KR100458268B1 - Process for Preparing Collagen Comprising 3-Dimensional Cultivation of Fibroblast - Google Patents

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Abstract

본 발명은 섬유아세포를 삼차원적으로 배양하고, 이로부터 콜라겐을 생산하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 섬유아세포의 삼차원적 배양을 이용한 콜라겐의 생산방법은 섬유아세포를 배양용 접시에서 1차 배양하는 단계; 1차 배양물을 합성된 콜라겐의 3차원적 형태를 유지시킬 수 있는 지지체에 접종하고, 3차원적으로 2차 배양하는 단계; 2차 배양된 배양물이 콜라겐을 합성하도록 유도하는 단계; 및, 전기 2차 배양된 지지체를 수득하고, 지지체 표면에 유착된 콜라겐을 분리하여 추출하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면, 세포에 의한 콜라겐의 합성 및 추출은 세포배양법에 따라 많은 수의 세포를 얻을 수 있는 장점이 있어, 조직에서 추출해내는 콜라겐에서 가져오는 공급의 한정성을 해결할 수 있으므로, 피하주사용 교원질제제, 피부창상피복제 등의 피부주름 제거와 같은 성형외과적 개발 및 콜라겐 지지체와 같은 조직공학적 개발에 널리 활용될 수 있을 것이다.The present invention relates to a method for culturing fibroblasts in three dimensions and producing collagen therefrom. Collagen production method using the three-dimensional culture of the fibroblasts of the present invention comprises the steps of first culturing the fibroblasts in a culture dish; Inoculating the primary culture on a support capable of maintaining the three-dimensional form of the synthesized collagen, and second-dimensionally culturing; Inducing secondary culture to synthesize collagen; And obtaining the secondary cultured support, and separating and extracting collagen adhered to the support surface. According to the present invention, the synthesis and extraction of collagen by cells has the advantage that a large number of cells can be obtained according to the cell culture method, and thus it is possible to solve the limitation of the supply brought from collagen extracted from the tissues. It may be widely used in plastic surgery development, such as removal of wrinkles of collagen preparations, skin wound dressings and the like, and tissue engineering development such as collagen support.

Description

섬유아세포의 삼차원적 배양을 이용한 콜라겐의 제조방법{Process for Preparing Collagen Comprising 3-Dimensional Cultivation of Fibroblast}Process for Preparing Collagen Using Three-Dimensional Culture of Fibroblasts {Process for Preparing Collagen Comprising 3-Dimensional Cultivation of Fibroblast}

본 발명은 섬유아세포의 삼차원적 배양을 이용한 콜라겐의 생산방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 섬유아세포를 삼차원적으로 배양하고, 이로부터 생체내와 유사한 형태의 콜라겐을 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing collagen using three-dimensional culture of fibroblasts. More specifically, the present invention relates to a method for culturing fibroblasts three-dimensionally and producing collagen in a form similar to that in vivo.

나이가 들면서, 자외선, 출산 후 호르몬 변화, 흡연, 공해 등으로 인하여 피부로부터 콜라겐, 엘라스틴 등의 성분이 이탈되고, 이로 인하여 피부의 탄력성이 저하되어, 결과적으로 피부에 주름이 발생하게 된다. 이러한 주름을 제거하는 방법 중, 가장 확실하고 근본적인 방법은 주름제거 수술이나, 상당한 시간과 비용의 소요가 요구되므로, 실제적으로는 간단한 주사 또는 약품 요법들이 주로 이용되고 있다. 이러한 주사 또는 약품 요법에 사용되는 가장 일반적인 물질은 콜라겐으로서, 눈 주위, 입 주위의 잔주름제거에 효과가 있다고 알려져 있다.As the body ages, components such as collagen and elastin are released from the skin due to ultraviolet rays, hormonal changes after childbirth, smoking, pollution, etc., resulting in a decrease in elasticity of the skin, and consequently wrinkles on the skin. Among the methods of removing such wrinkles, the most obvious and fundamental method is to remove wrinkles, but a considerable amount of time and money are required, and thus, simple injection or drug therapy is mainly used. The most common substance used in such injection or drug therapy is collagen, which is known to be effective in removing fine wrinkles around the eyes and around the mouth.

콜라겐은 인간을 비롯한 동물의 체내에서 세포와 세포 사이를 메우고 있는 섬유상의 경단백질(albuminoid)로서, 피부, 뼈, 연골, 혈관벽, 치아, 근육 등 세포가 다수 집합되어 있는 부위에 다량으로 존재하고 있다. 특히, 콜라겐은 상피조직에서 세포외간질(extracellular matrix)을 구성하는 주요 성분으로 알려져 있다. 이러한 콜라겐은 젤라틴 등의 형태로 식용으로도 이용되어 왔으며, 섭취된 콜라겐은 소화관 내에서 소화효소에 의해 분해되어 대부분 아미노산의 형태로 흡수되는데, 섭취된 콜라겐은 면역기능을 향상시키고, 세포의 재생작용을 촉진시켜 관절을 튼튼하게 해주며, 피부의 신진대사 활성화 및 보습력 유지를 통하여 피부미용에 탁월한 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다.Collagen is a fibrous albuminoid that fills cells between cells in humans and animals, and is present in large amounts of cells, bones, cartilage, blood vessel walls, teeth, and muscles. . In particular, collagen is known as a major component of the extracellular matrix in epithelial tissue. Such collagen has been used for food in the form of gelatin, and the ingested collagen is digested by digestive enzymes in the digestive tract and absorbed in the form of most amino acids, and the ingested collagen improves immune function and regeneration of cells. It promotes to strengthen the joints, it is known to exhibit an excellent effect on skin beauty through the activation of skin metabolism and maintaining the moisturizing power.

이러한 콜라겐은 주로 가축의 가죽과 뼈, 소의 무릎관절 등에서 추출함으로써 생산하거나 특수한 목적을 위하여, 인간의 콜라겐을 필요로 할 경우에는 사체 또는 태반조직으로 부터 추출하여 생산하고 있다. 그러나, 동물로부터 추출된 콜라겐을 식용으로 사용할 경우에는 아무런 문제점이 없으나, 사람의 피부주름 제거용 주사제 조성물로서 사용할 경우에는 면역거부 반응을 유발할 가능성이 있어 사용할 때 알러지 테스트를 반복하여 시행받아야 하는 단점이 있고, 이를 극복하기 위하여 인간의 콜라겐을 사용하는 방법이 이용되고 있으나, 인간의 콜라겐의 추출이 용이하지 못하여 생산량이 부족하기 때문에, 높은 비용이 요구된다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하고자, 세포배양 방법을 이용하여 인간에게 면역거부 반응을 일으키지 않는 콜라겐을 생산하려는 연구가 진행되고 있으나, 생산수율이 낮고, 생산된 콜라겐은 천연콜라겐에 비하여 안정성이 저하되는 단점이 있어, 상업적으로 이용되지 못하였으며, 이를 극복하려는 노력이 계속되고 있는 실정이다.Such collagen is mainly produced by extracting from cattle skins, bones, cattle knee joints, etc., or for special purposes, when human collagen is needed from the cadaveric or placental tissues. However, when collagen extracted from animals is used for food, there is no problem, but when used as an injection composition for removing skin wrinkles of humans, there is a possibility of causing an immune rejection reaction. In order to overcome this problem, a method of using human collagen has been used. However, since the extraction of human collagen is not easy, the production amount is insufficient, and thus a high cost is required. In order to overcome these disadvantages, research has been conducted to produce collagen that does not cause an immune rejection reaction in humans using cell culture methods, but the production yield is low, and the produced collagen has a disadvantage in that its stability is lower than that of natural collagen. However, they have not been used commercially, and efforts are being made to overcome them.

따라서, 콜라겐을 다량으로 생산할 수 있는 방법을 개발하여야 할 필요성이 끊임없이 대두되었다.Therefore, there is a constant need to develop a method for producing large amounts of collagen.

이에, 본 발명자들은 콜라겐을 다량으로 생산할 수 있는 방법을 개발하고자예의 연구노한 결과, 콜라겐의 삼차원적 형태를 유지시키기 위한 지지체를 이용하여, 섬유아세포를 3차원적으로 배양하여 콜라겐을 합성한 경우, 천연콜라겐과 동일한 형태적 특성을 가지는 콜라겐을 세포의 계속적인 배양을 통한 다량으로 생산할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Thus, the inventors of the present invention to develop a method for producing a large amount of collagen, as a result of research, when using a support for maintaining the three-dimensional form of collagen, when fibroblasts were three-dimensionally cultured to synthesize collagen, It was confirmed that the collagen having the same morphological characteristics as natural collagen can be produced in large quantities through continuous culture of cells, and thus, the present invention was completed.

결국, 본 발명의 주된 목적은 섬유아세포를 3차원적으로 배양하고, 이로부터 콜라겐을 생산하는 방법을 제공하는 것이다.After all, the main object of the present invention is to provide a method for culturing fibroblasts in three dimensions and producing collagen therefrom.

도 1a는 2주간 배양된 세포-지지체 복합체의 현미경 사진이다.1A is a micrograph of a cell-support complex cultured for two weeks.

도 1b는 4주간 배양된 세포-지지체 복합체의 현미경 사진이다.1B is a micrograph of the cell-support complex cultured for 4 weeks.

도 1c는 6주간 배양된 세포-지지체 복합체의 현미경 사진이다.1C is a micrograph of the cell-support complex cultured for 6 weeks.

도 2a는 2일 배양후의 주사 전자 현미경 사진이다.2A is a scanning electron micrograph after 2 days of culture.

도 2b는 2주 배양후의 주사 전자 현미경 사진이다.2B is a scanning electron micrograph after two weeks of culture.

도 2c는 2주 배양후의 투과 전자 현미경 사진이다.2C is a transmission electron micrograph after two weeks of culture.

도 3a는 2주 배양된 세포-지지체 복합체에서 제 1형 교원질의 발현을 나타내는 광학현미경 사진이다.3A is an optical micrograph showing the expression of collagen type 1 in a two-week cultured cell-support complex.

도 3b는 4주 배양된 세포-지지체 복합체에서 제 1형 교원질의 발현을 나타내는 광학현미경 사진이다.3B is an optical micrograph showing the expression of collagen type 1 in a cell-support complex cultured 4 weeks.

도 3c는 6주 배양된 세포-지지체 복합체에서 제 1형 교원질의 발현을 나타내는 광학현미경 사진이다.3C is an optical micrograph showing the expression of collagen type 1 in a 6-week cultured cell-support complex.

본 발명의 섬유아세포의 삼차원적 배양을 이용한 콜라겐의 생산방법은 섬유아세포를 배양용 접시에서 1차 배양하는 단계; 1차 배양물을 합성된 콜라겐의 3차원적 형태를 유지시킬 수 있는 지지체에 접종하고, 3차원적으로 2차 배양하는 단계; 2차 배양된 배양물이 콜라겐을 합성하도록 유도하는 단계; 및, 전기 2차 배양된 지지체를 수득하고, 지지체 표면에 유착된 콜라겐을 분리하여 추출하는 단계를 포함한다.Collagen production method using the three-dimensional culture of the fibroblasts of the present invention comprises the steps of first culturing the fibroblasts in a culture dish; Inoculating the primary culture on a support capable of maintaining the three-dimensional form of the synthesized collagen, and second-dimensionally culturing; Inducing secondary culture to synthesize collagen; And obtaining the secondary cultured support, and separating and extracting collagen adhered to the support surface.

이하, 본 발명의 콜라겐의 생산방법을 각 단계별로 나누어 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the production method of collagen of the present invention will be described in more detail by dividing each step.

제 1단계: 1차 배양 First step : primary culture

섬유아세포를 배양용 접시에서 1차 배양한다: 통상적인 방법으로 수득한 인간의 상피세포를 배양하면서, 함께 배양되는 섬유아세포를 선별하고, 선별된 섬유아세포를 계대배양하여 1차 배양물을 수득한다.Primary culturing of fibroblasts in a culture dish: Fibroblasts to be cultured together are selected while culturing human epithelial cells obtained by conventional methods, and subcultured with the selected fibroblasts to obtain a primary culture. .

제 2단계: 2차 배양 Second Step : Secondary Culture

1차 배양물을 합성된 콜라겐의 3차원적 형태를 유지시킬 수 있는 지지체에 접종하고, 3차원적으로 2차 배양한다: 이때, 지지체는 일반적으로 콜라겐성분을 다량으로 포함하는데, 배양기간이 장기화될 경우에는 지지체에 함유된 콜라겐성분이 배양액으로 이탈하므로, 결국 지지체가 붕괴되는 현상이 발생한다. 본 발명자들은 이러한 단점을 극복하기 위하여, 콜라겐이 아니라 글리콜산 유도체인 PLGA(poly(D,L-glycolic-co-lactic acid))를 주성분으로 하는 지지체를 사용하여, 종래의 단점을 극복하였다. 이러한 PLGA를 주성분으로 하는 지지체가 특별히 제한되지는 않으나, 상온 산성 수용액을 사용한 발포성 염 제조법에 의해 제작된 것을 사용함이 바람직하고, 보다 바람직하게는 기공이 형성된 지지체를 사용한다. 지지체 내의 기공(pore)은 세포에서 합성된 콜라겐이 부착하여 삼차원적 형태를 유지할 수 있는 충분한 공간을 제공한다. 예를 들면, PLGA를 유기용매에 용해시키고, 고분자 수용액을 첨가하여 젤상의 PLGA 침전물을 수득한 다음, 이에 일정한 크기의 암모늄 바이카보네이트 등의 발포성 염을 첨가하고, 주형에 주입한 후, 산성용액을첨가하여 염을 발포시키고, 잔류용매를 제거하여 제작된 지지체를 사용한다. 보다 바람직하게는, 평균 기공크기가 300-500㎛이고, 90%의 다공성을 가지는 지지체를 사용한다.The primary culture is inoculated onto a support capable of maintaining the three-dimensional form of the synthesized collagen, followed by two-dimensional incubation: The support generally contains a large amount of collagen, which prolongs the incubation period. In this case, since the collagen component contained in the support is released into the culture solution, the support may collapse. In order to overcome this disadvantage, the present inventors overcome the conventional disadvantage by using a support mainly composed of PLGA (poly (D, L-glycolic-co-lactic acid)), which is not a collagen but a glycolic acid derivative. Although the support mainly based on such PLGA is not particularly limited, it is preferable to use one prepared by a method of preparing a foamed salt using an acidic aqueous solution at room temperature, and more preferably a support having pores formed therein. The pores in the support provide sufficient space for the collagen synthesized in the cells to adhere and maintain their three-dimensional shape. For example, PLGA is dissolved in an organic solvent, a polymer aqueous solution is added to obtain a gel-like PLGA precipitate, and then a foamed salt such as ammonium bicarbonate of a certain size is added thereto, and the acidic solution is added to the mold. The support was prepared by adding a salt to foam and removing residual solvent. More preferably, a support having an average pore size of 300-500 μm and having a porosity of 90% is used.

제 3단계: 콜라겐으로 분화유도 Step 3 : Induce differentiation into collagen

2차 배양된 배양물이 콜라겐을 합성하도록 유도한다: 이때, 콜라겐의 유도방법이 특별히 제한되지는 않으나, 공지된 바와 같이 아스코르브 산(ascorbic acid)을 첨가함이 바람직하다.Secondary cultures are induced to synthesize collagen: The method of inducing collagen is not particularly limited, but ascorbic acid is preferably added as is known.

제 4단계: 콜라겐의 추출 Fourth Step : Extraction of Collagen

전기 2차 배양된 지지체를 수득하고, 지지체 표면에 유착된 콜라겐을 분리하여 추출한다. 이때, 유착된 콜라겐을 분리하는 방법이 특별히 제한되는 것은 아니나, 산을 처리하여 지지체와 콜라겐을 분리하는 방법을 사용함이 바람직하다. 또한, 분리된 콜라겐은 액상으로 사용하거나, 고형화하여 사용할 수 있는데, 보관 및 유통에 있어서의 편이성을 고려할 경우, 고형화하여 사용함이 바람직하고, 콜라겐의 고형화 방법이 특별히 제한되는 것은 아니나, 냉동건조 방법, 침전방법 등을 사용할 수 있으며, 나트륨이온을 함유하는 화합물을 처리하여 침전시킨 후, 건조하는 방법을 이용함이 바람직하다.The secondary cultured support is obtained, and collagen adhered to the support surface is separated and extracted. At this time, the method of separating the adhered collagen is not particularly limited, but it is preferable to use a method of separating the support and collagen by treating the acid. In addition, the separated collagen may be used in a liquid state or solidified, but considering the ease of storage and distribution, it is preferable to solidify the collagen, and the method of solidifying collagen is not particularly limited, but a freeze-drying method, Precipitation methods and the like can be used, and it is preferable to use a method of treating and precipitating a compound containing sodium ions, followed by drying.

일반적으로, 지지체에서 3차원적으로 세포를 배양하는 방법은 배양접시를 사용하여 2차원적으로 배양하는 방법보다, 세포성장이 둔화된다는 단점이 있으나, 원래세포의 3차원적 구조를 복원할 수 있다는 장점이 있다. 특히, 본 발명의 콜라겐을 생산하는 방법에 적용할 경우, 배양액으로 분비되어 손실되는 콜라겐의 양이 2차원적으로 배양할 때 보다, 3차원적으로 배양할 경우 현저히 감소하였으므로, 세포배양 방법을 이용하여 콜라겐을 다량으로 생산할 수 있음을 확인할 수 있었다.In general, the method of culturing cells three-dimensionally on the support has a disadvantage in that cell growth is slower than the method of two-dimensional culturing using a culture dish, but it is possible to restore the three-dimensional structure of the original cells. There is an advantage. In particular, when applied to the method for producing collagen of the present invention, since the amount of collagen secreted and lost in the culture medium is significantly reduced in three-dimensional culture than in two-dimensional culture, the cell culture method is used. It was confirmed that it can produce a large amount of collagen.

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 with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples in accordance with the gist of the present invention. .

실시예 1: 3차원 배양을 이용한 콜라겐의 생산 Example 1 Production of Collagen Using Three-Dimensional Culture

인간 섬유아세포를 배양접시에서 1차 배양하고, 이를 3차원 지지체에 접종한 후, 2차 배양하며, 콜라겐으로의 분화를 유도한 다음, 지지체를 수득하고, 지지체에 유착된 콜라겐을 추출하여 생산한다.Human fibroblasts are primaryly cultured in a culture dish, inoculated onto a three-dimensional support, then secondaryly cultured to induce differentiation into collagen, then a support is obtained, and collagen adhered to the support is extracted and produced. .

실시예 1-1: 인간 섬유아세포의 1차 배양 Example 1-1 Primary Culture of Human Fibroblasts

구강내 질환으로 인하여 절제술을 시행받은 환자에서 수술시 자연히 삼출되는 상피를 수득하고, 이로부터 통상적인 방법으로 섬유아세포를 분리하였다. 즉, 1차 배양배지인 고농도 포도당 DMEM(LG-DMEM, glucose 1g/L, GIBCO, MO, USA)배지와 상피를 혼합하고, 일차 원심분리를 시행하여 세포를 원심분리한 다음, 퍼콜(Percoll, SIGMA, MD, USA)용액을 이용한 초원심분리를 시행하여 유핵세포만을 분리하였다. 5% CO2, 37.5℃로 유지되는 배양기내에서 배양하며 배지(10% 우태아 혈청이 포함된 고농도 포도당 DMEM배지)를 2일마다 교환하면서 섬유아세포만의 분리배양을 시도하였으며, 세포가 꽉 들어차면 계대배양을 실시하여 충분한 수의 세포를 증식시켰다.Epithelial spontaneous exudates were obtained from patients who underwent excision due to intraoral disease, from which fibroblasts were isolated in a conventional manner. That is, the primary culture medium, high concentration of glucose DMEM (LG-DMEM, glucose 1g / L, GIBCO, MO, USA) medium and epithelium were mixed, the cells were centrifuged by primary centrifugation, and then Percoll (Percoll, Only nucleated cells were isolated by ultracentrifugation using SIGMA, MD, USA). Incubated in an incubator maintained at 5% CO 2 , 37.5 ° C, and attempted to isolate and culture only fibroblasts by changing the medium (high concentration DMEM medium containing 10% fetal calf serum) every 2 days. Subsequent subcultures were performed to propagate a sufficient number of cells.

실시예 1-2: 인간 섬유아세포의 2차 배양 및 콜라겐의 합성 Example 1-2 Secondary Culture of Human Fibroblasts and Synthesis of Collagen

삼차원 배양에 필요한 PLGA를 주성분으로 하는 고분자 지지체(Innotech., 한국)를 4℃에서 100, 90, 70 및 10%(v/v) 에탄올을 이용하여 순차적으로 전처리하고, PBS(phosphate buffered saline)와 배양배지로 세척한 다음, 건조시켰다. 이어, 전기 고분자 지지체에 각각 서로 다른 세포밀도(1 ×106, 2.5 ×106개)의 세포현탁액 100㎕를 분주하고, 지름 60mm크기의 배양접시에서 배양을 시작하였다. 2시간이 경과한 후, 배지 4㎖를 첨가하고 진탕배양기(30rpm)를 이용하여 배양하였다.그런 다음, 2일이 경과한 후, 3일 간격으로 콜라겐 형성 유도물질(1mM L-ascorbic acid-2-phosphate)이 첨가된 새 배지를 공급하여 6주간 추가로 배양하였다.Polymeric scaffold (Innotech., Korea), the main component of PLGA required for three-dimensional culture, was sequentially pretreated using 100, 90, 70, and 10% (v / v) ethanol at 4 ° C, followed by PBS (phosphate buffered saline) The culture medium was washed and then dried. Subsequently, 100 μl of cell suspensions of different cell densities (1 × 10 6 , 2.5 × 10 6 ) were dispensed on the polymer support, and culture was started in a culture dish of 60 mm diameter. After 2 hours, 4 ml of medium was added and cultured using a shake incubator (30 rpm). Then, after 2 days, collagen formation inducer (1 mM L-ascorbic acid-2 was added every 3 days. A new medium supplemented with -phosphate) was supplied and further cultured for 6 weeks.

실시예 1-3: 콜라겐의 추출 Example 1-3 Extraction of Collagen

상기 분화유도가 수행된 2차 배양물로부터, 지지체를 수득하고, PBS로 세척한 다음, 지지체를 분쇄하였다. 분쇄된 지지체를 10㎖의 0.2M 아세트산 수용액에 침지하고, 4℃에서 2일 동안 진탕시키며 방치한 다음, 12,000 ×g, 4℃의 조건으로 2시간동안 원심분리하여, 상층액을 수득하였다. 전기 수득한 상층액에 30%(w/v)가 되도록 NaCl을 첨가하고, 4℃에서 1시간 동안 방치한 다음, 4,000 ×g, 4℃의 조건으로 30분동안 원심분리하여, 침전물을 수득하였다. 수득한 침전물을 10㎖의 0.05M 아세트산 수용액으로 재현탁시키고, 이를 4℃에서 0.02M Na2HPO4수용액으로 6시간 간격으로 3회 투석한 다음, 4,000 ×g, 4℃의 조건으로 30분동안 원심분리하여, 침전물을 수득하였다. 전기 침전물을 진공 동결건조시켜서, 4℃에서 보관하였다.From the secondary culture in which the differentiation was conducted, a support was obtained, washed with PBS, and then ground. The ground support was immersed in 10 ml of 0.2 M acetic acid aqueous solution, shaken at 4 ° C. for 2 days, and then centrifuged at 12,000 × g, 4 ° C. for 2 hours to obtain a supernatant. NaCl was added to 30% (w / v) of the obtained supernatant, and left at 4 ° C. for 1 hour, and then centrifuged at 4,000 × g and 4 ° C. for 30 minutes to obtain a precipitate. . The obtained precipitate was resuspended in 10 ml of 0.05 M acetic acid aqueous solution, and dialyzed three times at 6 ° C. with 0.02 M Na 2 HPO 4 aqueous solution at 4 ° C. for 3 minutes, and then at 4,000 × g and 4 ° C. for 30 minutes. Centrifugation gave a precipitate. The precipitate was vacuum lyophilized and stored at 4 ° C.

실시예 2: 콜라겐의 특성분석 Example 2 Characterization of Collagen

전기 실시예 1에서 수득한 콜라겐을 배양시간에 따라 광학현미경과 전자현미경으로 관찰하고, 콜라겐의 형성시 발생되는 제 1형 교원질을 면역학적 방법으로 확인하였다.The collagen obtained in Example 1 was observed with an optical microscope and an electron microscope according to the culture time, and the type 1 collagen generated during the formation of collagen was confirmed by an immunological method.

실시예 2-1: 광학현미경을 이용한 관찰 Example 2-1 : Observation using an Optical Microscope

2주, 4주 및 6주 동안 배양된 각각의 세포-지지체 복합체(hBMSCs-scaffolds complex)를 10% 중성 포르말린에 8시간 이상 고정하고, 파라핀에 포매한 후, 5㎛의 연속절편을 제작하였다. 이어, H/E 염색을 시행하여 지지체내에서의 세포 분포와 세포외 기질 침착을 관찰하였다(참조: 도 1a, 도 1b, 도 1c). 도 1a는 2주간 배양된 세포-지지체 복합체의 현미경 사진이고, 도 1b는 4주간 배양된 세포-지지체 복합체의 현미경 사진이며, 도 1c는 6주간 배양된 세포-지지체 복합체의 현미경 사진이다. 도 1a 내지 도 1c에서 보듯이, 배양기간이 증가함에 따라, 콜라겐의 양이 증가하며, 동시에 세포가 사멸됨을 알 수 있었다.Each cell-support complex (hBMSCs-scaffolds complex) cultured for 2 weeks, 4 weeks and 6 weeks was fixed in 10% neutral formalin for 8 hours or more, and embedded in paraffin, and then 5 μm serial sections were prepared. Subsequently, H / E staining was performed to observe cell distribution and extracellular matrix deposition in the scaffold (see FIGS. 1A, 1B and 1C). FIG. 1A is a micrograph of the cell-support complex cultured for 2 weeks, FIG. 1B is a micrograph of the cell-support complex cultured for 4 weeks, and FIG. 1C is a micrograph of the cell-support complex cultured for 6 weeks. As shown in Figure 1a to 1c, as the incubation period increases, the amount of collagen increases, it was found that the cells are killed at the same time.

실시예 2-2: 전자현미경을 이용한 관찰 Example 2-2 : Observation using an electron microscope

생체내 조건(in vivo) 상에서 콜라겐의 형태학적 특성을 파악하기 위해 주사 전자 현미경(scanning electron microscopy, HITACHI S-800)과 투과 전자 현미경(transmission electron microscopy, Philips CM-10)을 이용하여 관찰하였다.In order to determine the morphological characteristics of collagen in vivo (scanning electron microscopy (HITACHI S-800) and transmission electron microscopy (transmission electron microscopy, Philips CM-10)) was observed.

먼저, 투과 전자 현미경을 이용한 관찰을 수행하기 위해 적출된 시료를 0.1M PBS(pH 7.4)으로 완충된 2%(v/v) 글루타르알데히드(glutaraldehyde)와 파라포름알데히드(paraformaldehyde)로 전 고정 및 1.33% OsO4로 후 고정을 시행하였다. 알콜로 고정된 조직을 탈수시키고, 프로필렌 옥사이드(propylene oxide)로 치환시킨 다음, 이폰(epon) 혼합액에 포매시키고, 초박절편을 만들어 유라닐 아세테이트(uranyl acetate)와 리드 시트레이트(lead citrate)로 이중염색한 후, 투과전자현미경으로 관찰하였다.First, the extracted samples were pre-fixed with 2% (v / v) glutaraldehyde and paraformaldehyde buffered with 0.1 M PBS (pH 7.4) to perform observation using a transmission electron microscope. Post fixation with 1.33% OsO 4 was performed. The alcohol-immobilized tissues are dehydrated, replaced with propylene oxide, embedded in an epon mixture, and made into ultra thin sections, which are doubled with uranyl acetate and lead citrate. After staining, it was observed by transmission electron microscopy.

다음으로, 주사 전자 현미경을 이용한 관찰을 수행하기 위해 전기 탈수 후에 이소아밀락테이트(isoamyllactate)로 치환시키고, 6시간 후에 임계점 건조(critical point dry)를 수행한 다음, 이온코터(ion coater, Eiko IB-3형)를 이용하여 300nm 두께로 금피복(gold coating)시키고, 주사 전자 현미경으로 관찰하였다(참조: 도 2a, 도 2b, 도 2c). 도 2a는 세포 접종 2일 후의 주사 전자 현미경 사진이고, 도 2b는 2주 배양후의 주사 전자 현미경 사진이며, 도 2c는 2주 배양후의 투과 전자 현미경 사진이다. 도 2a 내지 도 2c에서 보듯이, 2주 배양후에는 지지체 표면에서 세포는 풍부한 세포외 기질을 분비하고, 세포질내에 풍부한 리보솜과 소포체 및 다수의 분비과립이 관찰되므로, 세포로부터 콜라겐의 분비가 활발해짐을 알 수 있었다.Next, in order to perform observation using a scanning electron microscope, after dehydration with isoamyllactate, after 6 hours, a critical point dry was performed, followed by an ion coater (Eiko IB). -3) was gold coated to a thickness of 300 nm and observed with a scanning electron microscope (see Figures 2a, 2b, 2c). FIG. 2A is a scanning electron micrograph 2 days after cell inoculation, FIG. 2B is a scanning electron micrograph after 2 weeks culture, and FIG. 2C is a transmission electron micrograph after 2 weeks culture. As shown in Figures 2a to 2c, after two weeks of culture, the cells secrete an extracellular matrix rich on the surface of the support, and abundant ribosomes and endoplasmic reticulum and numerous secretory granules are observed in the cytoplasm, thus secreting collagen from the cells. Could know.

실시예 2-3: 제 1형 교원질의 확인 Example 2-3 Identification of Type 1 Collagen

세포에 의해 형성되는 제 1형 교원질의 확인을 위해 면역조직화학적 염색방법인 메슨-트리크롬 염색(Masson's Trichrome)을 시행하였다. 즉, 전기 실시예 2-1에서 제작한 5㎛의 두께의 파라핀 연속절편을 자일렌으로 처리하고, 알콜을 이용하여 단계적으로 함수하였으며, 0.5%(v/v) 과산화수소수용액으로 처리하여 내인성 과산화효소를 제거한 다음, 염소혈청(goat serum)으로 30분간 처리하였다. 제 1형 교원질의 확인을 위해 제 1형 교원질의 일차 항체를 첨가하여 반응시키고, PBS로 5분간 3회 세척 후, 이차 항체(5㎍/㎖ biotinylated anti-mouse/anti-rabbit IgG)로 30분간 반응시켰다. 이어, 발색효소(3㎍/㎖ horseradish peroxidase streptoavidin)를 처리하여 30분간 반응시키고, 발색제(DAB, hydrogen peroxide)를 이용하여 발색시킨 다음, 헤마톡실린으로 세포를 염색하여 제 1형 교원질의 발현을 광학 현미경으로 관찰하였다(참조: 도 3a, 도 3b, 도 3c). 도 3a는 2주 배양된 세포-지지체 복합체에서 제 1형 교원질의 발현을 나타내는 광학현미경 사진이고, 도 3b는 4주 배양된 세포-지지체 복합체에서 제 1형 교원질의 발현을 나타내는 광학현미경 사진이며, 도 3c는 6주 배양된 세포-지지체 복합체에서 제 1형 교원질의 발현을 나타내는 광학현미경 사진이다. 도 3a 내지 도 3c에서 보듯이, 배양기간이 증가함에 따라, 제 1형 교원질의 발현이 증가함을 알 수 있었다.To identify the type 1 collagen formed by the cells, Masson's Trichrome, an immunohistochemical staining method, was performed. That is, 5 μm-thick paraffin continuous slices prepared in Example 2-1 were treated with xylene, stepped with alcohol, and treated with 0.5% (v / v) aqueous hydrogen peroxide solution to endogenous peroxidase. After removal, it was treated with goat serum (goat serum) for 30 minutes. To identify the type 1 collagen, the reaction was performed by adding a primary antibody of type 1 collagen, washed three times with PBS for 5 minutes, and then 30 minutes with a secondary antibody (5 μg / ml biotinylated anti-mouse / anti-rabbit IgG). Reacted. Subsequently, the cells were treated with chromophore (3 μg / ml horseradish peroxidase streptoavidin) for 30 minutes, followed by color development using a colorant (DAB, hydrogen peroxide), followed by staining of cells with hematoxylin to express the expression of collagen type I. Observation was made with an optical microscope (see FIGS. 3A, 3B, and 3C). 3A is an optical micrograph showing the expression of type 1 collagen in a two-week cultured cell-support complex, FIG. 3B is an optical micrograph showing the expression of type 1 collagen in a four-week cultured cell-support complex, 3C is an optical micrograph showing the expression of collagen type 1 in a 6-week cultured cell-support complex. As shown in Figures 3a to 3c, it can be seen that as the culture period increases, the expression of type 1 collagen increases.

이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명은 인간 섬유아세포를 삼차원적으로 배양하고, 이로부터 콜라겐을 생산하는 방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 세포에 의한 콜라겐의 합성 및 추출은 세포배양법에 따라 많은 수의 세포를 얻을 수 있는 장점이 있어, 조직에서 추출해내는 콜라겐에서 가져오는 공급의 한정성을 해결할 수 있으므로, 피하주사용 교원질제제, 피부창상피복제 등의 피부주름 제거와 같은 성형외과적 개발 및 콜라겐 지지체와 같은 조직공학적 개발에 널리 활용될 수 있을 것이다.As described and demonstrated in detail above, the present invention provides a method for culturing human fibroblasts in three dimensions and producing collagen therefrom. According to the present invention, the synthesis and extraction of collagen by cells has the advantage that a large number of cells can be obtained according to the cell culture method, and thus it is possible to solve the limitation of the supply brought from collagen extracted from the tissues. It may be widely used in plastic surgery development, such as removal of wrinkles of collagen preparations, skin wound dressings and the like, and tissue engineering development such as collagen support.

Claims (4)

(ⅰ) 섬유아세포를 배양용 접시에서 1차 배양하는 단계;(Iii) first culturing the fibroblasts in a culture dish; (ⅱ) 1차 배양물을 합성된 콜라겐의 3차원적 형태를 유지시킬 수 있는 지지체에 접종하고, 3차원적으로 2차 배양하는 단계;(Ii) inoculating the primary culture onto a support capable of maintaining the three-dimensional form of the synthesized collagen and secondly culturing in three dimensions; (ⅲ) 2차 배양된 배양물이 콜라겐을 합성하도록 유도하는 단계; 및,(Iii) inducing the secondary culture to synthesize collagen; And, (ⅳ) 전기 2차 배양된 지지체를 수득하고, 지지체 표면에 유착된 콜라겐을 분리하여 추출하는 단계를 포함하는, 섬유아세포의 삼차원적 배양을 이용한 콜라겐의 생산방법.(Iii) obtaining an electro-secondary cultured support and separating and extracting collagen adhered to the surface of the support, the method of producing collagen using a three-dimensional culture of fibroblasts. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 지지체는 글리콜산 유도체인 PLGA(poly(D,L-glycolic-co-lacticThe support is PLGA (poly (D, L-glycolic-co-lactic) which is a glycolic acid derivative. acid))를 주성분으로 하고, 평균 기공크기가 300-500㎛이며,acid)) as the main component, the average pore size is 300-500㎛, 90%의 다공성을 가지는 것을 특징으로 하는Characterized by having a porosity of 90% 섬유아세포의 삼차원적 배양을 이용한 콜라겐의 생산방법.Method for producing collagen using three-dimensional culture of fibroblasts. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 콜라겐의 합성유도는 아스코르브 산(ascorbic acid)을 첨가하여Synthetic induction of collagen by adding ascorbic acid 수행되는 것을 특징으로 하는Characterized in that 섬유아세포의 삼차원적 배양을 이용한 콜라겐의 생산방법.Method for producing collagen using three-dimensional culture of fibroblasts. 제 1항의 방법에 의해 생산된 콜라겐을 냉동건조 또는 침전에 의해 고형화시키는 단계를 포함하는 섬유아세포의 삼차원적 배양을 이용한 콜라겐의 생산방법.Method for producing collagen using a three-dimensional culture of fibroblasts comprising the step of solidifying the collagen produced by the method of claim 1 by lyophilization or precipitation.
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