KR102364686B1 - A Novel Porous Scaffold and Methods for Preparing the Same - Google Patents

A Novel Porous Scaffold and Methods for Preparing the Same Download PDF

Info

Publication number
KR102364686B1
KR102364686B1 KR1020200129849A KR20200129849A KR102364686B1 KR 102364686 B1 KR102364686 B1 KR 102364686B1 KR 1020200129849 A KR1020200129849 A KR 1020200129849A KR 20200129849 A KR20200129849 A KR 20200129849A KR 102364686 B1 KR102364686 B1 KR 102364686B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mesh
collagen
polymer
present
delete delete
Prior art date
Application number
KR1020200129849A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20210042827A (en
Inventor
백우열
노태석
이원재
Original Assignee
주식회사 플코스킨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 플코스킨 filed Critical 주식회사 플코스킨
Priority to PCT/KR2020/013786 priority Critical patent/WO2021071307A1/en
Priority to JP2022518376A priority patent/JP2022552097A/en
Priority to US17/764,513 priority patent/US20220347351A1/en
Publication of KR20210042827A publication Critical patent/KR20210042827A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102364686B1 publication Critical patent/KR102364686B1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/56Porous materials, e.g. foams or sponges
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14Macromolecular materials
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28Materials for coating prostheses
    • A61L27/34Macromolecular materials
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/36Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix
    • A61L27/38Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/58Materials at least partially resorbable by the body
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2400/00Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/18Modification of implant surfaces in order to improve biocompatibility, cell growth, fixation of biomolecules, e.g. plasma treatment
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/10Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of tendons or ligaments
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/34Materials or treatment for tissue regeneration for soft tissue reconstruction

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

본 발명은 우수한 조직 공학적 특성을 지닌 다공성 스캐폴드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 스캐폴드는 간단한 공정으로 제조될 수 있을 뿐 아니라 높은 인장강도와 생체 적합성은 물론 현저히 우수한 세포 생착률을 보임으로써 인공 인대, 복벽 보강용 지지체를 비롯한 다양한 용도의 인체 이식용 지지체 조성물로 유용하게 이용될 수 있다.The present invention relates to a porous scaffold having excellent tissue engineering properties and a method for manufacturing the same. The scaffold of the present invention can be manufactured by a simple process, and has high tensile strength and biocompatibility as well as a remarkably excellent cell engraftment rate. can be used

Description

신규한 다공성 스캐폴드 및 이의 제조방법{A Novel Porous Scaffold and Methods for Preparing the Same} A Novel Porous Scaffold and Methods for Preparing the Same

본 발명은 생체 적합성 다공성 스캐폴드, 이를 포함하는 인체 이식용 지지체 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biocompatible porous scaffold, a support composition for human transplantation comprising the same, and a method for preparing the same.

최근 생체 공학, 재료 공학 및 외과적 수술 분야가 크게 발전하면서 소실된 신체 조직의 대체 및 재생을 목적으로 하는 조직공학이 괄목할만한 발전을 이루고 있다. 조직공학(tissue engineering)은 생명과학과 공학, 의학이 융합되어 생체조직의 구조와 기능 사이의 상관관계를 이해하고 이를 기반으로 손상된 조직이나 장기를 정상적인 조직으로 대체하거나 재생시키기 위해 체내에 이식이 가능한 인공조직을 통해 신체 기능을 유지, 향상 또는 복원하는 것을 목적으로 한다.Recently, as the fields of bioengineering, material engineering, and surgical operation have been greatly developed, tissue engineering for the purpose of replacing and regenerating lost body tissues is making remarkable progress. Tissue engineering is the fusion of life science, engineering, and medicine to understand the correlation between the structure and function of living tissue, and based on this, an artificial implant that can be transplanted into the body to replace or regenerate damaged tissue or organs with normal tissue. It aims to maintain, improve, or restore bodily functions through tissues.

신체 조직의 소실은 퇴행성 질환, 외상, 종양의 외과적 제거 및 특정 선천성 기형 등의 다양한 원인에 기인하는데, 이들은 비가역적으로 소실된 조직의 재생을 통해서만 원상복구가 될 수 있다. 조직 공학을 통해 소실된 조직의 재생을 유도하기 위해서는 우선 생체 조직과 유사한 생분해성 고분자 지지체(스캐폴드)를 제조하는 일이 중요하다. 인체 조직의 재생을 위해 사용되는 지지체 재료의 주된 요건은 조직세포가 재료 표면에 유착하여 3차원적 구조를 가진 조직을 형성할 수 있도록 기질 또는 틀의 역할을 충분히 해내야 하고 이식된 세포와 환자의 세포 사이에 위치하는 중간 장벽으로서의 역할도 할 수 있어야 한다. The loss of body tissues is due to various causes such as degenerative diseases, trauma, surgical removal of tumors, and certain congenital malformations, which can be restored only through the regeneration of irreversibly lost tissues. In order to induce regeneration of lost tissue through tissue engineering, it is important to first prepare a biodegradable polymer scaffold (scaffold) similar to living tissue. The main requirement of the scaffold material used for the regeneration of human tissue is that it should sufficiently play the role of a substrate or frame so that the tissue cells can adhere to the material surface to form a tissue with a three-dimensional structure, and the transplanted cells and the patient It should also be able to act as an intermediate barrier located between cells.

스캐폴드가 대상체에 이식된 후 조직 재생에 필요한 세포의 생착을 유도하고 신생 조직의 형성을 개시하면, 시간이 지남에 따라 소멸되어 새롭게 형성된 조직이 그 공간을 메꾸어야 한다. 이에, 스캐폴드는 외과적 제거가 필요하지 않은 생분해성인 것이 바람직하며, 면역거부, 염증반응 또는 장기적인 섬유성 캡슐화를 유발하지 않으면서 이식편 부피의 수축을 겪지 않고, 보형 이식물처럼 심각한 합병증으로부터 자유로워야 한다. After the scaffold is implanted into a subject, engraftment of cells necessary for tissue regeneration is induced and the formation of a new tissue is initiated, and the newly formed tissue should fill the space as it disappears over time. Therefore, the scaffold is preferably biodegradable that does not require surgical removal, does not undergo immunorejection, inflammatory response, or long-term fibrous encapsulation, does not undergo shrinkage of the graft volume, and is free from serious complications such as prosthetic implants. do.

따라서, 적절한 기간 동안 물리적 지지체 역할을 다한 뒤 자연적으로 사라지면서 효율적으로 조직 재형성을 유도하기 위해 스캐폴드는 생분해성과 함께 일정 수준의 기계적 강도 및 탄성력을 갖추어야 하므로, 이를 위해 가장 적합한 천연 또는 합성 고분자와 가장 적합한 구조를 선정하는 것은 매우 중요한 문제이다. Therefore, after serving as a physical support for an appropriate period, the scaffold must have a certain level of mechanical strength and elasticity along with biodegradability to efficiently induce tissue reformation while disappearing naturally. Choosing the most suitable structure is a very important issue.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.Numerous papers and patent documents are referenced throughout this specification and their citations are indicated. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to more clearly describe the level of the technical field to which the present invention pertains and the content of the present invention.

특허문헌 1. 한국출원 제10-2018-7032731호Patent Literature 1. Korean Application No. 10-2018-7032731

본 발명자들은 충분한 물리적 강도와 우수한 생체 적합성을 가지면서도 비교적 간단한 공정으로 제조될 수 있는 효율적인 조직 재생용 스캐폴드를 개발하기 위하여 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 제 1 중합체로 일정한 크기의 기공을 가지면서 일정한 직경의 스트랜드로 이루어진 망(mesh)형 지지체를 제작한 뒤 그 표면을 제 1 중합체와 상이한 중합체로서 생체 적합성을 가지는 제 2 중합체로 코팅할 경우, 높은 인장강도와 생체 적합성은 물론 현저히 우수한 세포 생착률을 보임으로써 인공 인대, 복벽 보강용 지지체를 비롯한 다양한 용도의 인체 이식용 스캐폴드로 이용될 수 있음을 발견하였으며, The present inventors have made intensive research efforts to develop a scaffold for efficient tissue regeneration that can be manufactured in a relatively simple process while having sufficient physical strength and excellent biocompatibility. As a result, a mesh-type support composed of strands of a constant diameter while having pores of a certain size with the first polymer is manufactured, and then the surface thereof is coated with a second polymer having biocompatibility as a different polymer from the first polymer. In this case, it has been found that it can be used as a scaffold for human transplantation for various purposes, including artificial ligaments and supports for reinforcing the abdominal wall, because of its high tensile strength and biocompatibility as well as a remarkably excellent cell engraftment rate.

아울러 상이한 구조와 기능을 가지는 2가지 생체 적합성 중합체를 3차원적 다공성 구조와 2차원적 다공성 구조로 각각 제조한 뒤 이들을 접합시킬 경우 조직 재생, 상처 치유, 생체 내 결합력의 제공 등의 고유 기능을 유지하면서도 현저히 개선된 물성이 발휘된다는 사실을 발견함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.In addition, when two biocompatible polymers with different structures and functions are prepared into a three-dimensional porous structure and a two-dimensional porous structure, respectively, and then joined, the unique functions such as tissue regeneration, wound healing, and in vivo bonding are maintained. However, by discovering the fact that significantly improved physical properties are exhibited, the present invention has been completed.

따라서 본 발명의 목적은 다공성 스캐폴드 및 이의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a porous scaffold and a method for manufacturing the same.

본 발명의 다른 목적은 상기 다공성 스캐폴드를 포함하는 인체 이식용 지지체를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a support for human transplantation comprising the porous scaffold.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 다공성 스캐폴드의 제조 방법을 제공한다:According to one aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a porous scaffold comprising the steps of:

(a) 제 1 중합체 용액으로부터 0.1 - 0.5 mm2의 기공을 가지고 스트랜드의 직경이 0.1 - 0.3mm인 중합체 메쉬(mesh)를 생성하는 단계;(a) producing a polymer mesh (mesh) having a diameter of 0.1-0.3 mm of the strands having pores of 0.1 - 0.5 mm 2 from the first polymer solution;

(b) 상기 생성된 중합체 메쉬의 표면을 생체 적합성을 가지는 제 2 중합체 용액으로 코팅하는 단계.(b) coating the surface of the resulting polymer mesh with a second polymer solution having biocompatibility.

본 발명자들은 충분한 물리적 강도와 우수한 생체 적합성을 가지면서도 비교적 간단한 공정으로 제조될 수 있는 효율적인 조직 재생용 스캐폴드를 개발하기 위하여 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 제 1 중합체로 0.1 - 0.5 mm2의 기공을 가지면서 0.1 - 0.3mm 직경의 스트랜드로 이루어진 메쉬(mesh)를 제작한 뒤 그 표면을 제 1 중합체와 상이한 중합체로서 생체 적합성을 가지는 제 2 중합체로 코팅할 경우, 높은 인장강도와 생체 적합성은 물론 현저히 우수한 세포 생착률을 보임으로써 인공 인대, 복벽 보강용 지지체를 비롯한 다양한 용도의 인체 이식용 스캐폴드로 이용될 수 있음을 발견하였다. The present inventors have made intensive research efforts to develop a scaffold for efficient tissue regeneration that can be manufactured in a relatively simple process while having sufficient physical strength and excellent biocompatibility. As a result, a mesh (mesh) made of strands having a diameter of 0.1 - 0.3 mm while having pores of 0.1 - 0.5 mm 2 was prepared as the first polymer, and the surface of the second polymer was different from that of the first polymer and had biocompatibility. When coated with a polymer, it was found that it can be used as a scaffold for human transplantation for various purposes, including artificial ligaments and supports for reinforcing the abdominal wall, as it exhibits high tensile strength and biocompatibility as well as a remarkably excellent cell engraftment rate.

본 명세서에서 용어“스캐폴드(scaffold)”는 생체 세포, 구체적으로는 손상된 조직에서 유래한 세포 또는 손상된 조직의 회복에 관여하는 세포를 안착시킴으로써 손상 조직의 회복 및 재생을 촉진하기 위한 조직공학(tissue engineering)적 구조체를 의미한다. 용어“세포의 안착(cell attachment)”은 세포가 고유의 생물학적 활성을 유지한 채 기질 또는 다른 세포에 직접 또는 간접적으로 흡착하는 것을 의미한다. 구체적으로는, 본 발명의 스캐폴드는 단일 메쉬로 이루어진 평면 구조일 수도 있고 복수개의 메쉬가 적층된 3차원 구조일 수도 있다. As used herein, the term “scaffold” refers to tissue engineering for accelerating the recovery and regeneration of damaged tissues by placing living cells, specifically, cells derived from damaged tissues or cells involved in the recovery of damaged tissues. engineering) structure. The term “cell attachment” refers to the direct or indirect adsorption of cells to a matrix or other cells while maintaining their intrinsic biological activity. Specifically, the scaffold of the present invention may have a planar structure consisting of a single mesh or a three-dimensional structure in which a plurality of meshes are stacked.

본 명세서에서 용어“중합체”는 동일하거나 상이한 종류의 단량체가 연속적으로 결합된 합성 또는 천연 고분자 화합물을 지칭한다. 따라서, 중합체에는 단독 중합체(한 종류의 단량체가 중합화된 중합체)와 적어도 2종의 상이한 단량체의 중합에 의해 제조된 혼성중합체를 포함되며, 혼성중합체에는 공중합체(2종의 상이한 단량체로부터 제조된 중합체)와 2종 초과의 상이한 단량체로부터 제조된 중합체를 모두 포함한다.As used herein, the term “polymer” refers to a synthetic or natural high molecular compound in which the same or different types of monomers are continuously combined. Thus, polymers include homopolymers (polymers in which one type of monomer is polymerized) and interpolymers prepared by the polymerization of at least two different monomers, and interpolymers include copolymers (polymers prepared from two different monomers). polymers) and polymers prepared from more than two different monomers.

본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 본 발명에서 이용되는 제 1 중합체는 PCL(polycaprolactone), PLLA(poly(L-lactic acid)), PGA(poly(glycolic acid)), PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)), PLCL(poly(L-Lactide-co-ε-caprolactone)) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된다.According to a specific embodiment of the present invention, the first polymer used in the present invention is PCL (polycaprolactone), PLLA (poly (L-lactic acid)), PGA (poly (glycolic acid)), PLGA (poly (lactic-co) -glycolic acid)), PLCL (poly(L-Lactide-co-ε-caprolactone)), and combinations thereof.

보다 구체적으로는, 상기 제 1 중합체는 PCL(polycaprolactone)이다.More specifically, the first polymer is PCL (polycaprolactone).

본 발명에 따르면, 본 발명의 제 1 중합체는 일정한 두께를 가지는 일정한 간격의 스트랜드가 교차하면서 일정한 크기의 기공(pore)을 가지는 메쉬(mesh)를 형성한다. 상기 기공은 세포의 안착과 증식 및 활성 유지, 조직 재생 시 신생 혈관의 유도 뿐 아니라 메쉬 자체의 기계적 강도 및 탄성력 면에 있어서도 가장 적합한 크기를 가져야 본 발명의 궁극적인 목적인 손상 조직의 회복 및 재생이 효율적으로 달성될 수 있다. 이에, 적합한 기공의 면적은 구체적으로는 0.1 - 0.5 mm2이며, 보다 구체적으로는 0.1 - 0.4 mm2이고, 보다 더 구체적으로는 0.2-0.3 mm2이고, 가장 구체적으로는 약 0.25 mm2이다. According to the present invention, the first polymer of the present invention forms a mesh having pores of a constant size while intersecting the strands at regular intervals having a constant thickness. The pores should have the most suitable size in terms of the seating, proliferation and activity of cells, induction of new blood vessels during tissue regeneration, and mechanical strength and elasticity of the mesh itself so that recovery and regeneration of damaged tissue, which is the ultimate goal of the present invention, is efficient. can be achieved with Accordingly, a suitable pore area is specifically 0.1-0.5 mm 2 , more specifically 0.1-0.4 mm 2 , still more specifically 0.2-0.3 mm 2 , and most specifically about 0.25 mm 2 .

본 명세서에서 용어“기공의 면적”은 제 1 중합체로 제작된 본 발병의 메쉬 구조에서 스트랜드의 교차를 통해 나타나는 반복적인 기공들의 평균 면적을 의미하며, 이러한 면적은 후술하는 제 2 중합체 용액을 이용한 코팅을 수행하기 전에 측정된 면적을 의미한다.As used herein, the term “pore area” refers to the average area of repeated pores appearing through the crossing of strands in the mesh structure of the present invention made of the first polymer, and this area is a coating using a second polymer solution to be described later. Means the area measured before performing

아울러, 적절한 탄성계수와 인장률을 가져 인체 이식용 지지체로서 적합한 물리적 성질을 확보하기 위해서는 상술한 기공 면적과 함께 메쉬를 이루는 스트랜드의 직경이 중요하다. 이에, 적합한 스트랜드의 직경은 구체적으로는 0.1 - 0.3 mm이며, 보다 구체적으로는 0.15 - 0.25mm이고, 가장 구체적으로는 약 0.2 mm이다. In addition, in order to have an appropriate elastic modulus and tensile modulus to secure physical properties suitable as a support for human transplantation, the diameter of the strand forming the mesh together with the above-described pore area is important. Accordingly, the diameter of a suitable strand is specifically 0.1 - 0.3 mm, more specifically 0.15 - 0.25 mm, and most specifically about 0.2 mm.

본 발명의 제 1 중합체 용액으로부터 중합체 메쉬를 생성하는 단계는 당업계에 알려진 다양한 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들어 3D 프린팅법, 염침출법(solvent-casting particulate leaching), 염발포법(gas foaming), 섬유 메쉬/섬유 접착법(fiber meshes/fiber bonding), 상분리법(phase separation), 용융 몰딩법(melt moulding), 동결 건조법(freeze drying) 및 전기 방사법(electrospinning)을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.The step of generating the polymer mesh from the first polymer solution of the present invention may use various methods known in the art, for example, 3D printing method, salt leaching method (solvent-casting particulate leaching), salt foaming method (gas foaming) ), fiber meshes/fiber bonding, phase separation, melt moulding, freeze drying and electrospinning, including, but not limited to it is not

본 발명에 따르면, 본 발명의 스캐폴드는 제 1 중합체 용액으로 제조된 중합체 메쉬(mesh)를 생체 적합성을 가지는 제 2 중합체 용액으로 코팅함으로써 상술한 기계적 강도에 더하여 생체 적합성을 부여한다.According to the present invention, the scaffold of the present invention imparts biocompatibility in addition to the above-described mechanical strength by coating a polymer mesh prepared with a first polymer solution with a second polymer solution having biocompatibility.

본 명세서에서 용어“생체 적합성”은 생체 내에 투여되어 기관의 세포, 조직 또는 체액과 접촉하는 경우 단기적 혹은 장기적 부작용을 일으키지 않는 성질을 의미하며, 구체적으로는 생체조직 또는 혈액과 접촉하여 조직을 괴사시키거나 혈액을 응고시키지 않는 조직적합성(tissue compatibility) 및 항응혈성(blood compatibility) 뿐 아니라 생체 투여 후 일정 기간이 경과한 뒤 소멸되는 생분해성(biodegradability)을 포함하는 의미이다.As used herein, the term “biocompatibility” refers to a property that does not cause short-term or long-term side effects when administered in vivo and in contact with cells, tissues or body fluids of organs, specifically, causes tissue necrosis by contact with living tissues or blood. This includes not only tissue compatibility and blood compatibility that does not coagulate blood, but also biodegradability that disappears after a certain period of time after in vivo administration.

본 명세서에서 용어“생분해성”은 pH 6-8의 생리적 용액(physiological solution)에 노출되었을 때 자연적으로 분해되는 성질을 의미하며, 구체적으로는 생체 내에서 체액, 분해 효소 또는 미생물 등에 의해서 시간의 경과에 따라 분해될 수 있는 성질을 의미한다. 본 발명에서 사용 가능한 생분해성 중합체는 상술한 생분해성을 가지는 고분자라면 어떠한 합성 및 천연 고분자도 적용될 수 있으며, 예를 들어 콜라겐, 젤라틴, 키토산, 하이아론산, 폴리(발레로락톤), 폴리(하이드록시부틸레이트), 폴리(하이드록시발러레이트) 콜라겐, 젤라틴, 키토산, 하이아론산 및 이들의 조합을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. As used herein, the term “biodegradability” refers to the property of being naturally decomposed when exposed to a physiological solution of pH 6-8, specifically, the passage of time by body fluids, degrading enzymes or microorganisms in a living body. It means a property that can be decomposed according to The biodegradable polymer usable in the present invention may be any synthetic or natural polymer as long as it has the above-described biodegradability, for example, collagen, gelatin, chitosan, hyaluronic acid, poly(valerolactone), poly(hydroxy butylate), poly(hydroxyvalerate) collagen, gelatin, chitosan, hyaluronic acid, and combinations thereof.

본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 상기 생체 적합성을 가지는 제 2 중합체는 천연 고분자이며, 보다 구체적으로는 콜라겐이고, 가장 구체적으로는 I형 콜라겐이다.According to a specific embodiment of the present invention, the second polymer having biocompatibility is a natural polymer, more specifically, collagen, and most specifically, type I collagen.

본 발명의 보다 구체적인 구현예에 따르면, 상기 콜라겐 용액은 0.2 - 0.8%(v/v) 농도로 이용되며, 보다 더 구체적으로는 0.3-0.7%(v/v) 농도로 이용되고, 가장 구체적으로는 0.4-0.6%(v/v) 농도로 이용된다.According to a more specific embodiment of the present invention, the collagen solution is used at a concentration of 0.2 - 0.8% (v/v), more specifically, at a concentration of 0.3-0.7% (v/v), most specifically is used at a concentration of 0.4-0.6% (v/v).

본 명세서에서 용어“코팅(coating)”은 대상표면 상에 특정 물질을 개질함으로써 일정한 두께의 새로운 층을 형성하는 것을 의미하며, 대상표면과 코팅 물질은 이온결합 또는 비공유결합을 통해 개질될 수 있다. 용어 "비공유결합"은 흡착(adsorption), 응집(cohesion), 사슬엉킴(entanglement) 및 잡힘(entrapment) 등과 같은 물리적 결합뿐만 아니라, 수소결합 및 반데르발스결합과 같은 상호작용이 단독으로 또는 상기 물리적 결합과 함께 작용하여 발생되는 결합을 포함하는 개념이다. 본 발명에서 제 2 중합체 용액이 중합체 메쉬를 코팅하는 경우 메쉬의 표면을 완전히 둘러싸면서 밀폐된 층을 형성할 수도 있고 부분적으로 밀폐된 층을 형성할 수도 있다. As used herein, the term “coating” refers to forming a new layer of a certain thickness by modifying a specific material on the target surface, and the target surface and the coating material may be modified through ionic or non-covalent bonding. The term "non-covalent bond" refers to physical bonds such as adsorption, cohesion, entanglement and entrapment, as well as interactions such as hydrogen bonds and van der Waals bonds alone or in the above physical bonds. It is a concept that includes a bond generated by acting with a bond. In the present invention, when the second polymer solution coats the polymer mesh, a sealed layer may be formed while completely surrounding the surface of the mesh, or a partially sealed layer may be formed.

본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 본 발명의 방법은 상기 단계 (a) 및 상기 단계 (b) 사이에 상기 중합체 메쉬에 대한 플라즈마 표면처리를 수행하는 단계를 추가적으로 포함한다. According to a specific embodiment of the present invention, the method of the present invention further comprises the step of performing plasma surface treatment on the polymer mesh between the step (a) and the step (b).

본 발명에 따르면, 제 1 중합체로서 PCL(polycaprolactone)과 같은 소수성 고분자를 사용하여 중합체 메쉬를 제작할 경우 소수성 메쉬에 친수성을 부여하는 전처리 과정을 거침으로써 생체 적합성을 가지는 친수성의 제 2 중합체를 균질하게 코팅할 수 있다. 고분자 재료의 표면에 플라즈마 방전을 가하면 기체 반응종이 형성되면서 고분자 표면층과의 반응 및 에너지 전달을 통한 구성원소 결합 절단을 통해 표면의 친수성이 높아진다.According to the present invention, when a polymer mesh is manufactured using a hydrophobic polymer such as PCL (polycaprolactone) as the first polymer, the hydrophilic second polymer having biocompatibility is homogeneously coated by going through a pretreatment process that gives hydrophilicity to the hydrophobic mesh. can do. When plasma discharge is applied to the surface of the polymer material, gas-reactive species are formed, and the hydrophilicity of the surface is increased through reaction with the polymer surface layer and cleavage of elemental bonds through energy transfer.

구체적으로는, 상온의 1.0-0.1 Torr의 중진공 조건 하에서 플라즈마 처리를 할 수 있다 Specifically, plasma treatment can be performed under medium vacuum conditions of 1.0-0.1 Torr at room temperature.

구체적으로는, 상기 플라즈마 표면처리는 45 - 90초간 수행되며, 보다 구체적으로는 50 - 80초간 수행되고, 가장 구체적으로는 50 - 70초간 수행된다. Specifically, the plasma surface treatment is performed for 45 to 90 seconds, more specifically 50 to 80 seconds, and most specifically 50 to 70 seconds.

후술하는 실시예에서 보는 바와 같이, 45초 이상 플라즈마 처리를 한 경우 표면의 친수성을 증가하여 메쉬 표면에 기포가 거의 발생하지 않고 균일한 콜라겐 막이 형성되지만, 90초를 초과할 경우 제 1 중합체 표면에서부터 분자량이 감소되어 기계적 강도가 약해지는 단점이 있다.As will be seen in Examples to be described later, when plasma treatment is performed for 45 seconds or more, the hydrophilicity of the surface is increased, so that a uniform collagen film is formed without almost generating bubbles on the surface of the mesh. There is a disadvantage in that the molecular weight is reduced and the mechanical strength is weakened.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음을 포함하는 다공성 스캐폴드를 제공한다:According to another aspect of the present invention, there is provided a porous scaffold comprising:

(a) 0.1 - 0.5 mm2의 기공을 가지고 스트랜드의 직경이 0.1 - 0.3mm인 제 1 중합체 메쉬(mesh); 및(a) a first polymer mesh having pores of 0.1 - 0.5 mm 2 and a strand diameter of 0.1 - 0.3 mm; and

(b) 상기 제 1 중합체 메쉬의 표면에 코팅된 생체 적합성을 가지는 제 2 중합체. (b) a second polymer having a biocompatibility coated on the surface of the first polymer mesh.

본 발명에서 이용되는 제1 중합체 및 제2 중합체에 대해서는 이미 상술하였으므로, 과도한 중복을 피하기 위해 그 기재를 생략한다.Since the first polymer and the second polymer used in the present invention have already been described above, their description is omitted to avoid excessive overlap.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 다공성 스캐폴드 조성물을 포함하는 인체 이식용 지지체 조성물을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a support composition for human transplantation comprising the porous scaffold composition.

본 명세서에서 용어 "이식"은 수용자에게 이식된 조직 또는 세포의 기능적 완전성을 유지하려는 목적 하에 공여자로부터 수용자에게 생존 조직, 세포 또는 이들을 수용하는 인공 지지체를 전달하는 과정을 의미한다. 따라서, 용어“이식용 지지체”는 생존 조직 또는 세포를 수용자에게 전달하는 과정에서 사용되는 물리적 지지체를 의미한다.As used herein, the term “transplantation” refers to a process of delivering living tissue, cells, or an artificial scaffold for receiving the transplanted tissue or cells from a donor to a recipient for the purpose of maintaining the functional integrity of the transplanted tissue or cells. Accordingly, the term “support for transplantation” refers to a physical support used in the process of delivering living tissue or cells to a recipient.

본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 본 발명의 지지체 조성물은 인대 재건, 두개안면 재건, 상악안면 재건, 흑색종 또는 두경부암의 제거 후 조직 재건, 흉벽 재건, 지연 화상 재건, 골반보강, 생식기 보강 또는 복벽 보강에 사용되는 지지체이며, 보다 구체적으로는 인대 재건 또는 복벽 보강에 사용되는 지지체이다. According to a specific embodiment of the present invention, the scaffold composition of the present invention can be used for ligament reconstruction, craniofacial reconstruction, maxillofacial reconstruction, tissue reconstruction after removal of melanoma or head and neck cancer, chest wall reconstruction, delayed burn reconstruction, pelvic reinforcement, genital reinforcement, or It is a support used for reinforcing the abdominal wall, and more specifically, it is a support used for ligament reconstruction or reinforcement of the abdominal wall.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 본 발명의 상술한 지지체 조성물을 생체 내에 이식하는 단계를 포함하는 조직 재건 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a tissue reconstruction method comprising the step of implanting the above-described scaffold composition of the present invention in vivo.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 생체 적합성을 가지는 제 2 중합체를 함유하는 지지체 표면에 생체 적합성을 가지는 제 1 중합체를 메쉬(mesh) 형상으로 양각(emboss)하는 단계를 포함하는 이중구조 다공성 스캐폴드의 제조 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a dual structure comprising the step of embossing a first polymer having biocompatibility into a mesh shape on the surface of a support containing a second polymer having biocompatibility. A method for manufacturing a porous scaffold is provided.

본 발명자들은 상이한 구조와 기능을 가지는 2가지 생체 적합성 중합체를 3차원적 다공성 구조와 2차원적 다공성 구조로 각각 제조한 뒤 이들을 접합시킬 경우 조직 재생, 상처 치유, 결합력의 제공 등 각 중합체의 고유 기능을 유지하면서도 현저히 개선된 물성이 발휘된다는 사실을 발견함으로써, 본 발명을 완성하였다. The present inventors have prepared two biocompatible polymers having different structures and functions into a three-dimensional porous structure and a two-dimensional porous structure, respectively, and then, when they are joined, the unique functions of each polymer, such as tissue regeneration, wound healing, and provision of bonding strength By discovering the fact that remarkably improved physical properties are exhibited while maintaining the , the present invention has been completed.

본 발명에서 이용되는 제2 중합체에 대해서는 이미 상술하였으므로, 과도한 중복을 피하기 위해 그 기재를 생략한다. 생체 적합성을 가지는 본 발명의 제 2 중합체는 콜라겐일 수 있으며, 이 경우 제 2 중합체를 함유하는 지지체는 콜라겐 스펀지일 수 있다. Since the second polymer used in the present invention has already been described above, the description thereof is omitted to avoid excessive overlap. The second polymer of the present invention having biocompatibility may be collagen, and in this case, the support containing the second polymer may be a collagen sponge.

본 명세서에서 용어“스펀지(sponge)”는 고분자들의 이온결합 또는 공유결합으로 연결된 3차원적 네트워크로 구성되고 물을 분산 매질(dispersion medium)로 하는 해면상의 다공성 물질을 의미한다. 본 발명의 콜라겐 스펀지는 콜라겐에 공동이나 공극을 가지는 해면상 구조체라면 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 콜라겐 용액 또는 분산액을 동결건조하여 제조될 수도 있고, 또는 상용화된 다양한 기성품 콜라겐 스펀지를 구입하여 사용할 수도 있다. As used herein, the term “sponge” refers to a spongy porous material composed of a three-dimensional network connected by ionic or covalent bonds of polymers and using water as a dispersion medium. The collagen sponge of the present invention may be used without limitation as long as it is a spongy structure having voids or pores in collagen, for example, it may be prepared by freeze-drying a collagen solution or dispersion, or various commercially available ready-made collagen sponges may be purchased and used. there is.

본 발명에서 이용되는 제1 중합체에 대해서도 역시 상술하였으므로, 과도한 중복을 피하기 위해 그 기재를 생략한다. 구체적으로는, 본 발명의 제 1 중합체는 PCL (polycaprolactone)일 수 있다.Since the first polymer used in the present invention has also been described above, the description thereof is omitted to avoid excessive duplication. Specifically, the first polymer of the present invention may be PCL (polycaprolactone).

본 발명의 이중구조 다공성 스캐폴드는 제 2 중합체를 함유하는 지지체, 예를 들어 콜라겐 스펀지 표면에 제 1 중합체, 예를 들어 PCL을 메쉬 형태로 양각함으로써 콜라겐 스펀지-PCL의 메쉬의 접합체로 제작될 수 있다. 본 명세서에서 용어“양각(emboss)”은 콜라겐 스펀지 표면에 메쉬 형태가 돌출된 형태로 새겨지도록 PCL 고분자를 스펀지 표면에 접합시키는 과정을 의미한다. The dual structure porous scaffold of the present invention can be fabricated as a conjugate of a collagen sponge-PCL mesh by embossing a first polymer, for example PCL, into a mesh form on a support containing a second polymer, for example, a collagen sponge surface. there is. As used herein, the term “embossing” refers to a process of bonding PCL polymer to the sponge surface so that a mesh shape is engraved on the surface of the collagen sponge in a protruding form.

본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 상기 양각(emboss)은 상기 제 2 중합체를 함유하는 지지체 표면에 3D 프린터를 이용하여 상기 제 1 중합체를 메쉬(mesh) 형상으로 출력함으로써 수행될 수 있다.According to a specific embodiment of the present invention, the embossing may be performed by outputting the first polymer in a mesh shape using a 3D printer on the surface of the support containing the second polymer.

본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 상기 메쉬 형태는 각 스트랜드의 직경이 0.3-0.5mm이고 스트랜드 간의 간격이 0.1-0.3mm이다.According to a specific embodiment of the present invention, in the mesh form, the diameter of each strand is 0.3-0.5 mm and the spacing between the strands is 0.1-0.3 mm.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음을 포함하는 이중구조 다공성 스캐폴드를 제공한다:According to another aspect of the present invention, there is provided a bi-structured porous scaffold comprising:

(a) 생체 적합성을 가지는 제 2 중합체를 함유하는 지지체; 및(a) a support containing a second polymer having biocompatibility; and

(b) 상기 지지체 표면에 접합되고 생체 적합성을 가지는 제 1 중합체 메쉬(mesh).(b) a first polymer mesh bonded to the surface of the support and having biocompatibility.

본 발명에서 이용되는 제1 중합체; 제2 중합체; 지지체; 및 양각 등을 이용하여 제 1 중합체 메쉬를 제 2 중합체 함유 지지체에 접합시키는 과정에 대해서는 이미 상술하였으므로, 과도한 중복을 피하기 위해 그 기재를 생략한다. the first polymer used in the present invention; a second polymer; support; And since the process of bonding the first polymer mesh to the second polymer-containing support using embossing or the like has already been described above, the description thereof will be omitted to avoid excessive overlap.

본 발명의 이중구조 다공성 스캐폴드(예를 들어 콜라겐 스펀지-PCL의 메쉬의 접합체)는 골 조직, 피부 조직 등의 재생 치료에 사용되는 일반적인 콜라겐 스펀지에 비해 인장 강도 및 결합 강도가 우수하면서도 생분해적 특성을 가져, 상처 치유 및 조직 재생에 필요한 기간 동안 인체 내에서 보다 안정적인 결합 기능과 현저히 향상된 고정 기능을 제공한다. The dual structure porous scaffold of the present invention (for example, a collagen sponge-PCL mesh conjugate) has superior tensile and bonding strength and biodegradable properties compared to general collagen sponges used for regenerative treatment of bone and skin tissues, etc. It provides a more stable bonding function and a significantly improved fixation function in the human body for the period required for wound healing and tissue regeneration.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:The features and advantages of the present invention are summarized as follows:

(a) 본 발명은 우수한 조직 공학적 특성을 지닌 다공성 스캐폴드 및 이의 제조 방법을 제공한다.(a) The present invention provides a porous scaffold having excellent tissue engineering properties and a method for manufacturing the same.

(b) 본 발명의 스캐폴드는 간단한 공정으로 제조될 수 있을 뿐 아니라 높은 인장강도와 생체 적합성은 물론 현저히 우수한 세포 생착률을 보임으로써 인공 인대, 복벽 보강용 지지체를 비롯한 다양한 용도의 인체 이식용 지지체 조성물로 유용하게 이용될 수 있다.(b) The scaffold of the present invention can be manufactured by a simple process and exhibits high tensile strength and biocompatibility as well as a remarkably excellent cell engraftment rate. can be usefully used as

도 1은 3d 프린터를 이용하여 제조된 본 발명의 고분자 메쉬를 광학 현미경으로 관찰한 결과를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 고분자 메쉬를 다양한 시간 동안 플라즈마 표면처리를 수행한 뒤 콜라겐을 코팅한 후 발생한 표면의 기포를 보여주는 광학사진이다.
도 3은 콜라겐을 코팅한 메쉬의 거시적 형상을 보여주는 그림이다.
도 4는 콜라겐을 코팅한 메쉬의 미세형상을 보여주는 전자현미경 사진이다.
도 5는 콜라겐을 코팅한 이식용 메쉬와 무세포동종진피의 물리적 강도를 분석한 결과를 보여주는 그림이다.
도 6은 콜라겐의 코팅하지 않은 메쉬(도 6a) 및 0.5% 콜라겐을 코팅한 메쉬(도 6b)의 표면에 존재하는 원소를 EDS(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy, EDAX, USA)를 이용하여 분석한 결과를 각각 나타낸다.
도 7은 콜라겐 코팅 여부에 따른 메쉬의 세포 반응성을 비교하기 위해 세포배양 후 활성 세포를 관찰한 결과(도 7a) 및 이를 정량한 결과(도 7b)를 각각 나타낸다.
도 8은 콜라겐 코팅 여부에 따른 메쉬의 생물학적 안전성을 검증하기 위해 무세포 동종진피와 실험동물의 진피에 각각 6, 12, 20주간 메쉬를 이식 후 조직을 채취하여 메이슨 트리크롬으로 염색한 결과(도 8a)를 나타내며, 이를 토대로 염증반응에 따른 피막의 두께(도 8b)과 생분해에 따른 이식물의 두께(도 8c)를 정량한 결과를 각각 나타낸다.
도 9는 콜라겐 코팅 여부에 따른 메쉬 내부의 혈관(세동맥)의 분포 및 숫자를 검증하기 위해 무세포 동종진피와 동물의 진피에 메쉬를 이식한 뒤 얻은 조직에 대해 면역형광염색을 수행한 결과(도 9a) 및 혈관 수를 정량한 결과(도 9b)를 각각 나타낸다.
도 10은 단일 콜라겐 스펀지와 고분자 메쉬가 직접 프린팅되어 접합된 구조체의 거시적 형상을 보여주는 사진이다.
도 11은 콜라겐 스펀지위에 고분자 메쉬가 프린팅되어 접합된 미세형상을 보여주는 전자현미경 사진이다.
도 12는 콜라겐 스펀지와 이에 고분자 메쉬를 프린팅하여 접합한 구조체의 물리적 특성을 분석한 결과를 보여주는 그림이다.
1 shows the results of observing the polymer mesh of the present invention manufactured using a 3d printer with an optical microscope.
2 is an optical photograph showing the surface bubbles generated after the polymer mesh of the present invention is subjected to plasma surface treatment for various times and then coated with collagen.
3 is a diagram showing the macroscopic shape of the collagen-coated mesh.
4 is an electron micrograph showing the microscopic shape of the collagen-coated mesh.
5 is a diagram showing the results of analyzing the physical strength of the collagen-coated graft mesh and acellular allogeneic dermis.
6 is an analysis of the elements present on the surface of the collagen uncoated mesh (FIG. 6a) and the 0.5% collagen-coated mesh (FIG. 6b) using EDS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy, EDAX, USA). Each result is shown.
7 shows the results of observing active cells after cell culture ( FIG. 7a ) and quantifying them ( FIG. 7b ), respectively, in order to compare the cell reactivity of the mesh according to the collagen coating.
Figure 8 shows the results of staining with Mason's trichrome after transplanting the mesh into the acellular allogeneic dermis and the dermis of experimental animals for 6, 12, and 20 weeks, respectively, in order to verify the biological safety of the mesh according to whether or not collagen is coated (Fig. 8a), and the results of quantification of the thickness of the film according to the inflammatory reaction (FIG. 8B) and the thickness of the implant according to the biodegradation (FIG. 8C) are shown, respectively.
9 is a result of immunofluorescence staining on the tissue obtained after transplanting the mesh into the acellular allogeneic dermis and the animal dermis in order to verify the distribution and number of blood vessels (arterioles) inside the mesh depending on whether or not collagen is coated (Fig. 9a) and the result of quantifying the number of blood vessels (FIG. 9b) are respectively shown.
10 is a photograph showing the macroscopic shape of a structure in which a single collagen sponge and a polymer mesh are directly printed and bonded.
11 is an electron micrograph showing a microstructure bonded to a polymer mesh printed on a collagen sponge.
12 is a diagram showing the results of analyzing the physical properties of a collagen sponge and a structure bonded thereto by printing a polymer mesh.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .

실시예Example

실시예 1: 생분해성 고분자 메쉬의 제조Example 1: Preparation of biodegradable polymer mesh

1-1. 고분자 메쉬의 제작1-1. Fabrication of polymer mesh

3차원 고분자 구조체를 제조하기 위해 3D 프린터(Biobots, USA)를 사용하였으며, 3D 프린팅 기법은 노즐의 직경, 온도, 토출압력, 노즐의 이동속도 등의 조건에 따라 메쉬의 사이즈를 손쉽게 조절할 수 있다. 본 발명자들은 손상된 인대와 복벽을 가장 안정적으로 지탱할 수 있는 디자인으로서 각 스트랜드의 직경이 0.2mm이고 스트랜드 간의 간격이 1.0mm인 메쉬 형태를 선정하였으며(도 1), 원료 고분자로 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, sigma aldrich, USA)을 사용하였다.A 3D printer (Biobots, USA) was used to manufacture the 3D polymer structure, and the 3D printing technique can easily adjust the mesh size according to conditions such as nozzle diameter, temperature, discharge pressure, and nozzle movement speed. The present inventors selected a mesh shape with a diameter of each strand of 0.2 mm and a spacing of 1.0 mm between the strands as a design that can most stably support the damaged ligament and abdominal wall (Fig. 1), and as a raw material polymer, polycaprolactone (Polycaprolactone, sigma aldrich, USA) was used.

고분자 메쉬 제작을 위해 노즐의 직경을 0.1 - 0.5 mm, 노즐 온도를 80 - 90℃, 토출 압력을 50 - 100psi, 노즐의 이동속도를 2 - 5 mm/s로 세팅하였다. 이러한 조건 하에서 제조한 폴리카프로락톤 메쉬를 펀칭 작업을 통해 1.5cm 직경의 원형 시편으로 가공하하였고 이물질을 제거하기 위해 약 30분 동안 70% 에탄올로 세척한 다음 상온에서 2시간 동안 건조하였다.To fabricate the polymer mesh, the diameter of the nozzle was set to 0.1 - 0.5 mm, the nozzle temperature was 80 - 90 °C, the discharge pressure was 50 - 100 psi, and the nozzle movement speed was set to 2 - 5 mm/s. The polycaprolactone mesh prepared under these conditions was processed into a 1.5 cm diameter circular specimen through a punching operation, washed with 70% ethanol for about 30 minutes to remove foreign substances, and then dried at room temperature for 2 hours.

1-2. 고분자 메쉬의 콜라겐 코팅1-2. Collagen coating on polymer mesh

3D 프린팅으로 제조한 폴리카프로락톤 메쉬의 생체 적합성 부여를 위해 메쉬 표면을 콜라겐으로 코팅하였다. 본 발명자들은 콜라겐의 균질한 코팅을 위해 코팅 전 소수성이 강한 폴리카프로락톤에 대해 플라즈마를 이용한 표면처리를 수행함으로써 친수성을 부여하는 전처리 공정을 도입하였다. 가장 먼저 돼지진피에서 추출한 아텔로 콜라겐(제1형, 의료기기 등급, 다림티센, 한국)을 0.5% 농도로 0.5M의 아세트산에 12시간 동안 4℃에서 녹여 콜라겐 용액을 제작하였다. In order to provide biocompatibility of the polycaprolactone mesh prepared by 3D printing, the surface of the mesh was coated with collagen. The present inventors introduced a pretreatment process that imparts hydrophilicity to polycaprolactone with strong hydrophobicity before coating for a homogeneous coating of collagen by performing surface treatment using plasma. First, a collagen solution was prepared by dissolving atelo collagen (type 1, medical device grade, Dalim Thyssen, Korea) extracted from pig dermis in 0.5 M acetic acid at a concentration of 0.5% at 4°C for 12 hours.

최적의 플라즈마 처리시간 탐색 Searching for optimal plasma processing time

가장 효율적인 콜라겐 코팅을 위한 최적의 플라즈마 처리 시간을 선정하고자, 세척 후 건조시킨 메쉬를 슬라이드 글래스에 올린 후 1.0-0.1 Torr의 중진공 조건 하에서 0, 15, 30, 45, 60초 동안 플라즈마 표면처리기(PDC-32G Plasma Cleaner, Harrick Plasma, USA)를 이용하여 폴리카프로락톤 메쉬를 처리하였다. 표면처리 공정 이후, 시편 당 250μl의 콜라겐 용액을 넣어 30분간 4℃에서 메쉬 표면에 콜라겐을 코팅하고, 이를 광학현미경(EVOS®XL Core Cell Imaging System, Thermo Fisher scientific, USA)으로 관찰하였다(도 2). 도 2에서 보는 바와 같이, 플라즈마 표면처리를 하지 않은 콜라겐-코팅 폴리카프로락톤 메쉬는 표면의 강한 소수성으로 인해 콜라겐 코팅이 균일하지 못할 뿐 아니라 메쉬 표면에 많은 기포가 발생되어 있음을 관찰할 수 있었으며, 플라즈마 처리시간을 15초 간격으로 점진적으로 증가시킬수록 기포가 감소하는 경향을 관찰할 수 있었으며, 60초 동안 플라즈마를 한 경우 메쉬 표면에 균일한 콜라겐 코팅 막이 형성되는 것을 관찰할 수 있었다. In order to select the optimal plasma treatment time for the most efficient collagen coating, the mesh after washing and drying is placed on a slide glass and then subjected to a plasma surface treatment machine (PDC) for 0, 15, 30, 45, 60 seconds under medium vacuum conditions of 1.0-0.1 Torr. -32G Plasma Cleaner, Harrick Plasma, USA) was treated with polycaprolactone mesh. After the surface treatment process, 250 μl of collagen solution per specimen was put and collagen was coated on the mesh surface at 4° C. for 30 minutes, and this was observed with an optical microscope (EVOS®XL Core Cell Imaging System, Thermo Fisher scientific, USA) (FIG. 2). ). As shown in Fig. 2, it was observed that the collagen-coated polycaprolactone mesh without plasma surface treatment not only had an uneven collagen coating due to the strong hydrophobicity of the surface, but also generated many bubbles on the surface of the mesh, As the plasma treatment time was gradually increased at 15-second intervals, a tendency to decrease bubbles could be observed, and it could be observed that a uniform collagen coating film was formed on the mesh surface when plasma was applied for 60 seconds.

최적의 콜라겐 농도의 탐색 Exploration of optimal collagen concentration

이후, 본 발명자들은 고분자 메쉬가 인체 삽입물로서 갖추어야 할 물성과 생체 적합성 등을 고려하여, 표면에 코팅될 콜라겐의 최적 농도를 평가하고자 하였다. 이를 위해 아텔로 콜라겐을 다양한 농도(0.1, 0.5, 0.75 및 1.0%)로 0.5M의 아세트산에 12시간 동안 4℃에서 녹여 콜라겐 용액을 준비하였고, 60초 간 플라즈마 표면 처리를 수행한 뒤 메쉬 시편에 각각 250 μl씩 넣어 30분간 4℃에서 코팅작업을 진행하였다. 코팅작업을 마친 각 샘플을 12시간 동안 -70℃로 냉각시킨 후 표면에 코팅한 콜라겐의 다공성 표면구조를 만들어주기 위해 24시간에 걸쳐 동결건조기(FreeZone 12 plus, Labconco, USA)를 이용하여 건조시켰다. 이후, 동결건조한 콜라겐 내부에 염의 형태로 존재하는 아세트산을 제거하기 위해 중화작업을 실시하였다. 이를 위해 동결건조를 마친 시편을 무수알코올(Ethanol absolute, Merck KGaA, Germany)를 이용하여 15분 간 4회에 걸쳐 세척한 뒤, 70% 에탄올에 0.5 M의 NaOH(덕산종합과학, 한국)을 녹인 후 15분 간 4회에 걸쳐 아세트산의 중화작업을 실시하였다. 이후, 시편 내에 존재하는 잔량의 NaOH를 제거하기 위해 50% 및 30% 에탄올, 3차 증류수를 이용하여 순차적으로 15분 간 4회에 걸쳐 세척하였다. 세척을 마친 콜라겐-코팅 메쉬를 12시간 동안 -70℃로 냉각시킨 후, 앞서 언급한 바와 같이 24시간에 걸쳐 동결건조기를 이용하여 건조를 시켜 준 후 디지털 카메라(EOS 500D, Canon, Japan)를 이용하여 이미지를 수득하였다(도 3). 그 결과, 0.5% 이상의 농도로 콜라겐을 코팅한 그룹에서 메쉬 표면에 콜라겐이 스펀지 형태로 적층되면서 기공(pore)을 막는 거시적 형상이 관찰되었으며, 이러한 현상은 콜라겐 농도가 증가할수록 심해졌으나, 0.1% 농도의 콜라겐에서는 메쉬의 형태가 온전히 보존되었다. Then, the present inventors tried to evaluate the optimal concentration of collagen to be coated on the surface, taking into consideration the physical properties and biocompatibility that the polymer mesh should have as a human body insert. For this, a collagen solution was prepared by dissolving atelo collagen in various concentrations (0.1, 0.5, 0.75, and 1.0%) in 0.5 M acetic acid at 4° C. for 12 hours, and after plasma surface treatment for 60 seconds, it was applied to the mesh specimen. 250 μl of each was added and coating was carried out at 4° C. for 30 minutes. After the coating was completed, each sample was cooled to -70°C for 12 hours, and then dried using a freeze dryer (FreeZone 12 plus, Labconco, USA) for 24 hours to create a porous surface structure of collagen coated on the surface. . Thereafter, a neutralization operation was performed to remove the acetic acid present in the form of a salt in the freeze-dried collagen. For this, the freeze-dried specimen was washed 4 times for 15 minutes using anhydrous alcohol (Ethanol absolute, Merck KGaA, Germany), and 0.5 M NaOH (Duksan General Science, Korea) was dissolved in 70% ethanol. After that, acetic acid was neutralized 4 times for 15 minutes. Then, in order to remove the residual amount of NaOH present in the specimen, it was sequentially washed 4 times for 15 minutes using 50% and 30% ethanol and tertiary distilled water. After the washed collagen-coated mesh was cooled to -70°C for 12 hours, and dried using a freeze dryer for 24 hours as mentioned above, a digital camera (EOS 500D, Canon, Japan) was used. to obtain an image (FIG. 3). As a result, in the group coated with collagen at a concentration of 0.5% or more, a macroscopic shape blocking pores was observed while collagen was laminated on the mesh surface in the form of a sponge. This phenomenon worsened as the concentration of collagen increased, but 0.1% concentration of collagen, the shape of the mesh was completely preserved.

다음으로는 콜라겐이 코팅된 메쉬의 미세형상을 관찰하기 위해 전자현미경(FE-SEM, MERLIN, Zeiss, Germany)을 이용하여 콜라겐이 코팅된 메쉬의 표면형상을 관찰하였다(도 4). 그 결과, 콜라겐을 코팅하지 않은 메쉬의 경우 각 폴리카프로락톤 스트랜드가 최초 설계대로 약 200μm의 직경을 가지는 것으로 확인되었다. 콜라겐을 코팅한 시편들은 콜라겐의 농도가 0.1 - 0.75%까지 높아질수록 동결건조에 의해 형성된 콜라겐의 기공이 약 500μm에서 20μm까지 감소하였지만, 1.0 %의 콜라겐을 코팅한 시편은 메쉬 표면을 전체적으로 콜라겐이 덮어 기공을 관찰할 수 없었다. 이렇게 형성된 콜라겐의 다공성 구조는 인체 삽입시 초기 세포의 부착과 메쉬 내부로의 혈관형성에 유용한 구조로서, 전자현미경을 이용한 표면관찰 결과로 미루어볼 때, 약 150~300μm의 기공을 가지는 것으로 확인된 0.5%의 콜라겐을 코팅한 메쉬가 생분해성 이식용 메쉬로 가장 적합할 것으로 판단되었다.Next, the surface shape of the collagen-coated mesh was observed using an electron microscope (FE-SEM, MERLIN, Zeiss, Germany) to observe the microscopic shape of the collagen-coated mesh (FIG. 4). As a result, in the case of the mesh not coated with collagen, it was confirmed that each polycaprolactone strand had a diameter of about 200 μm as originally designed. In the collagen-coated specimens, as the collagen concentration increased to 0.1 - 0.75%, the collagen pores formed by freeze-drying decreased from about 500 μm to 20 μm. The stoma could not be observed. The porous structure of collagen thus formed is a useful structure for initial cell adhesion and blood vessel formation into the mesh when inserted into the human body. Judging from the results of surface observation using an electron microscope, 0.5 confirmed to have pores of about 150 to 300 μm % collagen-coated mesh was judged to be most suitable as a biodegradable mesh for transplantation.

실시예 2: 생분해성 메쉬의 특성분석Example 2: Characterization of biodegradable meshes

2-1. 생분해성 메쉬의 물리적 강도 분석2-1. Physical strength analysis of biodegradable meshes

본 발명에서 제작한 생분해성 이식용 메쉬의 물리적 강도를 분석하기 위해 인강강도를 측정하였다. 보다 신뢰성 높은 분석결과 확보를 위해 인체의 연조직 재건을 위해 기성품으로 시판되는 무세포동종진피(CG Derm, 한국)를 비교군으로 설정하여 본 연구진이 개발한 이식용 메쉬와의 강도 비교를 실시하였다. 이를 위해 각 시편을 1cm x 5cm의 직사각형으로 가공 후 30분 간 생리식염수에 적신 뒤 만능시험분석기(Universal Testing Systems, Instron 3360, USA)를 이용하여 초당 1mm의 속도로 시편을 당기며 인장강도를 측정하였다. 그 결과, 기성제품인 무세포동종진피는 50%의 인장률을 보일 때까지 본 발명의 이식용 메쉬에 비해 낮은 탄성력을 보였지만, 124%의 인장률을 보인 지점에서 가장 높은 15.27 MPa의 인장강도를 보였다(도 5). 반면, 본 발명의 이식용 메쉬는 탄성계수와 인장률이 각각 무세포동종진피에 비해 2배와 5배 높아 탄성 복원력이 현저히 우수함을 확인할 수 있었다. 본 발명의 이식용 메쉬의 이러한 높은 탄성복원력은 인대나 복벽부위 등에 물리적 보강을 제공하기 위한 인체 삽입물로서 매우 우수한 특성을 가짐을 보여준다. The tensile strength was measured to analyze the physical strength of the biodegradable graft mesh fabricated in the present invention. In order to secure a more reliable analysis result, ready-made acellular allogeneic dermis (CG Derm, Korea) was set as a comparison group for soft tissue reconstruction of the human body, and the strength was compared with the mesh for transplantation developed by this research team. For this, each specimen is processed into a 1 cm x 5 cm rectangle, soaked in physiological saline for 30 minutes, and then the tensile strength is measured by pulling the specimen at a speed of 1 mm per second using a universal testing system (Universal Testing Systems, Instron 3360, USA). did As a result, the ready-made acellular allogeneic dermis showed lower elasticity than the mesh for transplantation of the present invention until it showed a tensile rate of 50%, but showed the highest tensile strength of 15.27 MPa at the point of showing a tensile rate of 124%. (Fig. 5). On the other hand, the elastic modulus and tensile modulus of the mesh for transplantation of the present invention were 2 times and 5 times higher than those of acellular allogeneic dermis, respectively, and it was confirmed that the elastic restoring force was remarkably excellent. This high elastic restoring force of the mesh for implantation of the present invention shows that it has very excellent properties as a human body insert for providing physical reinforcement to the ligaments or abdominal wall region.

2-2. 생분해성 메쉬의 정성 분석2-2. Qualitative analysis of biodegradable meshes

본 발명의 이식용 메쉬에 콜라겐의 코팅 여부에 따라 표면에 존재하는 원소를 EDS(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy, EDAX, USA)를 이용하여 분석하였다. 그 결과, 콜라겐을 코팅하지 않은 폴리카프로락톤 메쉬는 탄소와 산소의 성분만 검출이 되는 반면, 콜라겐을 표면에 코팅한 시편은 펩타이드 내의 질소가 검출이 되어 전체 원소의 비율 중 12.71%의 질소원소가 존재하는 것을 확인할 수 있었다(도 6). Elements present on the surface were analyzed using EDS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy, EDAX, USA) depending on whether collagen was coated on the mesh for transplantation of the present invention. As a result, in the polycaprolactone mesh not coated with collagen, only carbon and oxygen components were detected, whereas in the specimen coated with collagen, nitrogen in the peptide was detected, so that 12.71% of the nitrogen element among the total element ratio was detected. It could be confirmed that there is (FIG. 6).

2-3. 생분해성 메쉬의 세포 반응성2-3. Cellular Reactivity of Biodegradable Meshes

체외 환경에서 콜라겐을 코팅한 이식용 메쉬와 세포와의 반응성을 평가하기 위해 메쉬 표면에 인간진피 유래 섬유아세포(Human dermal fibroblast, LONZA, USA)를 배양하였다. 앞서 제작한 1.5cm의 직경을 가지는 원형시편들을 24-웰 조직배양 플레이트(TCP, Corning, USA)에 위치시킨 후 70% 에탄올을 넣고 UV 램프 하에서 30분 간 멸균작업을 하였다. 이후 섬유아세포(계대수 4번)를 각 시편에 50,000개씩 씨딩하였으며, 비교군으로 TCP에도 세포를 씨딩한 후, 각 섬유아세포를 7일 동안 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle Medium, 저 글루코스, Gibco, USA)에 10 v/v %의 FBS(Fetal bovine serum, Gibco, USA)와 1 v/v%의 항생제(Gibco, USA)가 혼합된 배지를 사용하여, 37℃에서 5 % 이산화탄소 조건에서 세포를 배양하였다. 이때 세포의 거동분석을 위해 배양시작 후 각각 1일차와 7일차에 걸쳐 Live and dead 어세이(Thermo Fisher scientific, USA)를 실시하여 세포의 생존/증식 거동을 비교분석하였다. 이를 위해 배양종료 시점에 각 시편을 인산완충용액(PBS, Gibco, USA)으로 3회 세척 후, Live and dead 어세이 키트 내에 있는 칼세인 AM과 EthD-1 (Ethidium homodimer-1)을 각각 2 μ및 4 μ농도로 희석하여 각 시편에 넣어준 후 30분 간 상온에서 염색 후 공초점 형광현미경(LSM700, Zeiss,Germany)을 이용하여 염색된 세포를 관찰하고(도 7a) 이를 정량분석하였다(도 7b). 그 결과, 배양 1일차에는 세 그룹의 시편 모두 단위 면적당(1 mm2) 20-30개 사이의 활성도가 높은 세포가 관찰되었으며, 그룹 간의 차이는 없는 것으로 보였다. 하지만, 배양 7일 차에 이르러서는, 콜라겐을 코팅한 이식용 메쉬 그룹이 단위 면적당 콜라겐을 코팅하지 않은 그룹에 비해 7배, TCP에 비해 3배 가량 높은 세포의 수가 관찰되어 콜라겐의 존재 유무에 의해 극명한 세포의 반응 결과를 관찰할 수 있었다. 이는 메쉬 사이에 존재하는 다공성 콜라겐 구조가 세포가 부착되어 증식할 수 있는 공간을 충분히 제공하여 얻은 결과로 보인다. 이에 따라 조직 절개 후 본 발명의 스캐폴드를 인체에 삽입시 초기 섬유아세포를 포함한 다양한 세포들의 부착과 메쉬 내부로의 혈관 형성이 효율적으로 유도될 수 있음을 알 수 있다.Human dermal fibroblasts (LONZA, USA) were cultured on the mesh surface to evaluate the reactivity between the collagen-coated mesh for transplantation and cells in an in vitro environment. After placing the previously prepared circular specimens having a diameter of 1.5 cm on a 24-well tissue culture plate (TCP, Corning, USA), 70% ethanol was added and sterilization was performed for 30 minutes under a UV lamp. After that, fibroblasts (passage number 4) were seeded 50,000 in each specimen, and after seeding TCP as a control group, each fibroblast was incubated with DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium, low glucose, Gibco, USA) for 7 days. Cells were cultured at 37°C under 5% carbon dioxide conditions using a medium mixed with 10 v/v% FBS (Fetal bovine serum, Gibco, USA) and 1 v/v% antibiotic (Gibco, USA). . At this time, for cell behavior analysis, live and dead assays (Thermo Fisher scientific, USA) were performed on the 1st and 7th days after the start of culture, respectively, to compare and analyze the survival/proliferation behavior of cells. To this end, at the end of the culture, each specimen was washed 3 times with a phosphate buffer solution (PBS, Gibco, USA), and 2 μ each of calcein AM and EthD-1 (Ethidium homodimer-1) in the live and dead assay kit were added. And after dilution to a concentration of 4 μ and added to each specimen, after staining at room temperature for 30 minutes, the stained cells were observed using a confocal fluorescence microscope (LSM700, Zeiss, Germany) (FIG. 7a) and quantitatively analyzed (FIG. 7b). As a result, on the first day of culture, 20-30 cells with high activity per unit area (1 mm 2 ) were observed in all three groups of specimens, and there was no difference between the groups. However, by the 7th day of culture, the number of cells in the collagen-coated mesh group for transplantation per unit area was 7 times higher than that of the collagen-uncoated group and 3 times higher than that of TCP. Obvious cellular response results could be observed. This appears to be the result obtained because the porous collagen structure existing between the meshes provides enough space for cells to attach and proliferate. Accordingly, it can be seen that when the scaffold of the present invention is inserted into the human body after tissue dissection, the adhesion of various cells including the initial fibroblasts and the formation of blood vessels into the mesh can be efficiently induced.

실시예 3: 생분해성 메쉬의 생물학적 안전성Example 3: Biological safety of biodegradable mesh

3-1. 생분해성 메쉬의 염증반응 및 생분해 거동3-1. Inflammation and biodegradation behavior of biodegradable mesh

본 발명의 이식용 메쉬에 콜라겐의 코팅 여부에 따른 염증반응과 생분해 거동을 평가하기 위해, SD(Sprague Dawley) 랫트(6주령, 숫컷 N=4, Orient Bio, Korea)의 등쪽 피부에 무세포동종진피(두께: 1.5mm, MegaDerm, L&C Bio, Korea)와 함께 메쉬를 이식하여 6주, 12주, 20주차에 랫트를 안락사시켜 조직을 채취한 후 메이슨 트리크롬(sigma aldrich, USA)으로 염색하여 조직의 단면을 광학현미경(CX43, Olympus, Tokyo, Japan)으로 관찰하였다(도 8a). 또한, 이식 주변부의 염증반응(도 8b)과 이식물의 생분해 정도(도 8c)를 분석하였다.In order to evaluate the inflammatory response and biodegradation behavior according to whether collagen is coated on the mesh for transplantation of the present invention, acellular allograft on the dorsal skin of SD (Sprague Dawley) rats (6 weeks old, male N=4, Orient Bio, Korea) After transplanting the mesh together with the dermis (thickness: 1.5mm, MegaDerm, L&C Bio, Korea) and euthanizing the rats at 6 weeks, 12 weeks, and 20 weeks, the tissues were collected and stained with Mason's trichrome (sigma aldrich, USA). The tissue section was observed with an optical microscope (CX43, Olympus, Tokyo, Japan) (FIG. 8a). In addition, the inflammatory response (Fig. 8b) around the graft and the degree of biodegradation of the graft (Fig. 8c) were analyzed.

도 8a에서 보는 바와 같이, 정상조직은 20 주간에 걸쳐 피부의 표피, 진피, 피하조직이 모두 경계면이 명확하게 관찰되었으며, 메쉬와 무세포동종진피가 삽입된 그룹들은 진피 조직 밑에 이식물들이 위치이동 없이 삽입되어 있는 것을 관찰할 수 있었다. 하지만, 무세포동종진피와 달리 메쉬를 삽입한 모든 그룹에서 메쉬에 의해 형성된 다공성 구조 사이 사이에 조직이 채워져 있는 것을 확인할 수 있었지만, 무세포동종진피는 20주차에 과도한 염증반응에 의한 피막이 두껍게 형성되며, 조직과의 박리현상이 관찰되었다. As shown in Figure 8a, in normal tissue, the epidermis, dermis, and subcutaneous tissue of the skin were all clearly observed at the interface for 20 weeks, and in the group in which the mesh and acellular allogeneic dermis were inserted, the implants moved under the dermal tissue. It could be observed that they were inserted without However, unlike the acellular allogeneic dermis, it was confirmed that the tissue was filled between the porous structures formed by the mesh in all groups in which the mesh was inserted. , detachment from the tissue was observed.

앞서 관찰된 염증반응을 분석하기 위해 이식물 주변부에 형성된 피막의 두께를 측정하였다(도 8b). 측정 결과 이식 6주 차에는 무세포 동종진피가 콜라겐이 코팅된 메쉬와 유사한 약 250μm의 피막을 형성되는 것을 관찰할 수 있었으며, 12주차로 갈수록 이식물의 모든 그룹에서 200~280μm의 피막이 형성되어 유사한 수치를 확인할 수 있었다. 하지만, 20 주차에는 무세포 동종진피 그룹이 약 340μm로 두꺼운 피막이 형성된 반면, 메쉬 그룹은 콜라겐의 코팅여부와 관계없이 6주차와 유사한 250μm의 피막이 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 20주차에 관찰한 메이슨 트리크롬의 염색사진의 결과로 미루어볼 때 과도한 염증반응에 의한 현상으로 유추해 볼 수 있다.In order to analyze the previously observed inflammatory response, the thickness of the film formed around the implant was measured (FIG. 8b). As a result of the measurement, at the 6th week of transplantation, it was observed that the acellular allogeneic dermis formed a film of about 250μm similar to the collagen-coated mesh. was able to confirm However, at week 20, it was confirmed that a thick film of about 340 µm was formed in the acellular allodermal group, whereas the film of 250 µm, similar to that of week 6, was maintained in the mesh group regardless of whether or not collagen was coated. Judging from the results of the Mason Trichrome staining photograph observed at the 20th week, it can be inferred that this result is caused by an excessive inflammatory reaction.

다음으로는 이식물들의 생분해 거동을 비교하기 위해 20 주간 각 이식물들의 두께 변화를 측정하였다(도 8c). 6 주차에서는 무세포 동종진피가 최초 삽입한 이식물의 두께에 가까운 99%가 남아 있었지만, 메쉬 그룹은 약 78%가 남아, 약 22%의 두께감소를 확인하였다. 이러한 경향은 12 주차까지 유지가 되며 무세포 동종진피는 92%의 두께가 유지되었지만, 메쉬는 약 70%의 두께가 유지되었다. 하지만, 20 주차에는 무세포 동종진피가 12주차에 비해 급격한 두께 감소가 발생하여 최초 두께 대비 약 45% 만이 남아, 8주 사이에 급격한 생분해가 일어남을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 도 8b에서 보는 바와 같이 20 주차에서 조직 내 삽입된 무세포동종진피의 급격한 생분해에 따른 염증반응으로 이식 주변부의 가장 두꺼운 피막이 형성된 것으로 볼 수 있다.Next, in order to compare the biodegradation behavior of the implants, the thickness change of each implant for 20 weeks was measured ( FIG. 8c ). At week 6, 99% of the acellular allogeneic dermis remained close to the thickness of the first implanted implant, but about 78% remained in the mesh group, confirming a decrease in thickness of about 22%. This trend was maintained until week 12, and the thickness of the acellular allogeneic dermis was maintained at 92%, but the thickness of the mesh was maintained at about 70%. However, at the 20th week, the acellular allogeneic dermis had a rapid decrease in thickness compared to the 12th week, and only about 45% of the original thickness remained, confirming that rapid biodegradation occurred within 8 weeks. As shown in Fig. 8b, it can be seen that, at week 20, the thickest film around the graft was formed due to an inflammatory reaction according to the rapid biodegradation of the acellular allogeneic dermis inserted into the tissue.

3-2. 생분해성 메쉬 내부의 혈관 형성능3-2. Blood vessel formation inside the biodegradable mesh

본 발명의 이식용 메쉬에 콜라겐의 코팅 여부에 혈관형성 유도능 평가를 위해 앞서 채취한 조직을 대상으로 면역염색을 실시하였으며, 세포핵은 4′,6-디아미디노-2-페닐인돌(DAPI,Blue signal, Sigma Aldrich, USA)로 염색하고, 혈관내피세포는 CD31(Red signal, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)로 염색 후 공초점현미경(LSM700, Carl Zeiss, Oberkochen, Germany)을 이용하여 관찰(도 9a)하고(도 9a) 면적당 혈관(세동맥; arterioles)의 개수를 비교정량하였다(도 9b). To evaluate the angiogenesis-inducing ability of the mesh for transplantation of the present invention, whether or not collagen was coated, immunostaining was performed on the previously collected tissue, and the cell nucleus was 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI, Blue signal, Sigma Aldrich, USA), and vascular endothelial cells were stained with CD31 (Red signal, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) using a confocal microscope (LSM700, Carl Zeiss, Oberkochen, Germany). Observation (Fig. 9a) and (Fig. 9a) the number of blood vessels (arterioles) per area was comparatively quantified (Fig. 9b).

도 9a의 형광현미경 사진에서 볼 수 있듯이, 12주차와 20주차에 걸쳐 무세포 동종진피 내에는 불균일한 혈관의 분포가 관찰되는 반면 메쉬를 삽입한 조직은 콜라겐의 코팅 유무에 관계없이 메쉬 내부로까지 혈관이 균일하게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 현상은 20 주차에 급격한 분해가 일어나 두께가 감소하는 무세포 동종진피로 인해 단면적이 감소되어 혈관이 국소적으로 분포된 것으로 유추해 볼 수 있다.As can be seen from the fluorescence micrograph of Fig. 9a, uneven distribution of blood vessels was observed in the acellular allogeneic dermis over the 12th and 20th weeks, whereas the tissue into which the mesh was inserted went to the inside of the mesh regardless of the collagen coating. It was confirmed that the blood vessels were uniformly distributed. This phenomenon can be inferred from the local distribution of blood vessels due to the reduced cross-sectional area due to the acellular allogeneic dermis, which is rapidly decomposed at the 20th week and decreases in thickness.

SD 랫트의 세동맥은 20~40μm의 직경을 가지는 것으로 알려져 있으며 면역형광염색을 통해 단위 면적(mm2)당 세동맥의 직경조건을 충족시키는 혈관 개수를 정량하였다(도 9b). 이식물 삽입 후 12주 차에 무세포 동종진피와 메쉬는 유사한 혈관 개수인 약 16개가 관찰된 반면, 콜라겐이 코팅된 메쉬의 경우는 이보다 40%가 많은 약 23개의 혈관이 내부에 분포하는 것을 확인하였다. 이러한 경향은 20 주차까지 유지되어 콜라겐의 코팅이 메쉬 내부로의 혈관 형성을 능동적으로 유도하는 것을 확인하였다.Arterioles of SD rats are known to have a diameter of 20 to 40 μm, and the number of blood vessels satisfying the diameter condition of arterioles per unit area (mm 2 ) was quantified through immunofluorescence staining ( FIG. 9b ). At 12 weeks after implant insertion, it was confirmed that about 16 blood vessels were observed in the acellular allogeneic dermis and mesh, whereas in the case of the collagen-coated mesh, about 23 blood vessels, 40% more than this, were distributed inside. did This trend was maintained until week 20, confirming that the collagen coating actively induces the formation of blood vessels inside the mesh.

실시예 4: 콜라겐 스펀지-고분자 메쉬 접합체의 제조 및 특성 분석Example 4: Preparation and Characterization of Collagen Sponge-Polymer Mesh Conjugate

4-1. 콜라겐 스펀지 제작4-1. Collagen Sponge Making

본 발명의 또 다른 양태로서, 본 발명자들은 고분자 메쉬가 접합된 콜라겐 함유 스펀지를 제작하기 위해 돼지 진피에서 추출한 아텔로 콜라겐(제1형, 의료기기 등급, 다림티센, 한국)을 0.5M의 아세트산에 3.0 wt%의 농도로 용해시켰다. 이후 황동 몰드에 넣은 후 액체질소(-196℃)에 담구어 동결시키고 실시예 1에서 상술한 방법에 따라 24시간 동안 동결건조하였다. 이후 건조된 콜라겐 스펀지를 120℃의 오븐에 24시간 동안 탈수열처리(dehydrothermal treatment, DHT)를 하여 콜라겐 스펀지를 제조하였다(도 10).As another aspect of the present invention, the present inventors have prepared a collagen-containing sponge bonded with a polymer mesh, atelo collagen (Type 1, medical device grade, Dalimthysen, Korea) extracted from pig dermis in 0.5M acetic acid. It was dissolved at a concentration of 3.0 wt%. After being placed in a brass mold, immersed in liquid nitrogen (-196° C.) to freeze and freeze-dried for 24 hours according to the method described above in Example 1. Thereafter, the dried collagen sponge was subjected to dehydrothermal treatment (DHT) in an oven at 120° C. for 24 hours to prepare a collagen sponge ( FIG. 10 ).

4-2. 3D 프린팅을 통한 콜라겐 스펀지 고분자 메쉬의 접합체 제조4-2. Fabrication of Conjugate of Collagen Sponge Polymer Mesh through 3D Printing

제조된 콜라겐 스펀지의 물성을 보강하기 위해, 3D 프린팅 스테이지에 스펀지를 고정시키고, 실시예 1에서 고분자 메쉬 제작을 위해 적용한 프린팅 조건 하에서 각 스트랜드의 직경이 0.4mm이고 스트랜드 간의 간격이 2.0mm인 메쉬 형태로 스펀지 위에 직접 프린팅을 하여 PCL 콜라겐 접합체를 제작하였다(도 10).In order to reinforce the physical properties of the prepared collagen sponge, the sponge is fixed on a 3D printing stage, and under the printing conditions applied for polymer mesh production in Example 1, the diameter of each strand is 0.4 mm and the spacing between the strands is 2.0 mm in the form of a mesh A PCL-collagen conjugate was prepared by direct printing on the sponge (FIG. 10).

다음으로는 콜라겐 스펀지 위에 3D 프린팅을 통해 접하시킨 메쉬 구조체를 전자현미경을 이용하여 표면과 단면 형상을 관찰하였다(도 11). 그 결과, 콜라겐 스펀지 표면에 20 - 200μm의 기공이 형성되었으며, 단면 관찰을 통해 프린팅된 PCL과 콜라겐이 안정적으로 접합된 구조체를 형성하고 있음을 확인하였다.Next, the surface and cross-sectional shape of the mesh structure contacted through 3D printing on the collagen sponge was observed using an electron microscope (FIG. 11). As a result, pores of 20 - 200 μm were formed on the surface of the collagen sponge, and it was confirmed through cross-sectional observation that the printed PCL and collagen form a stably bonded structure.

4-3. 콜라겐 스펀지-고분자 메쉬 접합체의 물리적 강도 분석4-3. Analysis of Physical Strength of Collagen Sponge-Polymer Mesh Conjugate

제조된 콜라겐 스펀지-고분자 메쉬 접합체의 물리적 강도를 비교 분석하기 위해, 인장강도 및 인체 고정시 사용하는 봉합사와의 결합강도를 각각 측정하였다. 도 12의 인장강도 측정 결과에서 볼 수 있듯이, 단순 콜라겐 스펀지에 비해 PCL 메쉬가 결합된 본 발명의 접합체는 인장 강도가 약 20배 가량 높고, 인장률 또한 70배 가량 우수한 것을 알 수 있었으며, 탄성계수 또한 10배 정도 높은 것을 확인할 수 있었다. 다음으로는 콜라겐 스펀지와 본 발명의 콜라겐 스펀지-PCL 메쉬 접합체에 각각 봉합사를 통과시켜 봉합사와의 결합강도를 분석한 결과, 단순 콜라겐 스펀지에 비해 강도가 약 56.26KPa에서 496.15KPa로 현저히 증가함을 관찰하였다. 이러한 결과를 통해 콜라겐 스펀지 상에 PCL 중합체를 접하시킨 본 발명의 접합체가 기존 콜라겐 스펀지의 물리적 특성을 비약적으로 개선시키면서 인체 내에서의 안정적 고정 기능을 제공함을 확인할 수 있었다. In order to compare and analyze the physical strength of the prepared collagen sponge-polymer mesh conjugate, tensile strength and bonding strength with a suture used for fixing the human body were measured, respectively. As can be seen from the tensile strength measurement result of FIG. 12, compared to the simple collagen sponge, the conjugate of the present invention bonded with the PCL mesh had about 20 times higher tensile strength and about 70 times better tensile modulus, and the modulus of elasticity. Also, it was confirmed that it was about 10 times higher. Next, as a result of passing the suture through the collagen sponge and the collagen sponge-PCL mesh conjugate of the present invention, respectively, and analyzing the bonding strength with the suture, it was observed that the strength significantly increased from about 56.26KPa to 496.15KPa compared to the simple collagen sponge. did. Through these results, it was confirmed that the conjugate of the present invention in which the PCL polymer was in contact with the collagen sponge provides a stable fixation function in the human body while dramatically improving the physical properties of the existing collagen sponge.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above in detail a specific part of the present invention, for those of ordinary skill in the art, this specific description is only a preferred embodiment, and it is clear that the scope of the present invention is not limited thereto. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (22)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 콜라겐 용액 또는 분산액을 동결 건조하여 수득된 콜라겐 스펀지 표면에 생체 적합성을 가지는 중합체를 메쉬(mesh) 형상으로 양각(emboss)하는 단계를 포함하는 인체 삽입용 이중구조 다공성 스캐폴드의 제조 방법으로서, 상기 양각은 상기 콜라겐 스펀지 표면에 3D 프린터를 이용하여 상기 중합체를 메쉬(mesh) 형상으로 출력함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
A method for manufacturing a double-structured porous scaffold for human insertion, comprising embossing a polymer having biocompatibility on the surface of a collagen sponge obtained by freeze-drying a collagen solution or dispersion in a mesh shape, the embossed Method characterized in that it is performed by outputting the polymer in a mesh shape on the surface of the collagen sponge using a 3D printer.
삭제delete 삭제delete 제 15 항에 있어서, 상기 중합체는 PCL(polycaprolactone), PLLA(poly(L-lactic acid)), PGA(poly(glycolic acid)), PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)), PLCL(poly(L-Lactide-co-ε-caprolactone)) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
16. The method of claim 15, wherein the polymer is polycaprolactone (PCL), poly(L-lactic acid) (PLLA), poly(glycolic acid) (PGA), poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA), poly(PLCL) (L-Lactide-co-ε-caprolactone)) and combinations thereof.
제 18 항에 있어서, 상기 중합체는 PCL(polycaprolactone)인 것을 특징으로 하는 방법.
19. The method of claim 18, wherein the polymer is polycaprolactone (PCL).
삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020200129849A 2019-10-08 2020-10-08 A Novel Porous Scaffold and Methods for Preparing the Same KR102364686B1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2020/013786 WO2021071307A1 (en) 2019-10-10 2020-10-08 Novel porous scaffold and method for manufacturing same
JP2022518376A JP2022552097A (en) 2019-10-10 2020-10-08 Novel porous scaffold and method of making same
US17/764,513 US20220347351A1 (en) 2019-10-08 2020-10-08 Novel porous scaffold and method for manufacturing same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190125136 2019-10-10
KR20190125136 2019-10-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210042827A KR20210042827A (en) 2021-04-20
KR102364686B1 true KR102364686B1 (en) 2022-02-21

Family

ID=75743351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200129849A KR102364686B1 (en) 2019-10-08 2020-10-08 A Novel Porous Scaffold and Methods for Preparing the Same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102364686B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023128177A1 (en) * 2021-12-30 2023-07-06 주식회사 플코스킨 Biocompatible three-dimensional scaffold for tissue restoration

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002204826A (en) 2001-01-11 2002-07-23 Hokkaido Technology Licence Office Co Ltd Artificial substitutive biomembrane
KR101486734B1 (en) 2014-06-30 2015-01-29 경북대학교 산학협력단 Nanofiber mats with polymer frame and method for the preparation thereof, and apparatus thereof
WO2019046684A1 (en) 2017-08-31 2019-03-07 University Of Cincinnati 3d printed spiral for hybrid tracheal replacement scaffolds

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1419791B1 (en) * 2001-07-30 2010-02-24 Japan Tissue Engineering Co., Ltd. Tissue regenerating implanting material
KR101132732B1 (en) * 2008-11-26 2012-04-06 한국과학기술연구원 Intelligent porous biodegradable polymer scaffolds for in situ tissue regeneration and method for the preparation thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002204826A (en) 2001-01-11 2002-07-23 Hokkaido Technology Licence Office Co Ltd Artificial substitutive biomembrane
KR101486734B1 (en) 2014-06-30 2015-01-29 경북대학교 산학협력단 Nanofiber mats with polymer frame and method for the preparation thereof, and apparatus thereof
WO2019046684A1 (en) 2017-08-31 2019-03-07 University Of Cincinnati 3d printed spiral for hybrid tracheal replacement scaffolds

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Inês Sousa et al., "PCL scaffolds with collagen bioactivator for applications in Tissue Engineering", Procedia Engineering(2013) Vol.59 pp. 279 - 284*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210042827A (en) 2021-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Majid et al. Natural biomaterials for cardiac tissue engineering: a highly biocompatible solution
Wolf et al. Naturally derived and synthetic scaffolds for skeletal muscle reconstruction
Bian et al. Evaluation of poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) conduits for peripheral nerve regeneration
Antmen et al. The role of biomaterials and scaffolds in immune responses in regenerative medicine: macrophage phenotype modulation by biomaterial properties and scaffold architectures
US9421305B2 (en) Aligned scaffolding system for skeletal muscle regeneration
DE60214477T2 (en) Implant for the regeneration of cartilage tissue
US11028502B2 (en) Vascular constructs
AU2011341420B2 (en) Tissue engineered blood vessels
KR101889697B1 (en) Muscle tissue regeneration using muscle fiber fragments
US20060153894A1 (en) Multi-compartment delivery system
US20090035349A1 (en) Composite scaffolds and methods using same for generating complex tissue grafts
US7105580B2 (en) Porous structures useful for growing living tissue, and methods of manufacture
CA2591979A1 (en) Tissue engineering devices for the repair and regeneration of tissue
JP6118905B2 (en) New scaffold for cardiac repair patches
JP2008093451A (en) Implant for eye
WO2009134991A2 (en) Tissue engineered blood vessel
US9421229B2 (en) Neural scaffolds
EP2793962A1 (en) Process for modifying the surface morphology of a medical device
Thomas et al. The effect of pulsatile loading and scaffold structure for the generation of a medial equivalent tissue engineered vascular graft
KR102364686B1 (en) A Novel Porous Scaffold and Methods for Preparing the Same
US20220347351A1 (en) Novel porous scaffold and method for manufacturing same
Sabapathy et al. Decellularized amniotic membrane scaffold compared to synthetic PLGA and hybrid scaffolds exhibit superlative biomechanical properties for tissue engineering applications
Ring et al. Analysis of neovascularization of PEGT/PBT-copolymer dermis substitutes in balb/c-mice
EP1644478A2 (en) Multi-staged absorbable nonwoven structures for culturing pancreatic cells
Kimura et al. Fabrication of Decellularized Tissue for Biomedical Application

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant