KR20200031018A - Epidermis and dermis matrix similar to the real skin and artificial skin comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an artificial epidermal layer, an artificial dermal layer, and artificial skin comprising the same which are similar to biological skin. The present invention comprises an artificial epidermal layer having physical properties similar to those of the biological skin, an artificial dermal layer having biological properties similar to those of the biological skin, and artificial skin in which the artificial epidermal layer and the artificial dermal layer are stacked, thereby providing an artificial skin model having high human correlation.

Description

생체피부와 물리적 및 생물학적으로 유사한 인공 표피층, 인공 진피층 및 이를 포함하는 인공피부{Epidermis and dermis matrix similar to the real skin and artificial skin comprising the same}Artificial epidermis layer, artificial dermis layer and artificial skin comprising the same physically and biologically {Epidermis and dermis matrix similar to the real skin and artificial skin comprising the same}

본 발명은 생체피부와 유사한 물성을 갖는 인공 표피층, 생체피부와 유사한 생물학적 특성을 갖는 인공 진피층 및 상기 인공 표피층 및 인공 진피층이 적층된 인공피부에 관한 것이다.The present invention relates to an artificial epidermal layer having physical properties similar to that of a biological skin, an artificial dermal layer having biological properties similar to a biological skin, and an artificial skin in which the artificial epidermal layer and the artificial dermal layer are stacked.

피부는 자외선, 세균과 같은 생물 작용제(biological agent) 뿐만 아니라 화장품, 계면활성제와 같은 화학물질로부터 내부 장기들을 보호하는 장벽의 역할을 하기 때문에 상기 물질들로 인한 염증 및 알레르기, 과민증 등의 반응이 일어날 수 있다. 상기와 같은 이유로 화장품이나 피부에 사용하는 약물개발 후에는 이들에 대한 유효성 및 안전성 평가가 필요로 하게 되며, 현재 상용되고 있는 평가법은 쥐나 토끼와 같은 동물을 이용한 동물 실험법이다. Skin acts as a barrier that protects internal organs from chemical agents such as cosmetics and surfactants, as well as biological agents such as ultraviolet rays and bacteria, so reactions such as inflammation, allergies, and hypersensitivity to these substances may occur. You can. For the above reasons, after the development of drugs used for cosmetics or skin, it is necessary to evaluate their effectiveness and safety, and the currently used evaluation method is an animal test method using animals such as rats and rabbits.

하지만, 최근 동물윤리를 강조하는 시대적 흐름과 실제 사람과 동물의 피부 사이 차이점에 의한 다수의 실패사례들로 인하여 인간의 피부조직을 모사하는 체외 평가 플랫폼에 대한 많은 연구들이 진행되어 왔고 다양한 피부 모델이 개발되어 상용화되고 있다[F. Groeber et al, Advanced drug delivery reviews 63(4), 352-366 (2011), C.M. Reijnders et al, Tissue engineering. Part A 21(17-18), 2448-59 (2015)]. However, in recent years, many studies have been conducted on the in vitro evaluation platform that simulates human skin tissue due to a number of failures caused by the difference between the real human and animal skin and the trend of emphasizing animal ethics. It has been developed and commercialized [F. Groeber et al, Advanced drug delivery reviews 63 (4), 352-366 (2011), C.M. Reijnders et al, Tissue engineering. Part A 21 (17-18), 2448-59 (2015)].

인간의 피부는 크게 표피층과 진피층으로 구성되어 있다. 상기 표피층은 피부의 바깥쪽을 구성하고 있는 얇은 층으로서(약 90 ㎛), 각질층, 투명층, 과립층, 유극층, 기저층으로 구성되어 있으며, 분화하는 세포인 케라틴세포(keratinocyte)로 이루어져 있는데 이들은 외부 환경으로부터 피부를 보호하기 위해 세포들을 계속 새로운 세포로 교체해준다. Human skin is largely composed of epidermal and dermal layers. The epidermal layer is a thin layer constituting the outer side of the skin (about 90 μm), composed of a stratum corneum, a transparent layer, a granular layer, a polar layer, and a base layer, and composed of keratinocytes, which are cells that differentiate. Cells are constantly replaced with new cells to protect the skin from damage.

상기 표피층 아래에 위치하는 진피층은 콜라겐과 같은 세포외기질이 표피의 15~40배 정도로 두꺼운 층(약 1500 ㎛)으로 형성되어 있으며 혈관, 신경과 같은 다양한 구조물들을 포함하고 있다. 이러한 구조적 특징을 가짐에도 불구하고 대부분의 모델이 진피층을 구성하는 섬유아세포(fibroblast) 또는 표피층을 구성하는 케라틴세포(keratinocyte)를 이용한 2차원적 배양이거나 표피 또는 진피 일부만을 모사하고 있기 때문에 실제 생체피부와는 많은 차이를 보이고 있다. The dermal layer located beneath the epidermal layer is formed of a layer (about 1500 μm) in which the extracellular matrix such as collagen is about 15-40 times thicker than the epidermis, and includes various structures such as blood vessels and nerves. Despite having these structural features, most models are actually two-dimensional cultures using fibroblasts or keratinocytes constituting the epidermal layer, or because they mimic only the epidermis or dermis. And shows a lot of difference.

이에, 본 발명에서는 이러한 한계점을 개선하기 위하여 실제 생체피부의 특징적 구조를 바탕으로 예의 연구 노력한 결과, 표피층과 유사한 구조와 물성을 갖는 고분자를 이용한 다공성 구조의 멤브레인과 진피층과 유사한 물리적, 생물학적 특성을 갖는 하이드로겔로 이루어진 3차원 조직을 복합화시킨 표피층 및 진피층 모사 플랫폼을 완성하였다.Accordingly, in the present invention, in order to improve these limitations, as a result of earnest research efforts based on the characteristic structure of the actual biological skin, the membrane has a physical and biological property similar to the membrane and dermal layer of a porous structure using a polymer having a structure and properties similar to the epidermal layer. The epidermal layer and the dermal layer simulation platform, which is a composite of a 3D tissue made of hydrogel, were completed.

대한민국 등록특허 제1874790호Republic of Korea Registered Patent No. 1874790 대한민국 등록특허 제1846138호Republic of Korea Registered Patent No. 1846138

본 발명의 목적은 생체피부와 유사한 물성을 갖는 인공 표피층을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide an artificial epidermal layer having properties similar to biological skin.

또한, 본 발명의 다른 목적은 생체피부와 유사한 생물학적 특성을 갖는 인공 진피층을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an artificial dermal layer having biological properties similar to biological skin.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 표피층 및 진피층을 포함하여 인체 상관성이 높은 인공피부를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an artificial skin having high human correlation, including the epidermal layer and the dermal layer.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 인공피부를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention to provide a method for manufacturing the artificial skin.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 생체피부와 유사한 인공 표피층은 전기방사된(electrospun) 다공성의 생분해성 고분자; 상기 생분해성 고분자에 코팅된 콜라겐 코팅층; 및 상기 콜라겐 코팅층 상에 케라틴세포(keratinocyte)로 배양된 각질층;을 포함할 수 있다.An artificial epidermal layer similar to the bioskin of the present invention for achieving the above object is an electrospun porous biodegradable polymer; A collagen coating layer coated on the biodegradable polymer; And keratinocytes cultured with keratinocytes on the collagen coating layer.

상기 케라틴세포의 농도는 1X105 내지 5X106 cells/cm2일 수 있으며, 상기 케라틴세포는 32 내지 39 ℃에서 7 내지 28일 동안 배양된 것일 수 있다.The concentration of the keratinocytes may be 1X10 5 to 5X10 6 cells / cm 2 , and the keratinocytes may be cultured at 32 to 39 ° C. for 7 to 28 days.

상기 전기방사된 생분해성 고분자의 두께는 50 내지 120 ㎛일 수 있다.The thickness of the electrospun biodegradable polymer may be 50 to 120 μm.

상기 생분해성 고분자는 폴리카프로락톤(PCL), 락티드, 폴리글리콜산(PGA), 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산)(poly(D,Llactide-co-glycolide); PLGA), 디올/이에시드계 지방족 폴리에스테르, 폴리에스테르-아미드/폴리에스테르-우레탄, 폴리(발레로락톤), 폴리(하이드록시 부티레이트), 폴리(하이드록시 발레레이트), 폴리안하이드리드, 폴리오르토에스터(polyorthoesters), 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리우레탄, 폴리아크릴산 및 폴리-N-이소프로필아크릴아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The biodegradable polymer is polycaprolactone (PCL), lactide, polyglycolic acid (PGA), poly (D, L-lactic acid-co-glycolic acid) (poly (D, Llactide-co-glycolide); PLGA), Diol / acid-based aliphatic polyester, polyester-amide / polyester-urethane, poly (valerolactone), poly (hydroxy butyrate), poly (hydroxy valerate), polyanhydride, polyorthoester ( polyorthoesters), polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyurethane, polyacrylic acid, and poly-N-isopropylacrylamide.

상기 생분해성 고분자는 유기용매에 용해되어 전기방사되는 것일 수 있다.The biodegradable polymer may be dissolved in an organic solvent and electrospun.

상기 유기용매는 헥사플루오루이소프로판올(Hexafluoroisopropanol), THF(tetrahydrofuran), DMF(dimethylformamide), DMSO(dimethylsulfoxide), 클로로포름, 디클로로메탄, 헥산, 디에틸에테르 및 아세토니트릴로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The organic solvent may be at least one selected from the group consisting of hexafluoroisopropanol, THF (tetrahydrofuran), DMF (dimethylformamide), DMSO (dimethylsulfoxide), chloroform, dichloromethane, hexane, diethyl ether and acetonitrile. .

상기 전기방사는 방사거리 15 내지 20 cm, 인젝션 속도 1 내지 10 ml/h 및 전압 5 내지 15 kV의 조건으로 수행될 수 있다.The electrospinning may be performed under conditions of a radiation distance of 15 to 20 cm, an injection speed of 1 to 10 ml / h and a voltage of 5 to 15 kV.

상기 생분해성 고분자는 전기방사 후 산소플라즈마로 후처리될 수 있다.The biodegradable polymer may be post-treated with oxygen plasma after electrospinning.

또한, 상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 생체피부와 유사한 인공 진피층은 콜라겐을 포함하는 하이드로겔에 섬유아세포 및 내피세포를 인캡슐레이션시켜 인공혈관이 형성된 것일 수 있다.In addition, the artificial dermal layer similar to the bioskin of the present invention for achieving the other object described above may be formed by artificial blood vessels by encapsulating fibroblasts and endothelial cells in a hydrogel containing collagen.

상기 하이드로겔은 콜라겐과, 피브린, 헤파린, 카테콜 및 키토산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 추가성분이 1 : 0.5-3의 중량비로 혼합된 것일 수 있다.The hydrogel may be a collagen, fibrin, heparin, catechol, and one or more additional components selected from the group consisting of chitosan in a weight ratio of 1: 0.5-3.

상기 콜라겐과, 상기 추가성분이 혼합된 혼합물의 농도는 1 내지 10 mg/ml일 수 있다.The concentration of the mixture of the collagen and the additional component may be 1 to 10 mg / ml.

상기 섬유아세포 및 내피세포는 1 : 0.2-5의 중량비로 혼합될 수 있다.The fibroblasts and endothelial cells may be mixed in a weight ratio of 1: 0.2-5.

상기 인캡슐레이션된 섬유아세포 및 내피세포가 혼합된 혼합세포의 농도는 1X106 내지 9X107 cells/ml일 수 있다.The concentration of the mixed cells in which the encapsulated fibroblasts and endothelial cells are mixed may be 1X10 6 to 9X10 7 cells / ml.

또한, 상기한 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 생체피부와 유사한 인공피부는 콜라겐을 포함하는 하이드로겔에 섬유아세포 및 내피세포를 인캡슐레이션시켜 인공혈관이 형성된 진피층; 및 상기 진피층 상면에 형성되며, 전기방사(electrospinning)된 다공성의 생분해성 고분자에 코팅된 콜라겐 상에 케라틴세포로 배양된 각질층이 형성된 표피층;을 포함할 수 있다.In addition, the artificial skin similar to the bioskin of the present invention for achieving another object described above is encapsulated fibroblasts and endothelial cells in a hydrogel containing collagen, a dermal layer formed with artificial blood vessels; And an epidermal layer formed on an upper surface of the dermal layer and a keratinocyte cultured keratin layer formed on collagen coated on an electrospinning porous biodegradable polymer.

또한, 상기한 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인공피부의 제조방법은 (A) 생분해성 고분자를 전기방사(electrospinning)시켜 다공성 구조의 멤브레인을 형성하는 단계; (B) 상기 멤브레인의 표면을 콜라겐으로 코팅시키는 단계; (C) 상기 콜라겐이 코팅된 멤브레인 위에서 케라틴세포(keratinocyte)를 배양하여 각질층을 형성시킴으로써 표피층을 수득하는 단계; (D) 콜라겐을 포함하는 하이드로겔 상에 섬유아세포 및 내피세포를 인캡슐레이션시켜 적층시킴으로써 인공혈관이 형성된 진피층을 형성하는 단계; (E) 상기 표피층에서 배양된 면과 상기 진피층의 하이드로겔이 서로 맞닿도록 적층시키는 단계; 및 (F) 상기 진피층과 표피층이 적층된 인공피부를 겔화시키는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the method for producing an artificial skin of the present invention for achieving the above another object is (A) electrospinning (electrospinning) a biodegradable polymer to form a membrane having a porous structure; (B) coating the surface of the membrane with collagen; (C) obtaining a layer of epidermis by culturing keratinocytes on the collagen coated membrane to form a stratum corneum; (D) forming a dermal layer having artificial blood vessels by encapsulating and stacking fibroblasts and endothelial cells on a hydrogel containing collagen; (E) laminating the surface cultured in the epidermal layer and the hydrogel of the dermal layer to contact each other; And (F) gelling the artificial skin in which the dermal layer and the epidermal layer are stacked.

상기 (F)단계 이후에, (G) 상기 겔화된 인공피부에 저장층을 형성하고 상기 저장층에 미디어를 투입한 다음 인공피부를 완전히 겔화시키는 단계; (H) 상기 겔화된 진피층 내부에 채널을 형성한 후 내피세포를 첨가하여 상기 채널을 코팅시키는 단계; (I) 상기 저장층에 배양액을 채우고 배양하는 단계;를 포함할 수 있다.After the step (F), (G) forming a storage layer on the gelled artificial skin, adding media to the storage layer, and then completely gelling the artificial skin; (H) forming a channel inside the gelled dermal layer and then coating the channel by adding endothelial cells; (I) filling the storage layer with a culture medium and culturing.

상기 내피세포는 1X106 내지 9X107 cells/ml의 농도로 첨가될 수 있다.The endothelial cells may be added at a concentration of 1X10 6 to 9X10 7 cells / ml.

또한, 상기한 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 생체피부와 유사한 인공피부는 콜라겐과, 피브린, 헤파린, 카테콜 및 키토산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 추가성분이 1 : 0.5-3의 중량비로 혼합된 혼합물을 1 내지 10 mg/ml의 농도로 함유하는 하이드로겔에 섬유아세포 및 내피세포가 1 : 0.2-5의 중량비로 혼합된 혼합세포를 1X106 내지 9X107 cells/ml의 농도로 인캡슐레이션시켜 인공혈관이 형성된 진피층; 및 상기 진피층 상면에 형성되며, 두께가 50 내지 120 ㎛인 전기방사된 다공성의 생분해성 고분자를 산소플라즈마로 처리하고 콜라겐을 코팅시킨 표피층;을 포함하되,In addition, the artificial skin similar to the biological skin of the present invention for achieving the above another object is at least one additional component selected from the group consisting of collagen, fibrin, heparin, catechol and chitosan in a weight ratio of 1: 0.5-3 The mixed cells in which the fibroblasts and endothelial cells were mixed in a weight ratio of 1: 0.2-5 in a hydrogel containing a mixture of 1 to 10 mg / ml were mixed at a concentration of 1X10 6 to 9X10 7 cells / ml. A dermal layer formed by encapsulation to form artificial blood vessels; It includes; And epidermal layer formed on the upper surface of the dermal layer, the electrospinned porous biodegradable polymer having a thickness of 50 to 120 ㎛ treated with oxygen plasma and coated with collagen;

상기 표피층은 콜라겐이 코팅된 생분해성 고분자 위에 케라틴세포를 1 X 105 내지 5 X 106 cells/cm2의 농도로 첨가하여 32 내지 39 ℃에서 15 내지 25일 동안 배양한 것이며, 상기 전기방사는 방사거리 15 내지 20 cm, 인젝션 속도 1 내지 10 ml/h 및 전압 5 내지 15 kV의 조건으로 수행될 수 있다.The epidermal layer was cultured for 15 to 25 days at 32 to 39 ° C. by adding keratinocytes to a collagen coated biodegradable polymer at a concentration of 1 X 10 5 to 5 X 10 6 cells / cm 2 , and the electrospinning Radiation distance 15 to 20 cm, injection speed of 1 to 10 ml / h and voltage 5 to 15 kV may be performed under the conditions.

본 발명의 인공 표피층은 각질층을 포함하고 있으므로 동물실험 대체 화장품 체외 평가 플렛폼 및 창상피복제 평가 플렛폼 등으로 이용할 수 있다.Since the artificial epidermal layer of the present invention includes a stratum corneum, it can be used as an in vitro evaluation platform for in vitro evaluation of animal experiments and an evaluation platform for wound coating.

또한, 본 발명의 인공 진피층은 인공혈관 조직을 포함하므로 피부질환 모델 유도를 통한 신약 스크리닝 및 화상 치료제 평가 플렛폼 등에 이용할 수 있다.In addition, since the artificial dermal layer of the present invention includes artificial vascular tissue, it can be used for screening new drugs and evaluating image treatment platforms through induction of skin disease models.

또한, 본 발명의 인공피부는 생체피부와 유사한 물리적, 생물학적 특성을 가지고 있을 뿐만 아니라 인공혈관 조직을 가지고 있으므로 생착률과 재생율이 향상된 상처드레싱 및 이식피부로 활용이 가능하다. 또한, 신약 개발 시 복합적인 스크리닝 용도로 사용이 가능할 뿐만 아니라, 피부 미백 검증, 피부 노화 검증 또는 피부 자극 검증용 등으로 사용될 수도 있다.In addition, the artificial skin of the present invention has physical and biological properties similar to that of the biological skin, and also has artificial vascular tissue, so it can be used as wound dressing and implanted skin with improved engraftment rate and regeneration rate. In addition, when developing a new drug, it can be used not only for complex screening, but also for skin whitening verification, skin aging verification, or skin irritation verification.

또한, 본 발명의 인공피부는 실제 생체피부와 유사한 조직을 갖고 있으므로 조직적 변형으로 인한 생리적 변형이나 부작용을 최소화할 수 있다.In addition, since the artificial skin of the present invention has a tissue similar to that of an actual biological skin, it is possible to minimize physiological deformation or side effects due to tissue deformation.

도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 9에 따라 제조된 인공 표피층에 구비된 각질층을 나타낸 형광이미지이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 9에 따라 제조된 인공 표피층에 구비된 각질층을 TUNEL assay로 수행한 단면 이미지이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 인공 표피층에 이용된 멤브레인의 표면 및 단면을 SEM으로 촬영한 사진이며, 도 3b는 도 3a의 멤브레인의 표면을 콜라겐으로 코팅한 멤브레인의 형광이미지이고, 도 3c는 콜라겐으로 코팅된 멤브레인에 케라틴세포를 5일 동안 배양한 표면과 단면을 촬영한 형광이미지이다.
도 4A는 본 발명의 인공 진피층에 이용되는 하이드로겔의 형태를 나타낸 사진이며, 도 4B는 본 발명의 인공 진피층에 이용되는 하이드로겔의 탄성율을 나타낸 그래프이고, 도 4C는 상기 도 4B를 수치로 나타낸 표이다.
도 5A는 제조예에서 제조된 인공 진피층 조직 내에서 섬유아세포(HDFs)의 세포 생존능을 보여주는 형광이미지이며 (green = live cells, red = dead cells), 도 5B는 상기 도 5A의 세포 생존능을 정량적으로 나타낸 그래프이다.
도 6A는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 인공 진피층의 인공혈관 형성 정도를 나타낸 형광 이미지이며(배양 1일), 도 6B는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 인공 진피층의 인공혈관 형성 정도를 나타낸 형광 이미지이고(배양 4일), 도 6C는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 인공 진피층의 인공혈관 형성 정도를 나타낸 형광 이미지이며(배양 7일), 도 6D는 상기 도 6C에서 관찰된 인공혈관의 길이를 측정한 그래프이고, 도 6E는 상기 도 6C에서 관찰된 인공혈관의 면적을 측정한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 인공피부를 제조하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 인공피부의 인공혈관화 조직(RFP-HUVECs), 진피층(HDF) 및 표피층(HaCaT)을 보여주는 형광이미지이며, 도 8b는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 인공피부의 단면적을 보여주는 형광이미지이다.
도 9A는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 인공피부에 FITC-Toner를 처리한 단면을 나타낸 이미지이고, 도 9B는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 인공피부에 FITC-Toner를 처리한 후 FITC-Toner의 투과 깊이를 나타낸 이미지이다.
1 is a fluorescence image showing the stratum corneum provided in the artificial epidermal layer prepared according to Examples 1 to 9 of the present invention.
2 is a cross-sectional image of the stratum corneum provided in the artificial epidermal layer prepared according to Examples 1 to 9 of the present invention by TUNEL assay.
Figure 3a is a photograph taken by SEM of the surface and cross-section of the membrane used in the artificial epidermal layer prepared according to an embodiment of the present invention, Figure 3b is a fluorescent image of the membrane coated with the surface of the membrane of Figure 3a, collagen, Figure 3c is a fluorescent image of the surface and cross-section of keratinocytes cultured for 5 days on a membrane coated with collagen.
Figure 4A is a photograph showing the form of the hydrogel used in the artificial dermal layer of the present invention, Figure 4B is a graph showing the elastic modulus of the hydrogel used in the artificial dermal layer of the present invention, Figure 4C is a figure showing the figure 4B It is a ticket.
Figure 5A is a fluorescent image showing the cell viability of fibroblasts (HDFs) in artificial dermal layer tissue prepared in Preparation Example (green = live cells, red = dead cells), Figure 5B quantitatively shows the cell viability of Figure 5A It is the graph shown.
6A is a fluorescence image showing the degree of artificial blood vessel formation in an artificial dermal layer prepared according to an embodiment of the present invention (1 day of culture), and FIG. 6B shows the degree of artificial blood vessel formation in an artificial dermal layer prepared according to an embodiment of the present invention. It is a fluorescent image shown (4 days of culture), Figure 6C is a fluorescent image showing the degree of artificial blood vessel formation of the artificial dermal layer prepared according to an embodiment of the present invention (culture 7 days), Figure 6D is the artificial observed in Figure 6C It is a graph measuring the length of the blood vessel, and FIG. 6E is a graph measuring the area of the artificial blood vessel observed in FIG. 6C.
7 is a schematic view showing a process of manufacturing an artificial skin according to an embodiment of the present invention.
8A is a fluorescence image showing artificial vascularized tissue (RFP-HUVECs), dermal layer (HDF) and epidermal layer (HaCaT) of artificial skin prepared according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8B is according to an embodiment of the present invention. It is a fluorescence image showing the cross-sectional area of the manufactured artificial skin.
9A is an image showing a cross-section of FITC-Toner on an artificial skin manufactured according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9B is an FITC after processing FITC-Toner on an artificial skin manufactured according to an embodiment of the present invention. -This is an image showing the penetration depth of the toner.

본 발명은 생체피부와 유사한 물성을 갖는 인공 표피층, 생체피부와 유사한 생물학적 특성을 갖는 인공 진피층 및 상기 인공 표피층과 인공 진피층이 적층된 인공피부에 관한 것이다.
The present invention relates to an artificial epidermal layer having physical properties similar to that of a biological skin, an artificial dermal layer having biological characteristics similar to a biological skin, and an artificial skin in which the artificial epidermal layer and the artificial dermal layer are stacked.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

인공 표피층Artificial epidermal layer

본 발명의 인공 표피층은 전기방사된(electrospun) 다공성의 생분해성 고분자; 상기 생분해성 고분자에 코팅된 콜라겐 코팅층; 및 상기 콜라겐 코팅층 상에 케라틴세포(keratinocyte)로 배양된 각질층;을 포함하여 형성된다. 특히, 본 발명의 인공 표피층은 전기방사된 다공성의 생분해성 고분자를 이용하여 생체피부와 유사한 물성을 모사하고, 각질층을 이용하여 생체피부와 유사한 생물학적 특성을 모사한다.The artificial epidermal layer of the present invention includes an electrospun porous biodegradable polymer; A collagen coating layer coated on the biodegradable polymer; And a stratum corneum cultured with keratinocytes on the collagen coating layer. In particular, the artificial epidermal layer of the present invention simulates physical properties similar to biological skin using an electrospun porous biodegradable polymer, and uses a keratinous layer to simulate biological properties similar to biological skin.

상기 인공 표피층은 생분해성 고분자를 특정한 조건의 전기방사로 처리하여 두께가 50 내지 120 ㎛, 바람직하게는 80 내지 100 ㎛가 되도록 얇고 공극의 크기도 작은 다공성의 멤브레인을 제조함으로써 실제 표피층의 조밀한 구조를 모사한다. 이때 공극의 평균입경은 0.01 내지 0.04 mm이다.The artificial epidermal layer is formed by treating a biodegradable polymer with electrospinning under a specific condition to produce a porous membrane having a thickness of 50 to 120 µm, preferably 80 to 100 µm, and having a small pore size, thereby providing a compact structure of the actual epidermal layer. To simulate. At this time, the average particle diameter of the pores is 0.01 to 0.04 mm.

상기 생분해성 고분자는 유기용매에 용해되어 전기방사되는데, 이때 유기용매로는 헥사플루오루이소프로판올(Hexafluoroisopropanol), THF(tetrahydrofuran), DMF(dimethylformamide), DMSO(dimethylsulfoxide), 클로로포름, 디클로로메탄, 헥산, 디에틸에테르 및 아세토니트릴로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 원하는 두께 및 공극크기를 갖는 멤브레인을 제조하는데 바람직하다.The biodegradable polymer is dissolved in an organic solvent and electrospun, wherein the organic solvent is hexafluoroisopropanol (THF), tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO), chloroform, dichloromethane, hexane, di It is preferable to use one or more selected from the group consisting of ethyl ether and acetonitrile to prepare a membrane having a desired thickness and pore size.

상기 전기방사는 방사거리 15 내지 20 cm, 바람직하게는 16 내지 18 cm; 인젝션 속도 1 내지 10 ml/h, 바람직하게는 2 내지 5 ml/h; 및 전압 5 내지 15 kV, 바람직하게는 8 내지 12 kV의 조건으로 수행한다. 전기방사 시 방사거리, 인젝션 속도 및 전압이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 다공성 구조로 멤브레인이 형성되지 않을 뿐만 아니라 실제 피부를 모사할 수 있을 장도로 두께도 얇게 형성되지 않을 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 경도가 낮은 멤브레인이 제공될 뿐만 아니라 공극의 크기가 커져 실제 표피층의 구조를 모사할 수 없다.The electrospinning distance is 15 to 20 cm, preferably 16 to 18 cm; Injection rate 1 to 10 ml / h, preferably 2 to 5 ml / h; And a voltage of 5 to 15 kV, preferably 8 to 12 kV. When the radiation distance, the injection speed and the voltage during electrospinning are less than the lower limit of the preferred range, the membrane may not be formed in a porous structure, and the thickness may not be thin enough to simulate real skin, and the upper limit is exceeded. In this case, not only a membrane having a low hardness is provided, but the pore size is also large, and thus the structure of the actual epidermal layer cannot be simulated.

본 발명에 따른 생분해성 고분자는 전기방사로 처리된 후 산소플라즈마로 처리함으로써 표면의 활성 증가로 인하여 케라틴세포의 부착 정확성, 케라틴세포의 부착량 증가 및 부착 유지 시간이 증가된다. 상기 생분해성 고분자를 전기방사로 처리하지 않고 바로 산소플라즈마로 처리하는 경우에는 케라틴세포의 부착률이 전기방사 후 산소플라즈마로 처리한 경우보다 낮으며 실제 피부와 달리 뻣뻣해지고 표피층에 케라틴세포가 배양되지 않을 수 있다. The biodegradable polymer according to the present invention is treated with electrospinning and then treated with oxygen plasma to increase the adhesion accuracy of keratinocytes, increase the adhesion amount of keratinocytes, and increase the adhesion retention time due to an increase in surface activity. When the biodegradable polymer is directly treated with oxygen plasma instead of electrospinning, the adhesion rate of keratinocytes is lower than that treated with oxygen plasma after electrospinning, and unlike actual skin, keratinocytes are not cultured in the epidermal layer. It may not.

또한, 상기 전기방사가 처리되거나 전기방사 후 산소플라즈마로 처리된 생분해성 고분자의 표면에 콜라겐을 코팅시켜 케라틴세포의 부착률을 향상시킨다. 상기 콜라겐은 EDC/NHS 화학적 방법으로 코팅되는데, 구체적으로 N-하이드록시숙신이미드(NHS)의 존재하에서 N-(3-디메틸아미노프로필)-N-에틸카보디이미드 하이드로클로라이드(EDC)를 사용함으로써 화학적으로 코팅된다.In addition, collagen is coated on the surface of the biodegradable polymer treated with oxygen plasma after electrospinning or electrospinning to improve the adhesion rate of keratinocytes. The collagen is coated by an EDC / NHS chemical method, specifically, N- (3-dimethylaminopropyl) -N-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC) in the presence of N-hydroxysuccinimide (NHS) is used. Thereby chemically coated.

상기 콜리겐이 코팅된 생분해성 고분자 상면에 케라틴세포를 1X105 내지 5X106 cells/cm2, 바람직하게는 7X105 내지 2X106 cells/ml의 농도로 첨가하여 배양시킨다. 케라틴세포의 농도가 바람직한 범위를 벗어나는 경우에는 각질층이 형성되지 않아 실제 표피층과 생물학적으로 유사한 인공 표피층을 형성할 수 없다.The collagen-coated biodegradable polymer is cultured by adding keratinocytes at a concentration of 1X10 5 to 5X10 6 cells / cm 2 , preferably 7X10 5 to 2X10 6 cells / ml. When the concentration of keratinocytes is outside a desired range, an stratum corneum layer is not formed, and thus an artificial epidermal layer biologically similar to an actual epidermal layer cannot be formed.

또한, 상기 케라틴세포는 32 내지 39 ℃, 바람직하게는 35 내지 37 ℃에서 7 내지 28일, 바람직하게는 21 내지 28일 동안 배양된다. 케라틴세포의 배양온도 및 시간이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 각질층이 형성되지 않을 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 각질층이 쉽게 탈락될 수 있다. In addition, the keratinocytes are cultured at 32 to 39 ° C, preferably 35 to 37 ° C for 7 to 28 days, preferably 21 to 28 days. When the culture temperature and time of keratinocytes are less than the lower limit of the preferred range, the stratum corneum may not be formed, and when it exceeds the upper limit, the stratum corneum may be easily removed.

상기 생분해성 고분자로는 폴리카프로락톤(PCL), 락티드, 폴리글리콜산(PGA), 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산)(poly(D,Llactide-co-glycolide); PLGA), 디올/이에시드계 지방족 폴리에스테르, 폴리에스테르-아미드/폴리에스테르-우레탄, 폴리(발레로락톤), 폴리(하이드록시 부티레이트), 폴리(하이드록시 발레레이트), 폴리안하이드리드, 폴리오르토에스터(polyorthoesters), 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리우레탄, 폴리아크릴산 및 폴리-N-이소프로필아크릴아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있으며, 바람직하게는 폴리카프로락톤(PCL)과 폴락티드의 혼합물일 수 있고, 더욱 바람직하게는 폴리카프로락톤(PCL)과 락티드 1 : 1-5의 중량비로 혼합된 혼합물일 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리카프로락톤(PCL)과 락티드 1 : 1-2의 중량비로 혼합된 혼합물일 수 있다. 본 발명에 따른 생분해성 고분자가 상기 보다 바람직한 범위를 만족하는 경우에는 원하는 두께 및 공극크기를 갖는 멤브레인을 제조할 수 있으며, 이에 따라 실제 표피층과 유사한 조직, 물성 및 생물학적 특성을 갖는 표피층 모사체를 제공할 수 있다.The biodegradable polymer includes polycaprolactone (PCL), lactide, polyglycolic acid (PGA), and poly (D, L-lactic acid-co-glycolic acid) (poly (D, Llactide-co-glycolide); PLGA) , Diol / Esidic aliphatic polyester, polyester-amide / polyester-urethane, poly (valerolactone), poly (hydroxy butyrate), poly (hydroxy valerate), polyanhydride, polyorthoester (polyorthoesters), polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyurethane, polyacrylic acid, and one or more selected from the group consisting of poly-N-isopropylacrylamide, preferably, polycaprolactone (PCL) and polylactide It may be a mixture of, and more preferably, a mixture of polycaprolactone (PCL) and lactide 1: 1-5 in a weight ratio, more preferably polycaprolactone (PCL) and lactide 1: 1 Can be a mixture mixed in a weight ratio of -2 The. When the biodegradable polymer according to the present invention satisfies the above-mentioned preferred range, a membrane having a desired thickness and pore size can be prepared, thereby providing an epidermal mimetic having similar tissue, physical and biological properties to the actual epidermal layer. can do.

인공 진피층Artificial dermal layer

본 발명의 인공 진피층은 콜라겐을 포함하는 하이드로겔에 사람의 진피를 구성하는 섬유아세포 및 혈관을 형성하는 내피세포를 인캡슐레이션시켜 인공혈관이 형성된 것이다.The artificial dermal layer of the present invention is an artificial blood vessel formed by encapsulating fibroblasts and blood vessels constituting human dermis into a hydrogel containing collagen.

상기 하이드로겔은 콜라겐과, 피브린, 헤파린, 카테콜 및 키토산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 1 : 0.5-3의 중량비, 바람직하게는 1 : 1-2의 중량비로 혼합된 것이다. 콜라겐을 기준으로 피브린, 헤파린, 카테콜 및 키토산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 실제 진피층과 유사한 물성과 생물학적 특성을 발휘할 수 없으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 실제 진피층에 비하여 물성이 저하될 수 있다.The hydrogel is a mixture of collagen, fibrin, heparin, catechol, and one or more selected from the group consisting of chitosan in a weight ratio of 1: 0.5-3, preferably 1: 1-2. When the content of at least one selected from the group consisting of fibrin, heparin, catechol, and chitosan based on collagen is less than the lower limit of the preferred range, physical properties and biological properties similar to the actual dermal layer cannot be exhibited. Physical properties may be lower than that of the dermal layer.

상기 콜라겐과, 피브린, 헤파린, 카테콜 및 키토산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 추가성분이 혼합된 혼합물의 농도는 1 내지 10 mg/ml, 바람직하게는 3 내지 5 mg/ml이다. 혼합물의 농도가 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 실제 진피층과 유사한 물성의 진피층을 수득할 수 없으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 진피층 내에 함유된 진피형성 세포의 생존이 어려울 수 있다.The concentration of the mixture of one or more additional ingredients selected from the group consisting of collagen, fibrin, heparin, catechol, and chitosan is 1 to 10 mg / ml, preferably 3 to 5 mg / ml. When the concentration of the mixture is less than the lower limit of the preferred range, a dermal layer having properties similar to the actual dermal layer cannot be obtained, and when it exceeds the upper limit, the survival of dermal cells contained in the dermal layer may be difficult.

상기 섬유아세포는 상기 하이드로겔과의 함께 사용되어 실제 진피층과 유사한 물리적, 생물학적 특성을 발휘할 수 있으며, 상기 내피세포는 인공혈관을 형성하여 장기적으로 세포 생존능을 확보하고 섬유아세포와 함께 사용되어 생물학적 특성을 더욱 발휘할 수 있다.The fibroblasts can be used with the hydrogel to exert physical and biological properties similar to the actual dermal layer, and the endothelial cells form artificial blood vessels to secure cell viability in the long term and are used with fibroblasts to achieve biological properties. I can show it more.

상기 섬유아세포 및 내피세포는 함께 인캡슐레이션되어 상기 하이드로겔 위에 적층된다. 섬유아세포 및 내피세포는 1 : 0.2-5의 중량비, 바람직하게는 1 : 0.3-3의 중량비로 혼합되어 인캡슐레이션된다. 섬유아세포를 기준으로 내피세포의 상기 바람직한 범위를 벗어나는 경우에는 혈관이 형성되지 않고, 인공 진피층의 수축을 억제하지 못하여 모델의 안정성을 확보하지 못함으로써 조직적 변형으로 인한 생리적인 변형이나 부작용을 최소화할 수 없을 뿐만 아니라 알레르기 반응과 같은 부작용이 크다.The fibroblasts and endothelial cells are encapsulated together and stacked on the hydrogel. Fibroblasts and endothelial cells are encapsulated by mixing in a weight ratio of 1: 0.2-5, preferably in a weight ratio of 1: 0.3-3. In the case of deviating from the above-mentioned preferred range of endothelial cells based on fibroblasts, blood vessels are not formed, and the contraction of the artificial dermal layer is not suppressed, thereby ensuring the stability of the model, thereby minimizing physiological or side effects due to tissue deformation. Not only is there no side effects, such as allergic reactions.

본 발명의 인공 진피층은 최초 진피층 단면적 100%를 기준으로 단면적 감소율이 25% 이하, 바람직하게는 15% 이하, 더욱 바람직하게는 11% 이하이며, 이는 더 안정적으로 오랜 시간 동안 생체 외에서 배양을 가능하게 할 뿐만 아니라 창상 치유를 위해 생체 내에 적용되었을 때 흉터를 억제할 수 있다. The artificial dermal layer of the present invention has a cross-sectional area reduction rate of 25% or less, preferably 15% or less, more preferably 11% or less, based on 100% of the initial dermal layer cross-sectional area, which enables more stable in vitro culture for a long time. In addition, it can suppress scars when applied in vivo for wound healing.

또한, 상기 인캡슐레이션된 섬유아세포 및 내피세포가 혼합된 혼합세포의 농도는 1X106 내지 9X107 cells/ml, 바람직하게는 2X106 내지 9X106 cells/ml이다. 혼합세포의 농도가 상기 바람직한 범위를 벗어나는 경우에는 혈관형성이 촉진되지 않으며, 제제 침입도 수준(penetration level)이 낮을 뿐만 아니라, 이식피부로 이용 시 상처부위의 혈액공급이 원활하지 않고 실제 피부에 유착이 어려울 수 있다. In addition, the concentration of the mixed cells in which the encapsulated fibroblasts and endothelial cells are mixed is 1X10 6 to 9X10 7 cells / ml, preferably 2X10 6 to 9X10 6 cells / ml. When the concentration of the mixed cells is outside the above-mentioned preferred range, angiogenesis is not promoted, and the penetration level of the agent is low, and when used as an implanted skin, blood supply to the wound is not smooth and adheres to the actual skin. This can be difficult.

또한, 본 발명은 섬유아세포 및 내피세포를 1 : 1-3의 중량비로 혼합하고 상기 혼합된 혼합세포의 농도가 2X106 내지 9X106 cells/ml 이어야만 혈관화가 가능하다.In addition, the present invention can be vascularized only when fibroblasts and endothelial cells are mixed in a weight ratio of 1: 1-3 and the mixed cells have a concentration of 2X10 6 to 9X10 6 cells / ml.

본 발명의 인공피부는 상기 표피층 및 진피층을 포함하여 형성된다.
The artificial skin of the present invention is formed including the epidermal and dermal layers.

또한, 본 발명은 생체피부와 물성이 유사한 인공피부를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.In addition, the present invention is to provide a method for producing artificial skin having similar physical properties to biological skin.

본 발명의 인공피부를 제조하는 방법은 (A) 생분해성 고분자를 전기방사(electrospinning)시켜 다공성 구조의 멤브레인을 형성하는 단계; (B) 상기 멤브레인의 표면을 콜라겐으로 코팅시키는 단계; (C) 상기 콜라겐이 코팅된 멤브레인 위에서 케라틴세포를 배양하여 각질층을 형성시킴으로써 표피층을 수득하는 단계; (D) 콜라겐을 포함하는 하이드로겔 상에 섬유아세포 및 내피세포를 인캡슐레이션시켜 적층시킴으로써 인공혈관이 형성된 진피층을 형성하는 단계; (E) 상기 표피층에서 배양된 면과 상기 진피층의 하이드로겔이 서로 맞닿도록 적층시키는 단계; 및 (F) 상기 진피층과 표피층이 적층된 인공피부를 겔화시키는 단계;를 포함한다.The method of manufacturing the artificial skin of the present invention comprises the steps of (A) electrospinning a biodegradable polymer to form a membrane having a porous structure; (B) coating the surface of the membrane with collagen; (C) obtaining a layer of epidermis by culturing keratinocytes on the collagen-coated membrane to form a stratum corneum; (D) forming a dermal layer having artificial blood vessels by encapsulating and stacking fibroblasts and endothelial cells on a hydrogel containing collagen; (E) laminating the surface cultured in the epidermal layer and the hydrogel of the dermal layer to contact each other; And (F) gelling the artificial skin in which the dermal layer and the epidermal layer are stacked.

또한 상기 (F)단계 이후에, (G) 상기 겔화된 인공피부에 저장층을 형성하고 상기 저장층에 미디어를 투입한 다음 인공피부를 완전히 겔화시키는 단계; (H) 상기 겔화된 진피층 내부에 채널을 형성한 후 내피세포를 첨가하여 상기 채널을 코팅시키는 단계; (I) 상기 저장층에 배양액을 채우고 배양하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, after the step (F), (G) forming a storage layer on the gelled artificial skin, adding a medium to the storage layer, and then completely gelling the artificial skin; (H) forming a channel inside the gelled dermal layer and then coating the channel by adding endothelial cells; (I) filling the storage layer with a culture medium and culturing.

먼저, 상기 (A) 및 (B)단계에서는 생분해성 고분자를 유기용매에 용해시킨 후 전기방사(electrospinning)시켜 두께가 얇은 다공성 구조의 멤브레인을 형성시킨 후 상기 멤브레인을 산소플라즈마로 처리한 다음 멤브레인의 표면을 콜라겐으로 코팅시킨다.First, in steps (A) and (B), the biodegradable polymer is dissolved in an organic solvent, and then electrospinning to form a membrane having a thin porous structure, and then treating the membrane with oxygen plasma, followed by The surface is coated with collagen.

다음으로, 상기 (C)단계에서는 상기 콜라겐이 코팅된 멤브레인 위에 케라틴세포를 뿌리고 32 내지 39 ℃에서 7 내지 28일 동안 배양하여 각질층을 형성시킴으로써 표피층을 수득한다.Next, in step (C), the epidermal layer is obtained by spraying keratinocytes on the collagen-coated membrane and incubating at 32 to 39 ° C for 7 to 28 days to form a stratum corneum.

다음으로, 상기 (D)단계에서는 콜라겐과, 피브린, 헤파린, 카테콜 및 키토산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 포함된 하이드로겔 상에 인캡슐레이션된 섬유아세포 및 내피세포가 혼합된 혼합세포를 적층시켜 진피층을 형성한다.Next, in step (D), the mixed cells in which fibroblasts and endothelial cells encapsulated on a hydrogel containing one or more selected from the group consisting of collagen, fibrin, heparin, catechol, and chitosan are mixed. Laminates form a dermal layer.

다음으로, 상기 (E) 및 (F)단계에서는 상기 표피층에서 배양된 면과 상기 진피층의 하이드로겔이 서로 맞닿도록 적층시킨 후 35 내지 40 ℃에서 10 내지 50분 동안 겔화시킨다.Next, in the steps (E) and (F), the surfaces cultured in the epidermal layer and the hydrogels of the dermal layer were laminated so as to contact each other, and then gelled at 35 to 40 ° C. for 10 to 50 minutes.

다음으로, 상기 (G) 및 (H)단계에서는 상기 겔화된 인공피부에 저장층을 형성하고 상기 저장층에 미디어를 투입한 다음 35 내지 40 ℃에서 20 내지 26시간 동안 겔화시켜 인공피부를 완전히 겔화시킨 후 상기 겔화된 진피층 내부에 채널을 형성하고 상기 채널에 농도가 1X106 내지 9X107 cells/ml, 바람직하게는 6X106 내지 9X106 cells/ml인 내피세포를 첨가하여 0.5 내지 2시간 동안 회전시킴으로써 상기 채널에 내피세포를 코팅시킨 후 상기 저장층에 배양액을 채우고 35 내지 40 ℃에서 20 내지 26시간 동안 배양한다.Next, in steps (G) and (H), a storage layer is formed on the gelled artificial skin, media is added to the storage layer, and then gelled at 35 to 40 ° C. for 20 to 26 hours to completely gel the artificial skin. After forming a channel inside the gelled dermal layer and adding the endothelial cells having a concentration of 1X10 6 to 9X10 7 cells / ml, preferably 6X10 6 to 9X10 6 cells / ml, to the channel to rotate for 0.5 to 2 hours. After coating the channel with endothelial cells, the storage layer is filled with a culture solution and incubated at 35 to 40 ° C for 20 to 26 hours.

특히, 본 발명의 인공피부는 콜라겐과, 피브린, 헤파린, 카테콜 및 키토산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 추가성분이 1 : 0.5-3의 중량비로 혼합된 혼합물을 1 내지 10 mg/ml의 농도로 함유하는 하이드로겔에 섬유아세포 및 내피세포가 1 : 0.2-5의 중량비로 혼합된 혼합세포를 1X106 내지 9X107 cells/ml의 농도로 인캡슐레이션시킨 진피층; 및 상기 진피층 상면에 형성되며, 두께가 50 내지 120 ㎛인 전기방사된 다공성의 생분해성 고분자를 산소플라즈마로 처리하고 콜라겐을 코팅시킨 표피층;을 포함하되,In particular, the artificial skin of the present invention is a mixture of collagen, fibrin, heparin, catechol, and one or more additional components selected from the group consisting of chitosan in a weight ratio of 1: 0.5-3 in a concentration of 1 to 10 mg / ml A dermal layer encapsulated in a concentration of 1X10 6 to 9X10 7 cells / ml of mixed cells in which fibroblasts and endothelial cells are mixed in a weight ratio of 1: 0.2-5 to a hydrogel containing; It includes; And epidermal layer formed on the upper surface of the dermal layer, the electrospinned porous biodegradable polymer having a thickness of 50 to 120 ㎛ treated with oxygen plasma and coated with collagen;

상기 표피층은 콜라겐이 코팅된 생분해성 고분자 위에 표피세포를 1X107 내지 9X108 cells/ml의 농도로 첨가하여 배양한 것이며, 상기 전기방사는 방사거리 15 내지 20 cm, 인젝션 속도 1 내지 10 ml/h 및 전압 5 내지 15 kV의 조건으로 수행하는 것으로서, 상기 모든 조건을 동시에 만족하는 경우에는 상기 모든 조건을 동시에 만족하지 않거나 상기 모든 조건 중 일부분만 만족하는 경우에 비하여 실제 피부와 더욱 유사한 생물학적 특성을 발휘할 수 있으며, 실제 피부 구조와 더욱 유사하므로 인체 상관성이 더욱 향상되어 실험에 이용 시 더욱 정확한 결과를 도출할 수 있다.
The epidermal layer is cultured by adding epidermal cells to a collagen-coated biodegradable polymer at a concentration of 1X10 7 to 9X10 8 cells / ml, and the electrospinning distance is 15 to 20 cm, and the injection rate is 1 to 10 ml / h. And a voltage of 5 to 15 kV. When all of the above conditions are satisfied at the same time, biological characteristics that are more similar to actual skin are exhibited compared to when all of the above conditions are not satisfied at the same time or when only a part of all the conditions are satisfied. Since it is more similar to the actual skin structure, the human correlation can be further improved, resulting in more accurate results when used in experiments.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, a preferred embodiment is provided to help the understanding of the present invention, but the following examples are merely illustrative of the present invention, and it is apparent to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and technical scope of the present invention. It is no wonder that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

[인공[art 표피층]Epidermal layer]

실시예 1 내지 9: 인공 표피층 제조Examples 1 to 9: Preparation of artificial epidermal layer

락티드(L-Lactide)와 ε-Caprolactone의 중량비가 50:50인 PLCL을 1,1,1,3,3,3-Hexafluoroisopropanol(HFIP)에 9 중량%로 용해시킨 후 방사거리 18 cm, 인젝션 속도 3 ml/h, 전압 9 kV의 조건으로 전기방사하여 100 ㎛ 두께의 멤브레인을 제작하고 이를 1 X 1cm 사이즈로 절단하였다. 상기 제조된 멤브레인에 산소 플라즈마 처리(CUTE-B system, FEMTO Science, Korea)를 해준 후 EDC/NHS 화학적 방법을 이용하여 공유결합으로 collagen type I을 코팅하였다(ccPLCL-NFM). 상기 콜라겐이 코팅된 멤브레인 위에 케라틴세포인 HaCaT cells을 각각 4X105 cells/cm2, 7X105 cells/cm2 및 10X105 cells/cm2의 농도로 씨드(seeding)해준 후 각각 1, 2 및 3주 동안 37 ℃에서 인큐베이터로 배양하여 각질층을 형성함으로써 각질층이 구비된 인공 표피층을 수득하였다.
After dissolving PLCL having a weight ratio of 50:50 of L-Lactide and ε-Caprolactone in 9% by weight in 1,1,1,3,3,3-Hexafluoroisopropanol (HFIP), the radiation distance is 18 cm, injection A membrane having a thickness of 100 μm was fabricated by electrospinning at a rate of 3 ml / h and a voltage of 9 kV, and this was cut into a size of 1 X 1 cm. After the oxygen plasma treatment (CUTE-B system, FEMTO Science, Korea) was performed on the prepared membrane, collagen type I was coated with a covalent bond using an EDC / NHS chemical method (ccPLCL-NFM). The HaCaT cells in the keratin cells on the membrane is the collagen-coated with each of 4X10 5 cells / cm 2, a concentration of 7X10 5 cells / cm 2 and 10X10 5 cells / cm 2 seeded (seeding) by 1, 2, and 3 weeks after haejun While incubating at 37 ° C in an incubator to form a stratum corneum, an artificial epidermal layer with a stratum corneum was obtained.

시험예 1: 인공 표피층에 구비된 각질층의 형광이미지 및 TUNEL 분석 이미지Test Example 1: Fluorescence image and TUNEL analysis image of the stratum corneum provided on the artificial epidermal layer

도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 9에 따라 제조된 인공 표피층에 구비된 각질층을 나타낸 형광이미지이며, 도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 9에 따라 제조된 인공 표피층에 구비된 각질층을 TUNEL assay로 수행한 단면 이미지이다.1 is a fluorescent image showing the stratum corneum provided in the artificial epidermal layer prepared according to Examples 1 to 9 of the present invention, Figure 2 TUNEL the stratum corneum provided in the artificial epidermal layer prepared according to Examples 1 to 9 of the present invention This is a cross-sectional image performed by assay.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, HaCaT cells의 농도가 증가할수록 ccPLCL-NFM에 부착된 HaCaT cells 세포의 수가 많으며 증식도 많이 되는 것을 확인하였으며, 3주 배양 시 HaCaT cells 세포로 부터 죽은 세포층인 각질층이 형성되는 것을 확인하였다. 1, 2주 배양 시에는 각질층이 형성되지 않았다.1 and 2, it was confirmed that as the concentration of HaCaT cells increased, the number of HaCaT cells attached to ccPLCL-NFM increased and proliferation increased. It was confirmed that the stratum corneum was formed. When cultured for 1 or 2 weeks, the stratum corneum was not formed.

본 발명에서는 HaCaT cells을 10X105 cells/cm2의 농도로 씨드하여 3주 동안 배양시 원하는 각질층을 수득할 수 있다는 것을 확인하였다.
In the present invention, it was confirmed that HaCaT cells were seeded at a concentration of 10 × 10 5 cells / cm 2 to obtain a desired stratum corneum when cultured for 3 weeks.

시험예 2: SEM 촬영 Test Example 2: SEM imaging

도 3a는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 인공 표피층에 이용된 멤브레인의 표면 및 단면을 SEM으로 촬영한 사진이며, 도 3b는 도 3a의 멤브레인의 표면을 콜라겐으로 코팅한 멤브레인의 형광이미지이고, 도 3c는 콜라겐으로 코팅된 멤브레인에 케라틴세포를 5일 동안 배양한 표면과 단면을 촬영한 형광이미지이다.Figure 3a is a photograph taken by SEM of the surface and cross-section of the membrane used in the artificial epidermal layer prepared according to an embodiment of the present invention, Figure 3b is a fluorescent image of the membrane coated with the surface of the membrane of Figure 3a, collagen, Figure 3c is a fluorescent image of the surface and cross-section of keratinocytes cultured for 5 days on a membrane coated with collagen.

도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 인공 표피층에 이용된 멤브레인은 다공성이며, 두께가 사람의 표피층과 유사한 100 ㎛로 제조된 것을 확인하였으며, 콜라겐이 코팅된 멤브레인의 전면 및 내부 전체에 걸쳐 케라틴세포가 배양된 것을 확인하였다.
3A to 3C, it was confirmed that the membrane used for the artificial epidermal layer of the present invention is porous and has a thickness of 100 μm, which is similar to that of the human epidermal layer, and the entire front and interior of the collagen coated membrane. It was confirmed that the keratinocytes were cultured over.

[인공[art 진피층]Dermis layer]

제조예 1 내지 6: 인공 진피층 제조(내피세포 생략)Preparation Examples 1 to 6: Preparation of artificial dermal layer (omit endothelial cells)

500 ㎛ 직경의 관 2개를 꽂은 PDMS 칩에 각각 3 mg/ml 및 5 mg/ml 농도의 콜라겐과 피브린을 25:75의 중량비, 50:50의 중량비 및 75:25의 중량비(콜라겔:피브린)로 혼합한 후 피부 섬유아세포인 HDF를 1X106 cells/ml의 농도로 인캡슐레이션(encapsulation)시켜 탄성율을 측정하고, 이를 1 및 7일 동안 37 ℃에서 배양시켜 세포 생존능을 확인하였다.
Collagen and fibrin at a concentration of 3 mg / ml and 5 mg / ml, respectively, in a PDMS chip with two 500 µm-diameter tubes in a weight ratio of 25:75, a weight ratio of 50:50, and a weight ratio of 75:25 (collagen: fibrin) After mixing with), the skin fibroblast HDF was encapsulated at a concentration of 1X10 6 cells / ml to measure the elastic modulus, and cultured at 37 ° C for 1 and 7 days to confirm cell viability.

시험예 3: 하이드로겔의 탄성율 측정Test Example 3: Measurement of the elastic modulus of the hydrogel

도 4A는 진피층에 이용되는 하이드로겔의 형태를 나타낸 사진이며, 도 4B는 진피층에 이용되는 하이드로겔의 탄성율(universal testing machine (UTM)을 사용)을 나타낸 그래프이고, 도 4C는 상기 도 4B를 수치로 나타낸 표이다. *는 collagen50/fibrin50 그룹에 대한 p< 0.05, **는 collagen50/fibrin50 그룹에 대한 p< 0.001임을 나타낸다. Figure 4A is a photograph showing the form of a hydrogel used in the dermal layer, Figure 4B is a graph showing the elastic modulus (using universal testing machine (UTM)) of the hydrogel used in the dermal layer, Figure 4C is a numerical value of Figure 4B It is shown in the table. * Indicates p <0.05 for the collagen50 / fibrin50 group, ** indicates p <0.001 for the collagen50 / fibrin50 group.

도 4A 내지 도 4C에 나타낸 바와 같이, 하이드로겔의 형태 및 탄성율은 3 mg/ml 및 5 mg/ml 농도의 콜라겐과 피브린을 50:50의 중량비 및 75:25의 중량비로 혼합한 것이 우수한 것을 확인하였다.
4A to 4C, the shape and elastic modulus of the hydrogel were confirmed to be excellent in mixing collagen and fibrin at a concentration of 3 mg / ml and 5 mg / ml in a weight ratio of 50:50 and a weight ratio of 75:25. Did.

시험예 4: 하이드로겔의 세포 생존능 측정Test Example 4: Measurement of the cell viability of the hydrogel

도 5A는 제조예에서 제조된 진피층 조직 내에서 섬유아세포(HDFs)의 세포 생존능을 보여주는 형광이미지이며 (green = live cells, red = dead cells), 도 5B는 상기 도 5A의 세포 생존능을 정량적으로 나타낸 그래프이다. Scale bar = 50 ㎛. *는 collagen 50/fibrin 50, day 1그룹에 대한 p< 0.05, +는 collagen 50/fibrin 50, day 7그룹에 대한 p< 0.05, ++는 collagen 50/fibrin 50, day 7 그룹에 대한 p< 0.001임을 나타낸다.Figure 5A is a fluorescent image showing the cell viability of fibroblasts (HDFs) in the dermal layer tissue prepared in Preparation Example (green = live cells, red = dead cells), Figure 5B quantitatively shows the cell viability of Figure 5A It is a graph. Scale bar = 50 μm. * Is collagen 50 / fibrin 50, p <0.05 for day 1 group, + is collagen 50 / fibrin 50, p <0.05 for day 7 group, ++ is collagen 50 / fibrin 50, p <0.001 for day 7 group Indicates that

도 5A 내지 도 5B에 나타낸 바와 같이, 3 mg/ml 농도의 콜라겐과 피브린을 50:50의 중량비 조건에서 섬유아세포의 생존율이 1일과 7일 배양 후에도 90%이상 유지되는 것을 확인하였다. As shown in Figures 5A to 5B, it was confirmed that the viability of fibroblasts at a concentration ratio of 3 mg / ml and fibrin at a weight ratio of 50:50 is maintained at 90% or more even after 1 and 7 days of culture.

즉, 3 mg/ml 농도의 콜라겐과 피브린을 50:50의 중량비로 혼합한 하이드로겔이 우수한 것을 확인하였다.That is, it was confirmed that the hydrogel in which the collagen and fibrin at a concentration of 3 mg / ml was mixed in a weight ratio of 50:50 was excellent.

상기 제조예에서 제조된 진피층에는 혈관화가 관찰되지 않았다.
Vascularization was not observed in the dermal layer prepared in the preparation example.

실시예Example 10 내지 18: 인공 진피층 제조(내피세포 포함)  10 to 18: Artificial dermal layer production (including endothelial cells)

500 ㎛ 직경의 관 2개를 꽂은 PDMS 칩에 3 mg/ml 농도의 콜라겐/피브린 하이드로겔(콜라겔:피브린 = 50:50의 중량비)에 Vybrant CFDA SE Cell Tracer Kit로 태깅한 피부 섬유아세포인 HDF와 내피세포의 한 종류인 red fluorescent protein expressing human umbilical vein endothelial cells(RFP-HUVECs)을 25:75의 중량비, 50:50의 중량비 및 75:25의 중량비(HDF:RFP-HUVECs)로 2X106 cells/ml농도가 되도록 인캡슐레이션(encapsulation)시키고 1, 4 및 7일 동안 배양시켰다.
HDF, a skin fibroblast tagged with Vybrant CFDA SE Cell Tracer Kit on 3 mg / ml collagen / fibrin hydrogel (collagen: fibrin = 50:50 weight ratio) on a PDMS chip with two 500 μm diameter tubes And red fluorescent protein expressing human umbilical vein endothelial cells (RFP-HUVECs), a type of endothelial cell, with a weight ratio of 25:75, a weight ratio of 50:50 and a weight ratio of 75:25 (HDF: RFP-HUVECs) of 2X10 6 Encapsulation to a concentration of cells / ml and incubation for 1, 4 and 7 days.

시험예Test example 5: 진피층 조직 내의  5: In dermal layer tissue 혈관형성능Angiogenic ability 측정 Measure

도 6A는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 진피층의 인공혈관 형성 정도를 나타낸 형광 이미지이며(배양 1일), 도 6B는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 진피층의 인공혈관 형성 정도를 나타낸 형광 이미지이고(배양 4일), 도 6C는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 진피층의 인공혈관 형성 정도를 나타낸 형광 이미지이며(배양 7일), 도 6D는 상기 도 6C에서 관찰된 인공혈관의 길이를 측정한 그래프이고, 도 6E는 상기 도 6C에서 관찰된 인공혈관의 면적을 측정한 그래프이다. red = 내피세포(HUVECs), green = 섬유아세포(HDFs), Scale bar = 200 ㎛. *는 p < 0.05, **는 p < 0.001임을 나타낸다. Isolated branch는 미성숙 혈관 구조, segment는 성숙한 혈관 구조를 나타내며 capillary-like tubular structure area는 안정된 혈관 네트워크 구조를 의미한다.Figure 6A is a fluorescent image showing the degree of artificial blood vessel formation of the dermal layer prepared according to an embodiment of the present invention (1 day of culture), Figure 6B is a fluorescence showing the degree of artificial blood vessel formation of the dermal layer prepared according to an embodiment of the present invention It is an image (4 days of culture), Figure 6C is a fluorescent image showing the degree of artificial blood vessel formation of the dermal layer prepared according to an embodiment of the present invention (7 days of culture), Figure 6D is the length of the artificial blood vessel observed in Figure 6C Is a graph measuring, and FIG. 6E is a graph measuring the area of the artificial blood vessel observed in FIG. 6C. red = endothelial cells (HUVECs), green = fibroblasts (HDFs), Scale bar = 200 μm. * Indicates p <0.05, ** indicates p <0.001. The isolated branch represents the immature vascular structure, the segment represents the mature vascular structure, and the capillary-like tubular structure area represents the stable vascular network structure.

도 6A 내지 도 6C에 도시된 바와 같이, HDF와 RFP-HUVECs을 50:50의 중량비로 2X106 cells/ml농도가 되도록 인캡술레이션(encapsulation)하였을 때, 7일간 배양 후 신생인공혈관 구조가 잘 형성되고 혈관내피세포(RFP-HUVECs) 및 섬유아세포(HDFs)가 모두 잘 생존하는 것을 확인하였다.6A to 6C, HDF and RFP-HUVECs are 2X10 6 in a weight ratio of 50:50. When the cells / ml concentration was encapsulated to a concentration, after 7 days of culture, it was confirmed that the new artificial vascular structures were well formed and both vascular endothelial cells (RFP-HUVECs) and fibroblasts (HDFs) survived well.

또한, 도 6D 내지 도 6E에 도시된 바와 같이, HDF:RFP-HUVECs=25:75의 중량비인 경우가 성숙한 인공혈관 구조인 segment가 많으며 인공혈관의 면적도 넓은 것을 확인하였다. 하지만, 진피구조의 형성 정도는 HDF:RFP-HUVECs=75:25 및 50:50 의 중량비인 경우에 비해 미흡한 것을 확인하였다.
In addition, as shown in FIGS. 6D to 6E, it was confirmed that when the weight ratio of HDF: RFP-HUVECs = 25: 75 is a mature artificial vascular structure, there are many segments and a large artificial vascular area. However, it was confirmed that the degree of formation of dermal structure was insufficient compared to the case of HDF: RFP-HUVECs = 75: 25 and 50:50.

[인공피부][Artificial skin]

실시예Example 19: 인공피부 제조 19: Artificial skin manufacturing

인공 표피층Artificial epidermal layer

락티드(L-Lactide)와 ε-Caprolactone의 중량비가 50:50인 PLCL을 1,1,1,3,3,3-Hexafluoroisopropanol(HFIP)에 9 중량%로 용해시킨 후 방사거리 18 cm, 인젝션 속도 3 ml/h, 전압 9 kV의 조건으로 전기방사하여 100 ㎛ 두께의 멤브레인을 제작하고 이를 1 X 1 cm 사이즈로 절단하였다. 상기 제조된 멤브레인에 산소 플라즈마 처리(CUTE-B system, FEMTO Science, Korea)를 해준 후 EDC/NHS 화학적 방법을 이용하여 공유결합으로 collagen type I을 코팅하였다(ccPLCL-NFM). 상기 콜라겐이 코팅된 멤브에인 위에 케라틴세포인 HaCaT cells을 10X105 cells/cm2의 농도로 씨드(seeding)해준 후 3주 동안 37 ℃ 인큐베이터에서 배양하여 인공 표피층을 형성하였다.After dissolving PLCL having a weight ratio of 50:50 of L-Lactide and ε-Caprolactone in 9% by weight in 1,1,1,3,3,3-Hexafluoroisopropanol (HFIP), the radiation distance is 18 cm, injection A membrane having a thickness of 100 μm was fabricated by electrospinning at a rate of 3 ml / h and a voltage of 9 kV, and this was cut into a size of 1 X 1 cm. After the oxygen plasma treatment (CUTE-B system, FEMTO Science, Korea) was performed on the prepared membrane, collagen type I was coated with a covalent bond using an EDC / NHS chemical method (ccPLCL-NFM). HaCaT cells, keratinocytes, were seeded on the collagen-coated membrane at a concentration of 10X10 5 cells / cm 2 , and then cultured in an incubator at 37 ° C. for 3 weeks to form an artificial epidermal layer.

인공 진피층Artificial dermal layer

500 ㎛ 직경의 관 2개를 꽂은 PDMS 칩에 3 mg/ml 농도의 콜라겐/피브린 하이드로겔(콜라겔:피브린 = 50:50의 중량비)에 피부 섬유아세포인 HDF와 내피세포인 RFP-HUVECs을 50:50의 중량비로 2X106 cells/ml농도가 되도록 인캡술레이션(encapsulation)시키고 7일 동안 배양하여 인공 진피층을 형성하였다.The collagen / fibrin hydrogel (collagen: fibrin = 50:50 weight ratio) at a concentration of 3 mg / ml was added to the PDMS chip with two 500 μm-diameter tubes, and the skin fibroblast HDF and endothelial cell RFP-HUVECs were 50. 2X10 6 at a weight ratio of 50 An artificial dermal layer was formed by encapsulation to a concentration of cells / ml and incubation for 7 days.

인공피부Artificial skin

상기 제조된 표피층을 상기 진피층의 하이드로겔 위에 올려주는데, 이때 표피층의 배양된 면이 상기 하이드로겔과 맞닿도록 한다. 이후, 30분간 37 ℃ 인큐베이터에서 겔화시키고, 하이드로겔이 겔화되면 저장층(reservoir)에 미디어를 투입하고 하이드로겔의 완전한 겔화를 위해 37 ℃ 인큐베이터에서 24시간 동안 배양하였다. 상기 하이드로겔이 완전히 겔화되면 상기 꽂아 두었던 500 ㎛ 직경의 관을 제거하여 하이드로겔 내부에 채널을 만들고, 상기 채널에 7 x 106 cells/ml의 농도로 HUVECs을 seeding한 다음 1시간 동안 회전시켜주면서 채널에 코팅시켜준 후 저장층에 배양액을 채우고 37 ℃ 인큐베이터에서 배양하여 인공피부를 수득하였다(도 7). The prepared epidermal layer is placed on the hydrogel of the dermal layer, so that the cultured surface of the epidermal layer makes contact with the hydrogel. Thereafter, gelation was carried out in an incubator at 37 ° C for 30 minutes, and when the hydrogel gelled, media was added to a reservoir and incubated for 24 hours in a 37 ° C incubator for complete gelation of the hydrogel. When the hydrogel is completely gelled, remove the 500 µm diameter tube that has been inserted to make a channel inside the hydrogel, seed HUVECs at a concentration of 7 x 10 6 cells / ml in the channel, and rotate for 1 hour. After coating on the channel, the storage layer was filled with the culture solution and cultured in a 37 ° C incubator to obtain artificial skin (FIG. 7).

본 발명에서 혈관은 진피층 내부에 포함된 내피세포에 의해 자연적으로 모세혈관과 같은 구조를 형성하기도 하고, 채널을 통해 모사한 마이크로사이즈의 혈관에서 가지 뻗듯이 혈관이 진피층으로 뻗어나가 혈관이 형성되도록 하였다.
In the present invention, blood vessels naturally form capillaries such as capillaries by endothelial cells contained inside the dermis layer, and the blood vessels extend into the dermis layer as if the branches extend from the micro-sized vessels simulated through the channels to form blood vessels. .

시험예Test example 6: 인공피부의 형광 이미지 6: Fluorescence image of artificial skin

도 8a는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 인공피부의 혈관화 조직(RFP-HUVECs), 진피층(HDF) 및 표피층(HaCaT)을 보여주는 형광이미지이며, 도 8b는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 인공피부의 단면적을 보여주는 형광이미지이다 (red = 혈관화 조직, green = 진피 조직, blue = 표피 조직).8A is a fluorescence image showing vascularized tissue (RFP-HUVECs), dermal layer (HDF) and epidermal layer (HaCaT) of artificial skin prepared according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8B is prepared according to an embodiment of the present invention This is a fluorescence image showing the cross-sectional area of artificial skin (red = vascularized tissue, green = dermal tissue, blue = epidermal tissue).

도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 혈관, 진피 및 진피 내 모세혈관, 표피조직이 복합화된 인체의 피부모사 복합조직이 잘 형성되고 배양기간 동안 유지되는 것을 확인하였다.
8A and 8B, it was confirmed that the skin-like complex tissue of the human body in which the blood vessels, the dermis and the capillaries in the dermis and the epidermal tissue are complexed is well formed and maintained during the culture period.

시험예Test example 7: 토너 테스트  7: Toner test

도 9A는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 인공피부에 FITC-Toner를 처리한 단면을 나타낸 이미지이고(red : CM-Dil로 태깅한 HUVEC, blue : CMAC로 태깅한 HaCaT, green : FITC-Toner), 도 9B는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 인공피부에 FITC-Toner를 처리한 후 FITC-Toner의 투과 깊이를 나타낸 이미지이다. Scale bars = 200 ㎛ (도 9A), 50 ㎛(도 9B). Figure 9A is an image showing a cross-section treated with FITC-Toner on artificial skin prepared according to an embodiment of the present invention (red: HUVEC tagged with CM-Dil, blue: HaCaT tagged with CMAC, green: FITC-Toner ), Figure 9B is an image showing the penetration depth of the FITC-Toner after processing FITC-Toner on the artificial skin prepared according to an embodiment of the present invention. Scale bars = 200 μm (FIG. 9A), 50 μm (FIG. 9B).

도 9A 및 도 9B에 도시된 바와 같이, 실시예에 따라 제조된 인공 표피층에 실제 화장품의 흡수율을 확인해보기 위하여 FITC-Toner를 처리한 결과, 대부분의 FITC-Toner가 표피층에 분포되어있고 혈관층에서는 거의 발견되지 않는 것을 확인하였다. 이는 개발된 인공피부의 인공 표피층이 실제 피부의 표피와 유사하게 장벽의 역할을 수행하여 toner가 혈관이 존재하는 피하조직까지 흡수되지 않도록 한다는 것을 보여주는 결과로서 본 발명의 인공피부가 실제 화장품의 유효성/안전성 평가 플랫폼으로 잠재력을 갖고 있음을 시사한다 할 수 있다.
9A and 9B, as a result of processing FITC-Toner to check the absorption rate of the actual cosmetic in the artificial epidermal layer prepared according to the embodiment, most of the FITC-Toner is distributed in the epidermal layer and in the vascular layer It was confirmed that it was hardly found. This is a result of showing that the artificial skin layer of the developed artificial skin acts as a barrier similar to that of the actual skin, so that the toner is not absorbed into the subcutaneous tissue in which blood vessels exist. It can be said that it has potential as a safety evaluation platform.

Claims (19)

전기방사된(electrospun) 다공성의 생분해성 고분자;
상기 생분해성 고분자에 코팅된 콜라겐 코팅층; 및
상기 콜라겐 코팅층 상에 케라틴세포(keratinocyte)로 배양된 각질층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 표피층.
An electrospun porous biodegradable polymer;
A collagen coating layer coated on the biodegradable polymer; And
An artificial epidermal layer comprising; a stratum corneum cultured with keratinocytes on the collagen coating layer.
제1항에 있어서, 상기 케라틴세포의 농도는 1X105 내지 5X106 cells/cm2인 것을 특징으로 하는 인공 표피층. The artificial epidermal layer according to claim 1, wherein the concentration of the keratinocytes is 1X10 5 to 5X10 6 cells / cm 2 . 제1항에 있어서, 상기 케라틴세포는 32 내지 39 ℃에서 7 내지 28일 동안 배양된 것을 특징으로 하는 인공 표피층. The artificial epidermal layer according to claim 1, wherein the keratinocytes are cultured at 32 to 39 ° C for 7 to 28 days. 제1항에 있어서, 상기 전기방사된 생분해성 고분자의 두께는 50 내지 120 ㎛인 것을 특징으로 하는 인공 표피층. The artificial epidermal layer according to claim 1, wherein the thickness of the electrospun biodegradable polymer is 50 to 120 μm. 제1항에 있어서, 상기 생분해성 고분자는 폴리카프로락톤(PCL), 락티드, 폴리글리콜산(PGA), 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산)(poly(D,Llactide-co-glycolide); PLGA), 디올/이에시드계 지방족 폴리에스테르, 폴리에스테르-아미드/폴리에스테르-우레탄, 폴리(발레로락톤), 폴리(하이드록시 부티레이트), 폴리(하이드록시 발레레이트), 폴리안하이드리드, 폴리오르토에스터(polyorthoesters), 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리우레탄, 폴리아크릴산 및 폴리-N-이소프로필아크릴아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인공 표피층. The method of claim 1, wherein the biodegradable polymer is polycaprolactone (PCL), lactide, polyglycolic acid (PGA), poly (D, L-lactic acid-co-glycolic acid) (poly (D, Llactide-co- glycolide); PLGA), diol / acid-based aliphatic polyester, polyester-amide / polyester-urethane, poly (valerolactone), poly (hydroxy butyrate), poly (hydroxy valerate), polyanhydride Artificial skin layer characterized by at least one selected from the group consisting of lead, polyorthoesters, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyurethane, polyacrylic acid and poly-N-isopropylacrylamide. 제1항에 있어서, 상기 생분해성 고분자는 유기용매에 용해되어 전기방사되는 것을 특징으로 하는 인공 표피층. The artificial epidermal layer according to claim 1, wherein the biodegradable polymer is dissolved in an organic solvent and electrospun. 제6항에 있어서, 상기 유기용매는 헥사플루오루이소프로판올(Hexafluoroisopropanol), THF(tetrahydrofuran), DMF(dimethylformamide), DMSO(dimethylsulfoxide), 클로로포름, 디클로로메탄, 헥산, 디에틸에테르 및 아세토니트릴로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인공 표피층. The method of claim 6, wherein the organic solvent is hexafluoroisopropanol (Hexafluoroisopropanol), THF (tetrahydrofuran), DMF (dimethylformamide), DMSO (dimethylsulfoxide), chloroform, dichloromethane, hexane, diethyl ether and acetonitrile in the group consisting of Artificial epidermal layer, characterized in that at least one selected. 제1항에 있어서, 상기 전기방사는 방사거리 15 내지 20 cm, 인젝션 속도 1 내지 10 ml/h 및 전압 5 내지 15 kV의 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 인공 표피층. The artificial epidermal layer according to claim 1, wherein the electrospinning is performed under conditions of a radiation distance of 15 to 20 cm, an injection speed of 1 to 10 ml / h, and a voltage of 5 to 15 kV. 제1항에 있어서, 상기 생분해성 고분자는 전기방사 후 산소플라즈마로 후처리되는 것을 특징으로 하는 인공 표피층. The artificial epidermal layer according to claim 1, wherein the biodegradable polymer is post-treated with oxygen plasma after electrospinning. 콜라겐을 포함하는 하이드로겔에 섬유아세포 및 내피세포를 인캡슐레이션시켜 인공혈관이 형성된 것을 특징으로 하는 인공 진피층.An artificial dermal layer characterized by forming an artificial blood vessel by encapsulating fibroblasts and endothelial cells in a hydrogel containing collagen. 제1항에 있어서, 상기 하이드로겔은 콜라겐과, 피브린, 헤파린, 카테콜 및 키토산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 추가성분이 1 : 0.5-3의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 인공 진피층.The artificial dermal layer of claim 1, wherein the hydrogel is a mixture of collagen, fibrin, heparin, catechol, and chitosan and at least one additional component selected in a weight ratio of 1: 0.5-3. 제10항에 있어서, 상기 콜라겐과, 상기 추가성분이 혼합된 혼합물의 농도는 1 내지 10 mg/ml인 것을 특징으로 하는 인공 진피층.The artificial dermal layer according to claim 10, wherein the concentration of the mixture of the collagen and the additional component is 1 to 10 mg / ml. 제10항에 있어서, 상기 섬유아세포 및 내피세포는 1 : 0.2-5의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 생인공 진피층.11. The bio-artificial dermal layer according to claim 10, wherein the fibroblasts and endothelial cells are mixed in a weight ratio of 1: 0.2-5. 제10항에 있어서, 상기 인캡슐레이션된 섬유아세포 및 내피세포가 혼합된 혼합세포의 농도는 1X106 내지 9X107 cells/ml인 것을 특징으로 하는 인공 진피층.The artificial dermal layer according to claim 10, wherein the concentration of the mixed cells in which the encapsulated fibroblasts and endothelial cells are mixed is 1X10 6 to 9X10 7 cells / ml. 인공 진피층 및 인공 표피층을 포함하는 인공피부로서,
상기 진피층은 콜라겐을 포함하는 하이드로겔에 섬유아세포 및 내피세포를 인캡슐레이션시켜 인공혈관이 형성된 것이며;
상기 표피층은 상기 진피층 상면에 형성되며, 전기방사된(electrospun) 다공성의 생분해성 고분자, 상기 생분해성 고분자에 코팅된 콜라겐 코팅층, 및 상기 콜라겐 코팅층 상에 케라틴세포(keratinocyte)로 배양된 각질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공피부.
An artificial skin comprising an artificial dermal layer and an artificial epidermal layer,
The dermal layer is an artificial blood vessel formed by encapsulating fibroblasts and endothelial cells in a hydrogel containing collagen;
The epidermal layer is formed on an upper surface of the dermal layer, and includes an electrospun porous biodegradable polymer, a collagen coating layer coated on the biodegradable polymer, and a keratinocyte cultured keratinocyte on the collagen coating layer. Artificial skin, characterized in that.
(A) 생분해성 고분자를 전기방사(electrospinning)시켜 다공성 구조의 멤브레인을 형성하는 단계;
(B) 상기 멤브레인의 표면을 콜라겐으로 코팅시키는 단계;
(C) 상기 콜라겐이 코팅된 멤브레인 위에서 케라틴세포(keratinocyte)를 배양하여 각질층을 형성시킴으로써 표피층을 수득하는 단계;
(D) 콜라겐을 포함하는 하이드로겔 상에 섬유아세포 및 내피세포를 인캡슐레이션시켜 적층시킴으로써 인공혈관이 형성된 진피층을 형성하는 단계;
(E) 상기 표피층에서 배양된 면과 상기 진피층의 하이드로겔이 서로 맞닿도록 적층시키는 단계; 및
(F) 상기 진피층과 표피층이 적층된 인공피부를 겔화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공피부의 제조방법.
(A) electrospinning the biodegradable polymer to form a membrane having a porous structure;
(B) coating the surface of the membrane with collagen;
(C) obtaining a layer of epidermis by culturing keratinocytes on the collagen coated membrane to form a stratum corneum;
(D) forming a dermal layer having artificial blood vessels by encapsulating and stacking fibroblasts and endothelial cells on a hydrogel containing collagen;
(E) laminating the surface cultured in the epidermal layer and the hydrogel of the dermal layer to contact each other; And
(F) gelling the artificial skin in which the dermal layer and the epidermal layer are laminated; a method for manufacturing an artificial skin comprising a.
제16항에 있어서, 상기 (F)단계 이후에, (G) 상기 겔화된 인공피부에 저장층을 형성하고 상기 저장층에 미디어를 투입한 다음 인공피부를 완전히 겔화시키는 단계;
(H) 상기 겔화된 진피층 내부에 채널을 형성한 후 내피세포를 첨가하여 상기 채널을 코팅시키는 단계;
(I) 상기 저장층에 배양액을 채우고 배양하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공피부의 제조방법.
17. The method of claim 16, wherein after step (F), (G) forming a storage layer on the gelled artificial skin, adding media to the storage layer, and then completely gelling the artificial skin;
(H) forming a channel inside the gelled dermal layer and then coating the channel by adding endothelial cells;
(I) filling the storage layer with a culture solution and culturing; artificial skin manufacturing method comprising a.
제17항에 있어서, 상기 내피세포는 1X106 내지 9X107 cells/ml의 농도로 첨가되는 것을 특징으로 하는 인공피부의 제조방법.18. The method of claim 17, wherein the endothelial cells are added at a concentration of 1X10 6 to 9X10 7 cells / ml. 콜라겐과, 피브린, 헤파린, 카테콜 및 키토산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 추가성분이 1 : 0.5-3의 중량비로 혼합된 혼합물을 1 내지 10 mg/ml의 농도로 함유하는 하이드로겔에 섬유아세포 및 내피세포가 1 : 0.2-5의 중량비로 혼합된 혼합세포를 1X106 내지 9X107 cells/ml의 농도로 인캡슐레이션시켜 인공혈관이 형성된 진피층; 및
상기 진피층 상면에 형성되며, 두께가 50 내지 120 ㎛인 전기방사된 다공성의 생분해성 고분자를 산소플라즈마로 처리하고 콜라겐을 코팅시킨 표피층;을 포함하되,
상기 표피층은 콜라겐이 코팅된 생분해성 고분자 위에 케라틴세포를 1 X 105 내지 5 X 106 cells/cm2의 농도로 첨가하여 32 내지 39 ℃에서 15 내지 25일 동안 배양한 것이며, 상기 전기방사는 방사거리 15 내지 20 cm, 인젝션 속도 1 내지 10 ml/h 및 전압 5 내지 15 kV의 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 인공피부.
Fibroblasts in a hydrogel containing a mixture of collagen, fibrin, heparin, catechol, and one or more additional components selected from the group consisting of chitosan in a weight ratio of 1: 0.5-3 at a concentration of 1 to 10 mg / ml. And a dermal layer in which artificial blood vessels are formed by encapsulating mixed cells in which endothelial cells are mixed at a weight ratio of 1: 0.2-5 at a concentration of 1X10 6 to 9X10 7 cells / ml; And
It is formed on the upper surface of the dermal layer, the thickness of 50 to 120 ㎛ electrospinned porous biodegradable polymer layer treated with oxygen plasma and coated with collagen; includes,
The epidermal layer was cultured for 15 to 25 days at 32 to 39 ° C. by adding keratinocytes to a collagen coated biodegradable polymer at a concentration of 1 X 10 5 to 5 X 10 6 cells / cm 2 , and the electrospinning Artificial skin characterized in that it is performed under the conditions of a radiation distance of 15 to 20 cm, an injection rate of 1 to 10 ml / h and a voltage of 5 to 15 kV.
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