KR101130239B1 - 세포배양용 격자형 지지체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세포를 배양시키기 위하여 사용되는 생분해성 고분자물질을 원료로 하여 만들어지는 3차원 격자형태의 새포배양용 격자형 지지체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 세포배양용 격자형 지지체의 제조방법은 별도의 냉각장치 등이 필요없이 상온에서 고상의 생분해성 고분자재료를 바로 실린더에 투입하여 자체적으로 가열되어 용융된 고분자 재료를 필라멘트 형태로 압출시켜 상온에서 다른 경화용 매체나 경화장치가 필요없이 쾌속으로 세포배양용 격자형 지지체를 형성시킬 수 있다는 장점이 있으며, 상기 제조방법에 의해 제조된 세포배양용 격자형 지지체는 각 층을 형성시키는 필라멘트의 굵기와 간격이 일정하고 중심부와 가장자리 부분의 공극율이 같으므로 세포배양시 생존율이 좋고 인체적합성이 뛰어나다는 장점이 있다.

Description

세포배양용 격자형 지지체 및 그 제조방법{Grid Type Cell Culture Scaffold and Forming Method for The Same}
본 발명은 세포를 배양시키기 위하여 사용되는 생분해성 고분자물질을 원료로 하여 만들어지는 3차원 격자형태의 세포배양용 격자형 지지체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 생명공학 분야 중에서도 조직의 치료 및 재생을 위한 조직공학(tissue engineering) 분야가 발달하고 있다. 조직공학은 생명과학과 공학의 기본 개념과 기술을 통합 응용하여 생체조직의 구조와 기능 사이의 상관관계를 이해하고, 나아가 생체조직의 대용품을 만들어 다시 체내에 이식함으로써 우리 몸의 기능을 유지, 향상 또는 복원하는 것을 목적으로 하는 응용학문이다.
높은 수준의 의료공학 기술이 급속한 성장을 보이고 있음에도 불구하고, 인체장기나 조직의 손상은 빈번히 발생하고, 이를 치료하기 위한 장기이식 수술은 기술적인 어려움, 높은 비용 및 면역 억제제의 사용에 따른 부작용 등과 같은 많은 문제점을 안고 있다.
장기 이식의 새로운 접근법으로서 조직 공학을 이용한 인공장기의 개발이나 조직의 재생에 대한 필요성이 크게 대두되고 있다. 조직 공학의 기본 원리는 환자의 몸에서 필요한 조직을 채취하고 그 조직으로부터 세포를 분리한 다음 분리된 세포를 지지체에 배양하여 세포-지지체 복합체를 제조한 후 세포-지지체 복합체를 다시 인체 내에 이식하는 것이다.
이러한 세포-지지체는 생체내 안전성뿐만 아니라 크게 세 가지 조건을 만족해야 한다. 첫째 세포의 부착, 증식, 분화의 활성에 도움을 주는 재료로 제조되어야 하고, 둘째 지지체 전체적으로 세포의 증식과 조직 재생이 원활히 할 수 있는 다공성 구조로 제조되어야 하며, 셋째 이러한 다공성 구조의 기공들 간에 상호 연결성이 좋아야 한다.
상기와 같은 세포배양용 지지체를 제작하기 위한 방법으로는 입자 침출법(particulate leaching), 유화동결 건조법(emulsion freeze-drying), 고압기체 팽창법(high pressure gas expansion) 및 상분리법(phase separation) 등이 있다. 상기 입자 침출법은 생체적합한 고분자를 유기용매에 용해시킨 용액에 녹지 않는 소금 등의 입자를 혼합하여 주물을 제조한 후 용매를 제거하고 물을 사용하여 소금 입자를 용출하여 제거함으로써 기공을 형성하는 방법이다. 그러나 상기 입자 침출법은 잔존하는 소금염이나 거친 형상으로 인해 세포가 손상되는 문제가 있다. 유화동결 건조법은 생체적합한 고분자를 유기용매에 용해시킨 용액 및 물의 유화액을 동결건조하여 유기용매와 물을 제거함으로써 기공을 형성하는 방법이다. 상기 고압기체 팽창법은 유기용매를 사용하지 않고 생체적합한 고분자를 주형에 넣고 압력을 가해 펠렛을 만들고 적당한 온도에서 고압의 가스를 상기 펠렛에 주입한 후 서서히 압력을 낮추어 가스가 방출되도록 하여 기공을 형성하는 방법이다. 이와 같은 유화동결 건조법 및 고압기체 팽창법은 열린 구조를 갖는 기공을 만드는데 한계가 있다. 상분리법은 생체적합한 고분자를 유기용매에 용해시킨 용액에 승화성 물질 또는 용해도가 다른 용매를 추가하고 승화 또는 온도변화에 따른 용액의 상분리에 의해 공극을 형성하는 방법이다. 그러나 상기 상분리법은 기공의 크기가 너무 작아 세포 배양이 어려운 문제가 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 극복하고자 상기 방법들을 혼용한 다양한 연구가 활발히 진행되고 있다. 대한민국특허출원 제2005-8442호에서는 고분자 용액에 기체를 혼입시킨 후 상기 기체가 혼합된 용액을 동결건조시켜 세포배양용 지지체를 제조하는 방법에 대해 개시하고 있다. 또한 대한민국 특허출원 제2006-66366호에서는 생분해성 고분자를 녹인 유기상에 발포성 염을 녹인 수용액을 첨가하여 빠른 속도의 교반을 통해 발포된 기체로 균일하고 안정된 유화액을 형성시키고, 계면활성제가 포함된 수용액에 재분산, 유화시키는 이중 유화단계를 포함하는 세포배양용 지지체의 제조방법에 대해 개시하고 있다. 이와 같이, 지지체를 다공성 구조로 제조하기 위해서 여러 시도가 있어 왔지만 아직까지 그 효과 면에서 미흡한 실정이다.
최근 쾌속조형(rapid prototyping, RP) 기술의 발달로 무기물질을 원료로 하는 쾌속조형에서는 나노단위의 조형이 가능해졌으나, 이러한 조형기기는 산업용으로만 개발되고 고분자 재료를 이용하여야 하는 생체의료용 지지체의 쾌속 조형에 대해서는 연구가 미미한 실정이다. 이러한 쾌속조형 기술로는 융착조형법(FDM : Fused Deposition Modelling)을 들 수 있다. FDM 방식은 가는 노즐로 필라멘트를 압출하여 가는 선 모양으로 면상에 주사시킴으로써 적층조형하는 방식이다. 최근 원재료 필라멘트를 준비하지 않으며, 가열장치도 필요 없는 개량된 FDM 방법들이 제안되고 있는데, 이러한 방법들은 재료를 적정한 용매를 사용하여 녹인 후 용액, 젤, 슬러리, 페이스트 상태로 만들어 카트리지 내에 넣고 압력을 주어 노즐을 통해 재료를 압출하여 층층이 쌓아서 3차원 구조물을 제조한다. 이러한 경우, 압출한 재료를 경화시키기 위해 액상이나 젤 상태의 매체(medium)를 사용하거나, 재료 경화를 위한 냉각장치 등을 사용한다.
상기와 같은 기술들은 3차원 고분자 구조물을 제조하는데, 재료를 고온으로 가열하여 압출하거나, 가열하지 않고 용액을 사용하는 경우에는 압출한 재료를 경화시키기 위한 매체를 사용하거나, 압출한 재료의 경화를 위해 냉각장치 등의 부대 장치를 사용한다. 즉, 이들 방법은 재료를 가열하는 경우 가열장치 등의 설비가 필요하고, 세포, 생리활성물질, 약물 등과 같이 열이 가해지면 변질되거나 기능이 무효화되는 생물학적, 의학적인 재료에 적용할 수 없는 단점이 있고, 재료를 가열하지 않고 압출하는 방식에 있어서도 경화 매체를 사용하거나, 냉각장치 등의 압출한 재료의 경화를 위한 부대 설비들이 필요하여 작업의 번거로움이나 비용 증가와 같은 문제점을 가진다.
한편 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 대한민국공개특허 제2010-0013016호와 대한민국공개특허 제2011-0004526호에서는 각각 극저온법으로 냉각하거나 필러를 이용하여 3차원 형태의 조직 재생용 구조체 및 그 제조방법을 제안한 바 있으나 이들 또한 3차원 형상의 조직 재생용 구조체를 별도의 -50~0℃로 냉각시켜서 형성시켜야 하거나 필러를 넣었다가 나중에 제거하여야 하는 번거로움은 여전히 문제점으로 남아 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
본 발명의 목적은 별도의 냉각장치 등이 필요없이 상온에서 고상의 생분해성 고분자재료를 바로 실린더에 투입하여 자체적으로 가열되어 용융된 고분자 재료를 필라멘트 형태로 압출시켜 상온에서 다른 경화용 매체나 경화장치가 필요없이 상온에서 각 층을 형성하는 필라멘트가 이루는 각도를 다양하게 선택하여 다양한 형태의 공간이 형성될 수 있는 격자형태의 다층구조로 이루어진 세포배양용 격자형 지지체를 형성시킴으로써 세포배양시 세포의 생존율이 좋고 인체적합성이 뛰어난 세포배양용 격자형 지지체 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 본 발명에 의한 세포배양용 격자형 지지체는, 생분해성 고분자를 용융시켜 이를 필라멘트 형태로 압출하여 다층으로 적층 조형하여 제조되는 세포배양용 지지체에 있어서, 각 층을 형성하는 필라멘트는 서로 일정한 간격을 두고 평행하게 지그재그로 배열되어 있고, 각 층의 가장자리에 위치한 필라멘트는 서로 연결되어 있으며, 각 층을 형성하고 있는 필라멘트가 상하로 서로 교차하면서 만드는 예각은 각각 10 ~ 90°인 것을 특징으로 한다.
특히, 어느 일층의 상층과 하층을 각각 형성하고 있는 필라멘트는 동일한 위치에 배열되어 서로 겹쳐지도록 형성되어 있도록 할 수도 있으며, 이와는 달리 어느 일층의 상층과 하층을 각각 형성하고 있는 필라멘트는 서로 다른 위치에 배열되어 겹치지 않도록 형성시킬 수도 있다. 이와 같이 필라멘트를 배열하는 이유는 배양해야 하는 세포의 종류에 따라 각각 배양에 적합한 공간을 확보할 수 있도록 하며 다양한 형태의 공간을 형성시켜 배양되는 세포에 충분히 공기나 산소를 공급시킬 수 있도록 하기 위함이다.
본 발명에 의한 세포배양용 격자형 지지체의 각 층을 이루고 있는 상기 필라멘트의 직경은 10~500㎛이며, 어느 일층의 필라멘트와 필라멘트 사이에 형성되어 있는 간격은 100~500㎛인 것이 바람직하다. 이는 별다른 냉각장치나 경화제 없이도 용융된 생분해성 고분자 원료를 필라멘트 형태로 압출함과 동시에 경화되도록 하여 격자형 지지체로 적층 조형할 수 있도록 하기 위함이며, 배양되는 세포의 크기나 특성에 따라 충분한 공간을 가지는 격자형 지지체를 형성시키도록 하기 위함이다.
또한 상기 필라멘트의 직경 및 필라멘트 사이의 간격을 조절하면 배양되는 세포의 생장에 따라 세포의 밀도 등을 조절할 수 있기 때문이다.
한편, 본 발명에서 지지체를 형성시키는 상기 필라멘트의 재료인 생분해성 고분자는 폴리카프로락톤(polycaprolactone)을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 별다른 냉각장치나 경화제 없이도 압출된 후 즉시 경화가 되도록 하여 격자형 지지체로 형성시킬 수 있도록 하기 위함이며, 세포배양에 적합하도록 무독성이며, 인체의 생체조직에 투입되더라도 무해하며 안전하기 때문이다.
한편, 본 발명의 또 다른 관점인 세포배양용 격자형 지지체의 제조방법은, 고상의 생분해성 고분자 원료를 공기압을 이용하여 압출이 가능한 디스펜서 내부에 투입한 후 열을 가하여 용융시키는 원료용융단계; 각 층마다 X축 또는 Y축으로 디스펜서 또는 작업대를 일정한 속도로 이동시켜 용융된 생분해성 고분자 원료를 필라멘트 형태로 작업대에 압출하는 층조형단계; 및 어느 일층의 조형이 완료되면 디스펜서 또는 작업대를 Z축으로 이동한 후 조형이 완료된 층의 필라멘트 배열 축과는 다른 축으로 다시 필라멘트를 배열하여 적층조형시키는 적층단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, X축 또는 Y축 중 어느 일축의 방향으로 필라멘트를 압출시킨 후 일정한 간격을 두고 다시 필라멘트를 평행하게 압출시키기 위하여 디스펜서 또는 작업대의 이동방향이 바뀌는 가장자리 부분에서의 이동속도는 다른 부분의 이동속도에 비해 1.4~2.5배 빨라지도록 하여야 하는데, 전체적인 이동속도를 동일하게 하였을 때에는 가장자리부분의 압출량이 많아져 전체적인 지지체의 형태가 정확한 육면체의 형태를 이루지 못하고 양 가장자리 부분이 볼록하고 중심부는 오목하게 곡선 형태로 제작되는 문제점을 해결하기 위한 것이다.
예를 들어, 어느 한 층에서 필라멘트가 배열되는 방향이 X축이라 하면, 어느 한 층의 가장자리 부분에서는 Y축 방향으로 압출방향을 전환시킨 다음 일정한 간격을 둔 다음에 다시 X축 방향으로 압출시키면서 필라멘트를 평행하게 배열하게 된다. 구체적으로는, 압출되는 필라멘트의 직경이 10~50㎛인 경우에 X축 방향으로 이동할 때에는 60~140㎜/min의 속도로 디스펜서를 이동시키다가 가장자리 부분에서 Y축 방향으로 전환시키는 경우에는 150~200㎜/min의 속도로 받침대를 이동시킴으로써 단면적 대비 배열된 필라멘트의 양이 가장자리와 중심부가 균등해지도록 조절할 수 있다.
X축 또는 Y축으로 이동되는 디스펜서 또는 작업대의 이동속도는 형성시키는 지지체의 가장자리 부분에서 이동방향을 전환할 때의 이동속도를 좀 더 빠르게 조절함으로써 압출시키는 양을 일정하게 유지하면서도 가장자리 부분의 단위면적당 압출량을 동일하게 조절함으로써 정확한 정육면체 또는 직육면체 형태의 격자형 지지체를 형성시키도록 할 수 있다.
본 발명에 의한 세포배양용 격자형 지지체의 제조방법은 별도의 냉각장치 등이 필요없이 상온에서 고상의 생분해성 고분자재료를 바로 실린더에 투입하여 자체적으로 가열되어 용융된 고분자 재료를 필라멘트 형태로 압출시켜 상온에서 다른 경화용 매체나 경화장치가 필요없이 상온에서 세포배양용 격자형 지지체를 형성시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 세포배양용 격자형 지지체의 제조방법은 일정한 양과 속도로 용융된 고분자 원료를 필라멘트 형태로 압출시킴으로써 세포의 안착율 및 생존율이 뛰어난 격자형 지지체를 형성함과 동시에 가장자리 부분의 두께가 두꺼워지는 문제점을 해결하여 직육면체 또는 정육면체 형태의 지지체를 제공할 수 있도록 하여 인체적합성이 뛰어나고 격자체 내부의 공간 형태를 다양하게 형성시킬 수 있는 세포배양용 격자형 지지체를 형성시킬 수 있다는 다른 장점이 있다.
한편, 상기 제조방법에 의해 제조된 세포배양용 격자형 지지체는 각 층을 형성시키는 필라멘트의 굵기와 간격이 일정하고 중심부와 가장자리 부분의 공극율이 같으므로 세포배양시 생존율이 좋고 인체적합성이 뛰어나다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 세포배양용 격자형 지지체의 전체적인 형태를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 세포배양용 격자형 지지체의 가로 단면의 형태를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 세포배양용 격자형 지지체를 이루는 어느 일층의 필라멘트의 배열을 전자현미경으로 찍은 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 각 층의 필라멘트가 이루는 예각이 45°인 세포배양용 격자형 지지체의 형태를 전자현미경으로 찍은 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 격자형 지지체가 완성된 후에 세포를 주입하여 세포-지지체 복합체를 형성시키는 것을 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 일실시예를 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 세포배양용 격자형 지지체의 전체적인 형태를 도시한 것이다.
본 발명에 의한 세포배양용 격자형 지지체는 각 층이 생분해성 고분자로 만들어진 필라멘트의 형태로 배열되어 구성되며 2개층 이상이 적층되어 전체적으로 격자형태를 이루게 된다.
따라서 1층이 X축 방향으로 일정한 간격을 두고 평행하게 형성된 필라멘트로 구성되었다면, 2층은 Y축 방향으로 일정한 간격을 두고 평행하게 형성된 필라멘트로 구성되게 되며, 다시 3층은 X축 방향으로 일정한 간격을 두고 평행하게 형성된 필라멘트로 구성되어 다층으로 적층되면서 전체적으로 3차원의 격자체를 형성하게 된다.
이때, 각 층을 이루는 필라멘트는 격자를 형성시키기 위하여 일정한 간격을 두고 평행하게 다수 개가 배열되는데 각 층의 가장자리 부분은 서로 연결되도록 하거나 서로 단절되도록 구성할 수 있으나, 지지체의 견고성을 유지하기 위해서는 가장자리 부분이 서로 연결되도록 구성하는 것이 바람직하다. 본 도에서는 가장자리 부분이 단절되어 형성된 것을 도시하였다.
예를 들어, X축 방향으로 필라멘트가 배열되는 경우에는 가장자리에서는 Y축 방향으로 수직으로 전환 배열된 후 일정한 간격을 두고 다시 X축 방향으로 필라멘트가 배열되는 방식에 의해 각 층이 형성되며, 1층을 먼저 형성시킨 후에 다시 그 위에 2층을 형성시키는 방식으로 적층시키면 본 발명에 의한 세포배양용 격자형 지지체가 형성되게 된다.
도 2는 본 발명에 의한 세포배양용 격자형 지지체의 가로 단면의 형태를 도시한 것이다.
본 도는 홀수층과 짝수층의 필라멘트가 서로 직각으로 교차되어 격자체를 형성하고 있는 것을 기본적인 형태로 하여 가로 단면을 도시한 것이다.
좌측에 도시한 것은 짝수층을 이루고 있는 필라멘트가 동일한 위치에 있도록 배열한 것이며, 우측에 도시한 것은 짝수층을 이루고 있는 필라멘트가 서로 다른 위치에 있도록 하여 인접한 짝수층을 구성하고 있는 필라멘트의 배열이 서로 겹쳐지지 않도록 구성한 것이다.
좌측에 도시한 형태의 경우에는 일정한 공극율을 보유하고 있다는 장점이 있으며, 우측에 도시한 형태의 경우에는 특정한 부분의 공극 크기를 조절할 수 있음으로써 세포의 특성에 따라 공극의 크기를 조절하거나 각 층마다 필라멘트의 간격을 불규칙적으로 하여야 할 때 이용할 수 있는 형태이다.
이와 같이 적층의 형태를 다양하게 형성시킬 수 있도록 함으로써 세포배양시 배양되는 세포의 종류에 따라 혹은 배양된 세포를 이용하여야 하는 인체 조직의 환경에 적합한 세포배양체를 형성시킬 수 있으며, 세포배양시 각각의 특성에 맞도록 최적의 배양환경을 조성하여 세포의 생장을 돕고 배양속도를 빠르게 할 수 있기 때문이다.
도 3은 본 발명에 의한 세포배양용 격자형 지지체를 이루는 어느 일층의 필라멘트의 배열을 전자현미경으로 찍은 사진을 나타낸 것이다.
본 사진에서 도시한 것과 같이 Y축 방향으로 필라멘트가 다수 개 배열되어 있으며 가장자리 부분에서는 X축 방향으로 전환되어 각 필라멘트들이 서로 연결되어 연속적으로 배열되어 있음을 알 수 있다. 이로 인해 지지체의 구조가 안정되고 튼튼한 지지체를 형성하도록 한다는 장점이 있다.
또한 각 층을 형성하고 있는 필라멘트들이 서로 격자 형태를 이루고 있어, 전체적으로 3차원 격자구조를 형성하고 있음을 확인할 수 있다.
도 4는 각 층의 필라멘트가 이루는 예각이 45°인 세포배양용 격자형 지지체의 형태를 전자현미경으로 찍은 사진을 나타낸 것이다.
본 도에서는 윗층에서는 X축 방향으로 다수 개의 필라멘트가 배열되어 있으며, 아래층에서는 X축과 45°방향으로 예각을 이루며 교차되고 있는 다수 개의 필라멘트가 배열되어 구성된 격자형 지지체의 구성을 나타내고 있다.
따라서, 필요에 따라서는 짝수층과 홀수층의 필라멘트 배열이 직교가 되도록 구성할 수 있으며, 배양할 세포의 특성이나 성질에 따라서는 짝수층과 홀수층의 필라멘트 배열이 서로 교차되며 이루는 예각이 10~90°가 되도록 함으로써 공극의 사이즈나 형태를 세포배양에 적합하게 변형시켜 격자형 지지체를 조형할 수 있다.
또한, 상기 예각을 조절하여 가며 다양한 형태의 공간이 형성되어 있는 격자형 지지체를 형성시킬 수 있으며, 세포생장과 관련된 다양한 실험을 진행할 수 있는 지지체를 제공할 수 있다.
이러한 서로 다른 층을 구성하는 필라멘트가 이루는 예각의 크기는 필라멘트를 압출하는 디스펜서나 받침대의 이동 방향 및 속도를 조절함으로써 임의로 결정할 수 있다.
도 5는 본 발명에 의한 격자형 지지체가 완성된 후에 세포를 주입하여 세포-지지체 복합체를 형성시키는 것을 도시한 것이다.
3차원 격자형태로 구성된 지지체의 내부에 배양하여야 할 세포를 주사기 등을 이용하여 주입시키면 세포-지지체의 복합구조체가 형성되며, 세포가 지지체의 내부에 안착되어 배양을 하게 되면 이를 인체의 손상된 조직에 이식함으로써 지지체 자체는 분해되어 사라지고 배양된 세포가 손상된 인체 조직에 포함되어 생체조직의 일부를 형성하게 된다.
도 6은 본 발명에 의한 지지체에 세포배양을 하고 있는 상태를 찍은 사진이다.
좌측에 도시한 사진은 필라멘트가 이루는 예각이 90°인 지지체에 세포를 배양하였을 때 세포의 배양상태를 도시한 것으로서, 가운데 검은 점으로 나타난 부분이 배양하고 있는 세포로서 세포의 분포 밀도가 낮은 것을 확인할 수 있다.
우측에 도시한 사진은 필라멘트가 이루는 예각이 45°인 지지체에 세포를 배양하였을 때 세포의 배양 상태를 도시한 것으로서, 배양되는 세포가 중심부에 집중적으로 분포되어 있어 원형의 형태를 이루고 있음을 확인할 수 있으며, 좌측의 예각이 90°인 지지체에서 배양되는 세포에 비해 분포밀도가 높은 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 각 층을 이루는 필라멘트가 이루는 예각의 각도를 조절함으로써 배양되는 세포의 분포 밀도를 조절할 수 있고, 배양된 세포를 사용하여야 할 인체조직의 특성에 적합한 분포를 가진 세포를 배양시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 생분해성 고분자를 용융시켜 이를 필라멘트 형태로 압출하여 다층으로 적층 조형하여 세포배양용 지지체를 제조하는 방법으로서,
    고상의 생분해성 고분자 원료를 공기압을 이용하여 압출이 가능한 디스펜서 내부에 투입한 후 열을 가하여 용융시키는 원료용융단계;
    각 층마다 X축 또는 Y축으로 디스펜서 또는 작업대를 일정한 속도로 이동시켜 용융된 생분해성 고분자 원료를 필라멘트 형태로 작업대에 압출하는 층조형단계; 및
    어느 일층의 조형이 완료되면 디스펜서 또는 작업대를 Z축으로 이동한 후 조형이 완료된 층의 필라멘트 배열 축과는 다른 축으로 다시 필라멘트를 배열하여 적층조형시키는 적층단계로 이루어지고,
    X축 또는 Y축 중 어느 일축의 방향으로 필라멘트를 압출시킨 후 일정한 간격을 두고 다시 필라멘트를 평행하게 압출시키기 위하여, 디스펜서 또는 작업대의 이동방향이 바뀌는 가장자리 부분에서의 이동속도를 다른 부분의 이동속도에 비해 1.4 ~ 2.5배 빨라지도록 하여, 각 층을 형성하는 필라멘트는 서로 일정한 간격을 두고 평행하게 지그재그로 배열되며 각 층의 가장자리에 위치한 필라멘트는 서로 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 세포배양용 격자형 지지체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    어느 일층의 상층과 하층을 각각 형성하고 있는 필라멘트는 동일한 위치에 배열되어 서로 겹쳐지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 세포배양용 격자형 지지체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    어느 일층의 상층과 하층을 각각 형성하고 있는 필라멘트는 서로 다른 위치에 배열되어 겹치지 않도록 형성하는 것을 특징으로 하는 세포배양용 격자형 지지체의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필라멘트의 직경은 10~500㎛이며, 어느 일층의 필라멘트 사이에 형성된 간격은 100~500㎛이 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 세포배양용 격자형 지지체의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필라멘트의 재료인 생분해성 고분자는 폴리카프로락톤인 것을 특징으로 하는 세포배양용 격자형 지지체의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 층을 형성하고 있는 필라멘트가 상하로 서로 교차하면서 만드는 예각은 각각 10 ~ 90°인 것을 특징으로 하는 세포배양용 격자형 지지체의 제조방법.
  7. 삭제
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101360942B1 (ko) 2012-10-08 2014-02-12 조선대학교산학협력단 세포가 담지된 생체적합성 고분자-천연생체적합성 재료 하이브리드 구조체 및 그 제조방법
KR20150081576A (ko) * 2014-01-06 2015-07-15 안동대학교 산학협력단 나노-마이크로 하이브리드 인공 지지체
KR101578307B1 (ko) * 2014-12-10 2015-12-16 성균관대학교산학협력단 PCL/silica 세포지지체 제조 방법 및 이를 통해 제조된 PCL/silica 세포지지체
KR20190007720A (ko) * 2017-07-13 2019-01-23 주식회사 아모라이프사이언스 세포배양용기
WO2022014809A1 (ko) * 2020-07-14 2022-01-20 바오밥헬스케어 주식회사 엑소좀 대량생산용 3차원 세포 배양배드 및 이의 제조 방법
KR20220093740A (ko) * 2020-12-28 2022-07-05 바오밥헬스케어 주식회사 3차원 구조를 갖는 줄기세포 배양배드 및 이의 제조 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060029639A1 (en) * 2002-10-31 2006-02-09 Yukihiro Morinaga Biodegradable substrate, prosthetic material for tissue regeneration, and cultured tissue
KR20100013016A (ko) * 2008-07-30 2010-02-09 한국기계연구원 3차원 다공성 고분자 지지체의 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060029639A1 (en) * 2002-10-31 2006-02-09 Yukihiro Morinaga Biodegradable substrate, prosthetic material for tissue regeneration, and cultured tissue
KR20100013016A (ko) * 2008-07-30 2010-02-09 한국기계연구원 3차원 다공성 고분자 지지체의 제조방법

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101360942B1 (ko) 2012-10-08 2014-02-12 조선대학교산학협력단 세포가 담지된 생체적합성 고분자-천연생체적합성 재료 하이브리드 구조체 및 그 제조방법
WO2014058100A1 (ko) * 2012-10-08 2014-04-17 조선대학교산학협력단 세포가 담지된 생체적합성 고분자-천연생체적합성 재료 하이브리드 구조체 및 그 제조방법
KR20150081576A (ko) * 2014-01-06 2015-07-15 안동대학교 산학협력단 나노-마이크로 하이브리드 인공 지지체
KR101637070B1 (ko) * 2014-01-06 2016-07-06 안동대학교 산학협력단 나노-마이크로 하이브리드 인공 지지체
KR101578307B1 (ko) * 2014-12-10 2015-12-16 성균관대학교산학협력단 PCL/silica 세포지지체 제조 방법 및 이를 통해 제조된 PCL/silica 세포지지체
KR20190007720A (ko) * 2017-07-13 2019-01-23 주식회사 아모라이프사이언스 세포배양용기
KR102394713B1 (ko) 2017-07-13 2022-05-06 주식회사 아모라이프사이언스 세포배양용기
WO2022014809A1 (ko) * 2020-07-14 2022-01-20 바오밥헬스케어 주식회사 엑소좀 대량생산용 3차원 세포 배양배드 및 이의 제조 방법
KR20220093740A (ko) * 2020-12-28 2022-07-05 바오밥헬스케어 주식회사 3차원 구조를 갖는 줄기세포 배양배드 및 이의 제조 방법
KR102463106B1 (ko) * 2020-12-28 2022-11-03 바오밥헬스케어 주식회사 3차원 구조를 갖는 줄기세포 배양배드 및 이의 제조 방법

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