KR100638736B1 - Nano fiber shaped cell culture scaffold and method for preparing the same - Google Patents

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Abstract

A nano fiber-shaped cell culture support is provided to be able to secure enough space for cell proliferation by improving pore rate of the three-dimensional cell support through further formation of foaming cell in a nano-yarn strand. The cell culture support comprises: a fiber based film(1); a plurality of nano-yarns(2) which is arranged on the fiber based film through electric radiation technique; and a plurality of foaming cells(3) which is formed on the nano-yarns strand to secure pore rate required for cell proliferation, wherein the foaming cells include a space portion having a size of 200-300 micrometers.

Description

나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체 및 그 제조 방법{Nano Fiber Shaped Cell Culture Scaffold And Method For Preparing The Same} Nano Fiber Shaped Cell Culture Scaffold And Method For Preparing The Same}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체를 도시한 평면도.1 is a plan view showing a cell culture support in the form of nanofibers according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체를 광학 현미경으로 촬영한 사진.Figure 2 is a photograph taken with an optical microscope of the cell culture support of the nanofiber form formed according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체 제조 방법을 순차로 나타낸 공정 흐름도.3 is a process flow diagram sequentially showing a method for preparing a cell culture support in the form of nanofibers according to an embodiment of the present invention.

도 4 및 도 5는 본 발명의 세포 배양 지지체를 제조하기 위한 장치의 실시예들. 4 and 5 are embodiments of the device for producing a cell culture support of the present invention.

도 6은 종래 기술에 따라 제조된 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체를 도시한 평면도.Figure 6 is a plan view showing a cell culture support in the form of nanofibers prepared according to the prior art.

도 7은 종래 기술에 따라 형성된 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체를 광학 현미경으로 촬영한 사진.Figure 7 is a photograph taken with an optical microscope of the cell culture support in the form of nanofibers according to the prior art.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 섬유 기재 필름1: fiber base film

2 : 나노 섬유사2: nano fiber yarn

3 : 발포 셀3: foam cell

4 : 분사 노즐4: spray nozzle

41 : 발포제 공급 노즐    41: blowing agent supply nozzle

5 : 섬유사 수집기5: fiber yarn collector

6 : 전압 발생 장치6: voltage generator

본 발명은 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 손상된 조직을 재생을 위한 기공을 확보할 수 있는 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a cell culture scaffold in the form of nanofibers and a method for producing the same, and more particularly, to a cell culture scaffold in the form of nanofibers and a method of manufacturing the same, which can secure pores for regenerating damaged tissue.

조직 재생은 인체내 기관이나 조직이 손상될 경우에 세포, 약물 지지체 등을 제공하여 효과적으로 조직을 재생하는 것이다. 이때, 조직 재생용 지지체는 임플란트 부위에서 물리적으로 안정하고 재생 효능을 조절할 수 있는 생리 활성을 갖아야 하며, 또한 새로운 조직을 형성한 후에는 생체 내에서 분해되어야 하고 이때, 분해산물이 독성을 갖지 않아야 한다.Tissue regeneration is an effective regeneration of tissues by providing cells, drug supports, etc. when organs or tissues in the human body are damaged. At this time, the scaffold for tissue regeneration should have a physiological activity that is physically stable at the implant site and can regulate regenerative efficacy, and should be degraded in vivo after formation of new tissue, and the degradation product should not be toxic. do.

이러한 조직 재생용 지지체는 종래 일정한 강도와 형태를 갖는 고분자를 이용한 스폰지 타입, 매트릭스 형태의 나노 섬유 또는 젤 타입의 세포 배양 지지체로 제조된다. Such a support for tissue regeneration is conventionally made of a cell culture support of sponge type, matrix type nanofiber or gel type using a polymer having a certain strength and shape.

이 중 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체는 열린 공극을 갖기 때문에 세포 가 잘 부착되는 구조를 갖으나, 지지체가 천연 고분자로 이루어진 경우 수상에서 강도가 매우 약하여 붕해되거나 수축되어 형태를 유지하지 못하는 문제점이 있었다. Among these, the nanofibrous cell culture scaffold has a structure in which cells adhere well because it has open pores. However, when the scaffold is made of a natural polymer, it has a problem in that its strength is weak in the aqueous phase so that it cannot disintegrate or shrink to maintain its shape. .

또한, 이러한 섬유사 형태의 지지체 만으로는 약물을 봉입하여 조절 방출하거나 생리 활성을 갖는 천연 고분자들을 다 적용시키는 데는 한계가 있다.In addition, the support in the form of fibrous yarn alone has a limitation in encapsulating the drug to control and release all the natural polymers having physiological activity.

도 6은 종래 기술에 따라 제조된 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체를 도시한 평면도이고, 도 7은 종래 기술에 따라 형성된 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체를 광학 현미경으로 촬영한 사진으로, 종래 기술에 따른 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체는 합성 고분자와 천연 고분자를 단독 또는 혼합하여 유기 용매에 용해시킨 후 이를 전기 방사 방식을 이용하여 섬유 기재 상에 방사함으로써 섬유 기재 필름(1) 상에 가닥의 나노 섬유사(2) 형태로 형성된다. 6 is a plan view illustrating a cell culture support in the form of a nanofiber prepared according to the prior art, Figure 7 is a photograph taken with an optical microscope of the cell culture support in the form of a nanofiber according to the prior art, according to the prior art The cell culture scaffold in the form of nanofibers is prepared by dissolving a synthetic polymer and a natural polymer alone or mixed in an organic solvent, and then spinning them onto a fiber substrate by using an electrospinning method. (2) formed in the shape.

그런데, 종래 기술에 의해 형성된 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체는 나노 섬유사(2) 자체가 공극을 갖기 때문에 세포가 잘 부착되기는 하지만 세포의 증식에 필요한 충분한 기공이 확보되지 않기 때문에 세포의 증식이 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 있었다. By the way, the cell culture scaffold in the form of nanofibers formed by the prior art, although the cells are well attached because the nanofiber yarn 2 itself has pores, but because the pores necessary for the proliferation of cells are not secured, the growth of the cells is smooth. There was a problem that is not made.

본 발명은 상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 세포 배양 지지체로 이용되는 나노 섬유사 가닥에 내부에 공간부가 형성된 발포 셀을 더 형성하여 3차원 세포 지지체의 기공률을 향상시킴으로써 세포 증식에 필요한 공간을 확보할 수 있도록 하는 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체 및 그 제조 방 법을 제공하기 위한 것이다. The present invention was invented to solve the problems according to the prior art, by further forming a foamed cell formed inside the space on the nanofiber strand used as a cell culture support to increase the porosity of the three-dimensional cell support It is to provide a cell culture support in the form of nanofibers and a method of manufacturing the same to ensure a space required for the.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 손상된 조직의 재생에 이용하기 위하여 형성된 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체에 있어서, 섬유 기재 필름과; 상기 섬유 기재 필름 상에 전기 방사 방식에 의해 방사되어 배열된 다수의 나노 섬유사와; 세포 증식에 필요한 기공율을 확보하기 위하여 상기 나노 섬유사 가닥에 형성된 다수의 발포 셀을 포함하여 이루어진다. The present invention for solving the above technical problem is a cell culture support in the form of nanofibers for use in the regeneration of damaged tissue, the fiber base film; A plurality of nanofiber yarns arranged to be spun by an electrospinning method on the fiber base film; It comprises a plurality of foam cells formed on the nanofiber yarn strands to secure the porosity required for cell proliferation.

또한, 본 발명은 손상된 조직의 재생에 이용하기 위하여 형성된 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체 제조 방법에 있어서, 천연 고분자와 합성 고분자의 단일 또는 이들의 혼합물이 용해된 방사액 및 발포제를 분사 노즐로 공급하는 단계와; 섬유사 수집기 상측으로 섬유 기재 필름을 이송하는 단계와; 상기 방사액 및 발포제가 공급된 상기 분사 노즐에 전압을 인가하여 상기 섬유 기재 필름 표면으로 상기 방사액 및 발포제를 분사시켜 나노 섬유사를 형성하는 단계와; 상기 나노 섬유사가 형성된 결과물에 일정 온도를 가하여 상기 발포제를 발포시켜 상기 나노 섬유사 가닥에 발포 셀을 형성하는 단계를 포함한다. In addition, the present invention provides a method for producing a cell culture scaffold in the form of nanofibers formed for use in regenerating damaged tissue, comprising supplying a spinning solution and a blowing agent in which a single or a mixture of natural and synthetic polymers are dissolved to a spray nozzle. Steps; Transporting the fiber base film above the fiber yarn collector; Applying a voltage to the spray nozzle supplied with the spinning solution and the blowing agent to spray the spinning solution and the blowing agent onto the surface of the fiber base film to form nanofiber yarns; And applying a predetermined temperature to the resultant nanofiber yarn formed to foam the foaming agent to form a foaming cell on the nanofiber yarn strand.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다. The invention will become more apparent through the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings. Hereinafter will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce through embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체를 도시한 평면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 나노 섬유 형태의 세포 배 양 지지체를 광학 현미경으로 촬영한 사진으로, 본 발명의 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체는 섬유 기재 필름(1)과, 상기 섬유 기재 필름 상에 전기 방사 방식에 의해 방사되어 배열된 다수의 나노 섬유사(2)와, 세포 증식에 필요한 기공율을 확보하기 위하여 상기 나노 섬유사(2) 가닥에 형성된 다수의 발포 셀(3)을 포함하여 이루어진다.1 is a plan view showing a cell culture support of the nanofiber form according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a photograph taken with an optical microscope of the cell culture support of the nanofiber form formed according to an embodiment of the present invention The cell culture scaffold in the form of nanofibers of the present invention comprises a fiber base film (1), a plurality of nanofiber yarns (2) arranged by spinning on the fiber base film by electrospinning, and porosity necessary for cell proliferation. It comprises a plurality of foam cells (3) formed on the nanofiber yarn (2) strands in order to secure.

상기 발포 셀(3)은 세포 증식에 필요한 공간을 확보할 수 있도록 그 내부에 200~300㎛의 공간부가 형성됨이 바람직하다. The foamed cell 3 is preferably formed in the space portion of 200 ~ 300㎛ therein to ensure the space required for cell proliferation.

상기 섬유 기재 필름(3) 및 나노 섬유사(2)로는 천연 고분자와 합성 고분자 단일 또는 이들의 혼합물로써 조직 재생용 성분이 사용될 수 있다. As the fiber base film 3 and the nanofiber yarn 2, a component for tissue regeneration may be used as a single polymer or a mixture of natural polymer and synthetic polymer.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체 제조 방법을 순차로 나타낸 공정 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 세포 배양 지지체를 제조하기 위한 전기 방사 장치를 도시한 구성도이다. 3 is a process flowchart sequentially showing a method for preparing a cell culture support in the form of nanofibers according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a block diagram illustrating an electrospinning apparatus for manufacturing the cell culture support of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면, 우선 천연 고분자와 합성 고분자의 단일 또는 이들의 혼합물이 용해된 용액에 발포제를 혼합하여 제조한 방사액을 분사 노즐(4)로 공급한다. 3 and 4, first, the spinning solution prepared by mixing a blowing agent in a solution in which a single or a mixture of natural and synthetic polymers is dissolved is supplied to the spray nozzle 4. do.

이때, 상기 분사 노즐로 공급되는 방사액은 발포제를 직접 혼합하여 공급하도록 기재하였으나, 도 5에 도시된 바와 같이 천연 고분자와 합성 고분자의 단일 또는 이들의 혼합물이 용해된 방사액을 수용하는 분사 노즐 내부에 발포제를 공급하는 발포제 공급 노즐(41)을 별도로 구비하여 상기 분사 노즐(4)과 발포제 공급 노즐(41)에 방사액 및 발포제를 동시에 공급하도록 할 수도 있다. At this time, the spinning solution supplied to the injection nozzle is described to supply a direct mixing of the blowing agent, as shown in Figure 5 inside the injection nozzle containing a spinning solution in which a single or a mixture of natural and synthetic polymers are dissolved In addition, a foaming agent supply nozzle 41 for supplying a blowing agent may be separately provided to simultaneously supply the spinning liquid and the blowing agent to the injection nozzle 4 and the blowing agent supply nozzle 41.

이어, 섬유사 수집기(5) 상측으로 섬유 기재 필름(1)을 이송한다. 이때, 상기 섬유 기재 필름(1)은 생체 친화성이 우수한 천연 고분자와 구조 내에서 결정성을 갖고 있어 수용액 상의 생체 조건 하에서 안정한 형태를 유지할 수 있는 합성 고분자의 단일 또는 이들의 혼합액을 이용하여 제조된 것일 수 있다. Subsequently, the fiber base film 1 is transferred to the fiber yarn collector 5. In this case, the fiber base film (1) is produced using a single polymer or a mixture of synthetic polymers having a high biocompatibility and a synthetic polymer that has a crystallinity in the structure and can maintain a stable form in the aqueous phase in aqueous solution It may be.

그런 다음, 상기 방사액 및 발포제가 공급된 상기 분사 노즐(4)과 섬유 기재 필름(1)이 이송된 섬유사 수집기(5) 사이에 전압 발생 장치(6)를 이용한 전압을 인가하여 전기장을 형성시킨다. Then, an electric field is formed by applying a voltage using the voltage generator 6 between the injection nozzle 4 supplied with the spinning solution and the blowing agent and the fiber yarn collector 5 transported with the fiber base film 1. Let's do it.

이에 따라, 상기 분사 노즐(4)에 수용된 방사액 및 발포제가 전기장과 중력에 의해 상기 섬유 기재 필름(1) 표면으로 분사되어 섬유 기재 필름 상에 나노 섬유사(2)가 형성된다. Accordingly, the spinning solution and the blowing agent contained in the spray nozzle 4 are sprayed onto the surface of the fiber base film 1 by the electric field and gravity to form the nanofiber yarn 2 on the fiber base film.

이어서, 상기 나노 섬유사(2)가 형성된 결과물에 일정 시간 동안 일정 온도를 가하여 상기 발포제를 발포시킨다. 그러면, 상기 발포제가 시드(Seed) 역할을 하여 상기 나노 섬유사의 가닥에 일정 기공을 갖는 발포 셀(3)이 형성된다. Subsequently, the blowing agent is foamed by applying a predetermined temperature to the resultant product on which the nanofiber yarns 2 are formed for a predetermined time. Then, the blowing agent serves as a seed to form a foaming cell 3 having a predetermined pore in the strand of the nanofiber yarn.

한편, 상기 발포 셀(3)은 세포 증식에 필요한 기공율을 확보하기 위하여 형성하는 것으로서, 발포 셀(3)은 그 내부에 200~300㎛의 공간부가 형성되도록 함이 바람직하다. On the other hand, the foam cell (3) is formed to ensure the porosity necessary for cell proliferation, the foam cell (3) is preferably such that a space portion of 200 ~ 300㎛ formed therein.

상기 발포 셀의 발포 배율, 셀 형태, 셀의 개방 여부는 발포 온도, 발포 시간, 발포제의 종류 및 함량 등의 인자에 의해 영향을 받기 때문에 상기 조건들을 적절하게 조절함으로써 원하는 크기와 형태의 발포 셀을 형성할 수 있다. Since the expansion ratio of the foamed cell, the cell type, and whether the cell is opened are influenced by factors such as the foaming temperature, foaming time, type and content of the foaming agent, the foamed cell having the desired size and shape can be controlled by appropriately adjusting the above conditions. Can be formed.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 세포 배양 지지체는 다공성의 나노 섬유 사 가닥에 일정 기공을 갖는 발포 셀이 더 형성됨으로써 손상된 조직 부위에서 세포 부착이 용이하게 발생하고, 세포 증식에 필요한 충분한 기공이 확보됨에 따라 조직 재생이 효과적으로 이루어질 수 있게된다. As described above, the cell culture scaffold according to the embodiment of the present invention is further formed with a foam cell having a predetermined pore in the porous nanofiber yarn strand, thereby easily causing cell adhesion at the damaged tissue site and ensuring sufficient pores necessary for cell proliferation. As a result, tissue regeneration can be achieved effectively.

상술한 바와 같이 본 발명은 세포 배양 지지체로 이용되는 나노 섬유사를 전기 방사 방식으로 제조함에 있어서, 나노 섬유사의 가닥에 내부에 공간부가 형성된 발포 셀을 더 형성하여 3차원 세포 지지체의 기공률을 향상시킴으로써 세포 증식에 필요한 공간을 확보하여 조직 재생 효율을 향상시킬 수 있게 된다. As described above, in the present invention, the nanofiber yarn used as the cell culture support is produced by electrospinning method by further forming a foam cell having a space portion formed inside the strand of the nanofiber yarn to improve the porosity of the three-dimensional cell support. It is possible to improve the tissue regeneration efficiency by securing the space necessary for cell proliferation.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.While the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that many various obvious modifications are possible without departing from the scope of the invention from this description. Therefore, the scope of the invention should be construed by the claims described to include many such variations.

Claims (5)

손상된 조직의 재생에 이용하기 위하여 형성된 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체에 있어서, A cell culture support in the form of nanofibers formed for use in regenerating damaged tissue, 섬유 기재 필름(1)과;The fiber base film 1; 상기 섬유 기재 필름(1) 상에 전기 방사 방식에 의해 방사되어 배열된 다수의 나노 섬유사(2)와;A plurality of nanofiber yarns (2) arranged on the fiber base film (1) to be spun by electrospinning; 세포 증식에 필요한 기공율을 확보하기 위하여 상기 나노 섬유사(2) 가닥에 형성된 다수의 발포 셀(3)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체.Nano-fiber cell culture support characterized in that it comprises a plurality of foam cells (3) formed on the nanofiber yarn (2) strands to secure the porosity required for cell proliferation. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 발포 셀(3)은 그 내부에 200~300㎛의 공간부가 형성됨을 특징으로 하는 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체. The foam cell (3) is a nano-fiber cell culture support, characterized in that the space portion is formed 200 ~ 300㎛ therein. 손상된 조직의 재생에 이용하기 위하여 형성된 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체 제조 방법에 있어서, In the method of producing a cell culture support in the form of nanofibers for use in the regeneration of damaged tissue, 천연 고분자와 합성 고분자의 단일 또는 이들의 혼합물이 용해된 방사액 및 발포제를 분사 노즐로 공급하는 단계와;Supplying a spinning solution and a blowing agent in which a single or a mixture of natural and synthetic polymers are dissolved, to a spray nozzle; 섬유사 수집기 상측으로 섬유 기재 필름을 이송하는 단계와;Transporting the fiber base film above the fiber yarn collector; 상기 방사액 및 발포제가 공급된 상기 분사 노즐에 전압을 인가하여 상기 섬유 기재 필름 표면으로 상기 방사액 및 발포제를 분사시켜 나노 섬유사를 형성하는 단계와;Applying a voltage to the spray nozzle supplied with the spinning solution and the blowing agent to spray the spinning solution and the blowing agent onto the surface of the fiber base film to form nanofiber yarns; 상기 나노 섬유사가 형성된 결과물에 일정 온도를 가하여 상기 발포제를 발포시켜 상기 나노 섬유사 가닥에 발포 셀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 섬유 형태의 세포 배양 지지체 제조 방법. Method for producing a cell culture scaffold in the form of nanofibers, comprising the step of forming a foaming cell on the nanofiber yarn strand by applying a predetermined temperature to the resultant formed nanofiber yarn. 제 3항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 방사액 및 발포제를 분사 노즐로 공급하는 단계는;Supplying the spinning solution and the blowing agent to a spray nozzle; 상기 방사액에 상기 발포 셀의 시드(Seed) 역할을 하는 발포제를 혼합하여 공급함을 특징으로 하는 세포 배양 지지체 제조 방법. Method for producing a cell culture support, characterized in that for supplying a mixture of a blowing agent that serves as a seed (Seed) of the foaming cell to the spinning solution. 제 3항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 방사액 및 발포제를 분사 노즐로 공급하는 단계는;Supplying the spinning solution and the blowing agent to a spray nozzle; 상기 분사 노즐 내부에 상기 발포 셀의 시드(Seed) 역할을 하는 발포제 공급 노즐을 더 구비하여 상기 분사 노즐과 발포제 공급 노즐에 용액을 동시에 공급하여 상기 방사액 및 발포제가 동시에 분사되도록 함을 특징으로 하는 세포 배양 지지체 제조 방법. Further comprising a blowing agent supply nozzle to serve as a seed (seed) of the foaming cell inside the spray nozzle to supply the solution to the spray nozzle and the blowing agent supply nozzle at the same time to the spraying and the blowing agent characterized in that the spraying at the same time Cell culture support preparation method.
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