생물 심박조율기

생물학적 심박조율기는 "심장의 특정 부위에 이식하거나 주입할 때 신체의 자연적인 심박조율기 세포와 유사한 특정한 전기 자극을 생성하는 하나 이상의 세포 구성 요소다.^[1] 생물학적 심장박동기는 심장 차단, 느린 심장박동수, 비동기 심장 심실 수축과 같은 문제에 대해 표시된다.^[2][3]

생물학적 심박조율기는 1950년대 후반부터 인간이 사용해온 인공 심장 심박조율기의 대안으로 고안된 것이다. 성공했음에도 불구하고, 인공 심박조율기의 몇 가지 한계와 문제점은 지난 수십 년 동안 전극 골절이나 절연 손상, 감염, 배터리 교환을 위한 재수술, 정맥 혈전증 등 나타났다. 크기 불일치와 심박조율기가 아이와 함께 자라지 않는다는 사실이 문제가 되는 미숙아 등 어린이들에게 대안의 필요성이 가장 명백하다.^[1] 이러한 많은 문제들을 완화하기 위해 더 생물학적 접근법이 취해졌다. 그러나 이식된 생물학적 심박조율기 세포는 일반적으로 인공 심박조율기로 보완할 필요가 있는 반면 세포는 심장 조직과 필요한 전기적 연결을 형성한다.^[1]

역사

생물학적 심장박동기를 이용한 최초의 성공적인 실험은 독일 하노버 의과대학의 아르장 루파르와르 연구팀이 이식된 태아 심장 근육세포를 이용하여 수행했다. 이 과정은 2001년 애너하임에서 열린 미국심장학회 과학 세션에서 처음 소개됐으며, 2002년 이 결과가 발표됐다.^[4] 몇 달 후, 존스 홉킨스 대학의 Eduardo Marban의 그룹은 기니피그 모델을 사용하여 비공간 성인 심장근육세포에서 페이스메이킹 활동의 생성을 위한 최초의 성공적인 유전자-테라피틱 접근법을 발표했다.^[5] 조사자들은 정상적인 심장 근육 세포에 잠재된 심장 박동 조절 능력을 가정했다. 이 잠재적 능력은 심박조율기 세포에서 발현되지 않는 유전자 Kir2에 의해 인코딩된 내부정위기 칼륨 전류 Ik1에 의해 억제된다. 일정 수준 이하의 Ik1의 특정한 억제에 의해, 심근세포의 자발적 활성화가 진짜 심박조율기 세포의 작용 잠재적 패턴과 유사하게 관찰되었다.

한편 배아줄기세포에서 파생된 심장근육세포, 야생형 심박조율기 전류 I(f)를 인코딩하는 'HCN' 유전자 등 다른 유전자와 세포가 발견됐다. Michael Rosen의 연구팀은 HCN2-전염된 인간 중피줄기세포(HMSC)의 이식이 심장 근세포에서 HCN2 유전자의 과다 압착을 모방하면서 시험관내 및 생체내 기능 HCN2 채널의 발현으로 이어진다는 것을 입증했다.^[6] 2010년 루파르와르 그룹은 생물학적 심장박동기의 한 유형을 다시 시연했는데, 이번에는 '아데닐레이트 사이클라아제' 유전자를 심장 근육에 주입함으로써 생물학적 심장박동기가 만들어질 수 있다는 것을 보여주었다.^[7]

2014년에 TBX18이라는 유전자가 심장마비로 인한 심장 박동수를 빠르게 하기 위해 비침습적으로 적용되었다.^[2] 2015년 보다 최근의 연구는 쥐 심장에서 광유전학적 접근법을 실험해 왔으며, 쥐의 심실 여러 부위에 가벼운 민감성 트랜스젠(Channelroodopsin-2)이 주입되었으며, 더 나아가 푸른 빛 조사에 의해 주사 부위를 동시에 자극할 수 있다.^[3]

참조