 실시간 데이터를 전송하는 소형 이식형 센서를 개발했습니다. 새로운 연구에서 그들은 기술을 사용하여 저항 훈련 재활 프로그램이 단 8주 만에 쥐의 대퇴골 부상을 크게 개선할 수 있음을 보여주었습니다.

센서는 뼈의 기계적 특성에 대한 창을 제공하여 과학자들에게 치유 과정에 대한 자세한 지속적인 데이터를 제공합니다. 언젠가 인간에게 구현된다면 의사는 개별 환자에게 재활 프로그램을 더 잘 맞춤화하고 진행 상황을 모니터링하고 운동을 조정할 수 있게 될 것입니다.

이 작업은 Knight Campus의 Bob Guldberg, Nick Willett 및 Kit Ghee Wong 연구실 간의 협력으로 이루어졌으며 Wu Tsai Human Performance Alliance에서 부분적으로 자금을 지원 받았습니다. 연구진은 12월 12일자 NPJ 재생 의학 저널에 자신들의 연구 결과를 설명했습니다.

우리의 데이터는 뼈 구조, 뼈 치유 강도 및 기계적 특성의 완전한 회복을 부상 전 수준으로 촉진하는 유망한 치료법으로서 조기 예방 재활을 뒷받침합니다.”

Knight Campus의 이사이자 논문의 수석 저자인 Bob Guldberg

부상 후 운동은 “골디락스(Goldilocks)” 원칙을 따른다는 것이 오랫동안 이해되어 왔습니다. 즉, 너무 적거나 너무 많으면 회복을 방해할 수 있지만 적절한 양은 치유를 향상시킬 수 있습니다.

최적의 회복에 필요한 정확한 운동 유형과 강도를 식별하는 것은 어려울 수 있습니다. 특히 운동은 환자마다 다르기 때문에 더욱 그렇습니다.

Knight Campus에서 개발된 특수 센서는 회복 중에 치유되는 뼈 내부에서 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 창을 제공함으로써 이를 변화시키는 데 도움을 줄 수 있습니다. 원래 Wong 연구소와 Guldberg 연구소의 협력으로 개발된 이 센서는 최근 박사 과정을 졸업한 Kylie Williams에 의해 추가로 개발되었습니다.

연구원들은 센서를 사용하여 특정 유형의 회복 운동인 저항 달리기가 뼈 회복을 개선하기 위해 올바른 기계적 자극을 제공할 수 있는지 테스트하는 것을 목표로 했습니다. 이를 위해 그들은 런닝머신의 경사를 높이는 것과 유사한 저항을 추가하는 쥐의 운동 바퀴용 맞춤형 브레이크를 만들었습니다.

대퇴골 부상을 입고 센서가 이식된 쥐는 일반 운동 바퀴 또는 수정된 저항 운동 바퀴를 사용하여 달렸습니다. 센서는 운동 전반에 걸쳐 스트레인 데이터를 전송하여 연구자들이 회복 중 뼈 세포의 기계적 환경을 엿볼 수 있도록 합니다.

8주간의 연구에서 연구자들은 손상된 대퇴골의 치유 과정을 모니터링한 결과 저항 훈련을 받은 쥐가 정적 또는 비저항 조건에 비해 뼈 치유의 초기 징후를 보이는 것을 발견했습니다. 8주간의 회복 기간이 끝난 후 모든 그룹은 -; 정주성, 비저항성 및 저항성 훈련 -; 뼈 치유가 나타났습니다.

그러나 저항 훈련을 받은 동물은 조직의 밀도가 더 높아 저항 재활이 뼈 형성을 향상시킨다는 것을 나타냅니다. 실제로, 저항 훈련을 받은 쥐의 손상된 뼈는 손상되지 않은 뼈와 비슷한 회전력 및 강성과 같은 기계적 특성을 나타냈습니다.

이는 추가적인 약물이나 생물학적 자극제 없이도 저항 훈련이 회복을 향상시킨다는 것을 의미한다고 Guldberg는 말했습니다.

뼈 성장을 촉진하는 분자인 BMP와 같은 생물학적 제제는 재생 연구에 자주 사용됩니다. 그러나 Guldberg 팀은 저항 훈련만으로 완전한 기능 회복을 보여주면서 임상 적용 가능성을 강조했습니다.

“이 연구의 가장 인상적인 측면 중 하나는 저항성 재활이 생물학적 자극 없이 8주 만에 대퇴골을 정상 강도로 재생할 수 있다는 점이며, 이에 대해 우리는 정말 기대하고 있습니다”라고 연구의 수석 저자인 Williams는 말했습니다.

연구의 한계는 모든 동물이 실험 전반에 걸쳐 일정한 수준의 저항을 받았다는 것입니다. 그러나 Guldberg 연구실의 연구원들은 현재 치유 주간 동안 재활 강도 수준을 높이거나 낮추는 것이 뼈 재생에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 조사하고 있습니다.

이번 연구는 생쥐를 대상으로 실시되었지만, 연구팀은 데이터 기반 재활이 근골격 부상을 입은 인간 환자의 치유를 개선하는 데에도 사용될 수 있기를 바라고 있습니다. 이러한 목표를 위해 Knight Campus 스타트업 회사인 Pendera Technologies는 배터리가 없는 디자인과 웨어러블 모니터를 포함하여 인간 환자의 사용을 지원하는 이식형 센서를 더욱 개선하기 위해 노력하고 있습니다. Williams는 12월에 졸업한 후 Wong 박사와 성장하는 Penderia 팀에 합류하여 이 연구에 사용된 전임상 스트레인 센서의 임상적 해석을 더 자세히 탐구할 것입니다.

“우리는 이 연구가 언젠가 임상 환경으로 전환될 수 있기를 희망합니다. 이 센서는 부상 유형과 심각도를 설명하는 개인화된 측정값을 포착하여 재활 결정에 가장 적합한 정보를 제공할 수 있습니다.”라고 Guldberg는 말했습니다.