KR101242672B1 - Scaffold and fabricating method of the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메쉬(mesh) 형태의 인공 지지체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 지지체는 제1 방향을 따라 연장되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 일정한 간격으로 배치되는 복수의 제1 섬유 및 상기 제1 섬유 상에서 상기 제2 방향을 따라 연장되고, 상기 제1 방향을 따라 일정한 간격으로 배치되는 복수의 제2 섬유를 포함한다.The present invention relates to an artificial support in the form of a mesh and a method of manufacturing the same. The artificial support according to the embodiment of the present invention extends along a first direction and is disposed at regular intervals along a second direction crossing the first direction and a plurality of first fibers and the second on the first fiber. And a plurality of second fibers extending along the direction and disposed at regular intervals along the first direction.

Description

인공 지지체 및 그 제조 방법 {SCAFFOLD AND FABRICATING METHOD OF THE SAME}Artificial support and manufacturing method thereof {SCAFFOLD AND FABRICATING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 인공 지지체 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 메쉬(mesh) 형태의 인공 지지체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an artificial support and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an artificial support in the form of a mesh (mesh) and a method of manufacturing the same.

조직 공학(Tissue Engineering) 분야는 손상된 장기를 재생하기 위하여 환자의 조직으로부터 소량 채취한 세포를 체외에서 대량으로 배양한 후, 3차원 조직으로 분화시켜 이것을 조직 및 기관으로 재생시키는 기술 분야로서, 조직 공학 분야와 관련하여 최근 손상된 인체의 다양한 조직과 기관의 기능을 복원하기 위해 다양한 접근 방식으로 연구가 진행되고 있다.Tissue engineering is a technology field in which a small amount of cells collected from a patient's tissue is cultured in vitro and then differentiated into 3D tissue and regenerated into tissues and organs in order to regenerate damaged organs. Recently, research has been conducted in various approaches to restore the function of various tissues and organs of the damaged body.

조직 공학에서 조직의 3차원 배양을 위해서는 세포가 3차원 환경으로 인식할 수 있는 인공 지지체를 필요로 하는데, 이러한 인공 지지체는 세포가 원활한 증착, 증식 및 분화를 유도할 수 있도록 적절한 세포외기질(Extra cellular matrix, ECM) 구조를 가지고 있어야 한다. 또한, 세포의 이동, 신진대사 촉진 및 영양분 공급을 위한 혈관 침투를 위해 적절한 크기로 서로 연결된 다공성 구조를 가져야 하며, 조직 재생 기간 동안 그 형태를 유지할 수 있을 정도의 적절한 강도가 유지되어야 한다.Tissue engineering requires artificial scaffolds that can recognize cells in a three-dimensional environment for three-dimensional cultures of tissues. These scaffolds are suitable for extracellular substrates that allow cells to induce smooth deposition, proliferation, and differentiation. must have a cellular matrix (ECM) structure. In addition, it must have a porous structure interconnected to the appropriate size for cell migration, metabolism promotion, and vascular infiltration for nutrient supply, and should be maintained at a strength sufficient to maintain its shape during tissue regeneration.

한편, 인체에는 해부학적으로 막(membrane) 형태의 조직이나 기관이 상당수 존재하는데, 최근 이러한 막 형태의 손상된 조직, 특히 얇은 골 조직을 대체하거나 재생하기 위한 메쉬(mesh) 형태의 인공 지지체가 요구된다. 하지만, 이러한 메쉬 형태의 인공 지지체를 제작하는데 있어서 공극의 크기를 조절하기가 어려우며, 기계적 강도가 매우 약하여 조직 재생에 있어서 어려움이 따르는 문제가 발생한다.On the other hand, a large number of anatomically shaped tissues or organs are present in the human body, and recently, a mesh-type artificial support for replacing or regenerating damaged tissues, particularly thin bone tissues, is required. . However, it is difficult to control the size of the pores in manufacturing the artificial scaffold in the form of a mesh, the mechanical strength is very weak, there is a problem in the difficulty in tissue regeneration.

본원 발명은 상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 생체 적합성 및 기계적 강도가 우수한 메쉬 형태의 인공 지지체를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems of the background, it is an object to provide an artificial support in the form of a mesh excellent in biocompatibility and mechanical strength.

또한, 공극의 크기를 조절할 수 있고 독성의 유기 용매를 사용하지 않는 인공 지지체의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide a method for preparing an artificial support that can control the size of pores and does not use toxic organic solvents.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공 지지체는 제1 방향을 따라 연장되고 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 소정의 간격으로 배치되는 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제1 섬유 상에서 상기 제2 방향을 따라 연장되고 상기 제1 방향을 따라 소정의 간격으로 배치되는 복수의 제2 섬유를 포함한다. 상기 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제2 섬유는 각각 생체 고분자를 포함한다.Artificial support according to an embodiment of the present invention is a plurality of first fibers and a plurality of first fibers arranged in a predetermined interval along a second direction extending in a first direction and intersecting the first direction said And a plurality of second fibers extending along a second direction and disposed at predetermined intervals along the first direction. The plurality of first fibers and the plurality of second fibers each comprise a biopolymer.

각각의 상기 복수의 제1 섬유의 상기 제2 방향을 따라 측정한 폭은 50㎛ 내지 300㎛일 수 있고, 각각의 상기 복수의 제2 섬유의 상기 제1 방향을 따라 측정한 폭은 50㎛ 내지 300㎛일 수 있다.The width measured along the second direction of each of the plurality of first fibers may be 50 μm to 300 μm, and the width measured along the first direction of each of the plurality of second fibers is 50 μm to 300 μm.

각각의 상기 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제2 섬유의 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향을 따라 측정한 두께는 50㎛ 내지 100㎛일 수 있다.The thickness measured along the third direction crossing the first direction and the second direction of each of the plurality of first fibers and the plurality of second fibers may be 50 μm to 100 μm.

인접한 상기 복수의 제1 섬유 사이의 간격은 500㎛ 내지 300㎛일 수 있고, 인접한 상기 복수의 제2 섬유 사이의 간격은 500㎛ 내지 300㎛일 수 있다.The spacing between the adjacent plurality of first fibers may be 500 μm to 300 μm, and the spacing between the adjacent plurality of second fibers may be 500 μm to 300 μm.

상기 생체 고분자는 폴리락틱산(Poly-lactic acid, PLA), 폴리글리콜산(Poly-glycolic acid, PGA), 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL), 폴리락틱코글리콜산(Poly-lactic-co-glycolic acid, PLGA) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The biopolymer may be polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (Poly-glycolic acid, PGA), polycaprolactone (Polycaprolactone, PCL), polylactic-co-glycolic acid, PLGA) or mixtures thereof.

상기 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제2 섬유는 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite) 또는 트리칼슘 포스페이트(Tri-calcium phosphate)를 더 포함할 수 있다.The plurality of first fibers and the plurality of second fibers may further include hydroxyapatite or tri-calcium phosphate.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공 지지체의 제조 방법은 시린지(syringe)에 생체 고분자를 주입하고, 상기 시린지에 주입된 상기 생체 고분자를 분사하여 제1 방향을 따라 연장되는 복수의 제1 섬유를 일정한 간격으로 형성하고, 상기 시린지에 주입된 상기 생체 고분자를 상기 복수의 제1 섬유 상에 분사하여 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장되는 복수의 제2 섬유를 일정한 간격으로 형성하는 단계를 포함한다.In a method of manufacturing an artificial support according to an embodiment of the present invention, a biopolymer is injected into a syringe, and the biopolymer injected into the syringe is injected to uniform a plurality of first fibers extending along a first direction. Forming a plurality of second fibers extending along a second direction intersecting the first direction by spraying the biopolymer injected into the syringe onto the plurality of first fibers at regular intervals; It includes.

각각의 상기 복수의 제1 섬유의 상기 제2 방향을 따라 측정한 폭은 50㎛ 내지 300㎛로 형성할 수 있고, 각각의 상기 복수의 제2 섬유의 상기 제1 방향을 따라 측정한 폭은 50㎛ 내지 300㎛로 형성할 수 있다.The width measured along the second direction of each of the plurality of first fibers may be 50 μm to 300 μm, and the width measured along the first direction of each of the plurality of second fibers is 50. It may be formed to a micrometer to 300 ㎛.

상기 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제2 섬유 각각의 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향을 따라 측정한 두께는 50㎛ 내지 100㎛로 형성할 수 있다.The thickness measured in the third direction crossing the first direction and the second direction of each of the plurality of first fibers and the plurality of second fibers may be 50 μm to 100 μm.

인접한 상기 복수의 제1 섬유 사이의 간격은 50㎛ 내지 300㎛로 형성할 수 있고, 인접한 상기 복수의 제2 섬유 사이의 간격은 50㎛ 내지 300㎛로 형성할 수 있다.The spacing between the adjacent plurality of first fibers may be formed to 50 μm to 300 μm, and the spacing between the adjacent plurality of second fibers may be formed to 50 μm to 300 μm.

상기 생체 고분자는 폴리락틱산, 폴리글리콜산, 폴리카프로락톤, 폴리락틱코글리콜산 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The biopolymer may be polylactic acid, polyglycolic acid, polycaprolactone, polylacticcoglycolic acid, or mixtures thereof.

상기 시린지에 생체 고분자와 함께 하이드록시아파타이트 또는 트리칼슘 포스페이트를 주입할 수 있다.The syringe may be injected with hydroxyapatite or tricalcium phosphate together with a biopolymer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 메쉬 형태의 인공 지지체의 생체 적합성이 우수하고, 인공 지지체의 기계적 강도 및 유연성을 우수하다.According to an embodiment of the present invention, the biocompatibility of the artificial support in the form of a mesh is excellent, and the mechanical strength and flexibility of the artificial support are excellent.

또한, 인공 지지체의 제작에 있어서 독성 유기 용매를 사용하지 않아 세포 독성이 없게 되고, 그에 따라 세포의 증식을 향상시킬 수 있다.In addition, in the preparation of the artificial scaffold, no toxic organic solvent is used, so that there is no cytotoxicity, thereby improving cell proliferation.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 지지체를 나타내는 사진이다.
도 1b는 도 1의 인공 지지체를 확대하여 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 인공 지지체를 제조하기 위한 다축 적층 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 인공 지지체를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실험예 1에 따른 인공 지지체에서의 세포 증식 평가를 나타내는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실험예 1에서 인공 지지체에 세포를 증식한 후 이를 확대하여 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 실험예 2에서 인공 지지체의 재료에 따른 인장 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 실험예 3에서 인공 지지체의 재료에 따른 표면 거칠기를 나타내는 사진이다.
도 8 내지 도 10은 각각 본 발명의 실험예 3에서 인공 지지체의 재료에 따라 각각 ALP, Runx2 및 칼슘 함유량을 나타내는 그래프이다.
Figure 1a is a photograph showing an artificial support according to an embodiment of the present invention.
1B is an enlarged photograph of the artificial support of FIG. 1.
2 is a view schematically showing the configuration of a multi-axis lamination system for manufacturing an artificial support according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are views sequentially showing a process of manufacturing an artificial support according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the evaluation of cell proliferation in the artificial support according to Experimental Example 1 of the present invention.
5a and 5b is a photograph showing an enlarged view of the cells after proliferating the artificial support in Experimental Example 1 of the present invention.
6 is a graph showing the tensile test results according to the material of the artificial support in Experimental Example 2 of the present invention.
7A and 7B are photographs showing surface roughnesses according to materials of artificial supports in Experimental Example 3 of the present invention, respectively.
8 to 10 are graphs showing ALP, Runx2 and calcium contents, respectively, according to the material of the artificial support in Experimental Example 3 of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 한편, 도면에서 각 구성요소의 크기는 설명의 편의를 위하여 임의로 나타낸 것으로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. On the other hand, the size of each component in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated in the drawings.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 지지체를 나타내는 사진이고, 도 1b는 도 1의 인공 지지체를 확대하여 나타낸 사진이다.1A is a photograph showing an artificial support according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged photograph of the artificial support of FIG. 1.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 실시예에 따른 인공 지지체는 복수의 공극을 포함하는 메쉬(mesh) 형상을 갖는다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 인공 지지체는 도 1a 및 도 1b의 가로 방향(이하, '제1 방향'이라 함)을 따라 연장되는 복수의 제1 섬유 및 도 1a 및 도 1b의 세로 방향(이하, '제2 방향'이라 함)을 따라 연장되는 복수의 제2 섬유를 포함한다. 복수의 제1 섬유는 제2 방향을 따라 일정한 간격으로 배치되고, 복수의 제2 섬유는 복수의 제1 섬유 상에 형성되며 제1 방향을 따라 일정한 간격으로 배치된다.1A and 1B, the artificial support according to the present embodiment has a mesh shape including a plurality of voids. Specifically, the artificial support according to the present embodiment includes a plurality of first fibers extending along the transverse direction (hereinafter, referred to as 'first direction') of FIGS. 1A and 1B and the longitudinal direction of the FIGS. 1A and 1B. , A second plurality of fibers extending along the second direction. The plurality of first fibers are disposed at regular intervals along the second direction, and the plurality of second fibers are formed on the plurality of first fibers and disposed at regular intervals along the first direction.

현재 티타늄 재질의 인공 지지체는 기계적 강도가 우수하고 세포 적합성이 우수하여 널리 이용되고 있다. 하지만 티타늄 재질의 인공 지지체가 체내에 매식될 때 일반적으로 섬유 조직으로 쌓여 있기 때문에, 골 조직에 사용하게 될 경우 주변 골과의 결합에서 문제를 야기시킬 수 있다. 또한, 체내에 매식 후 이를 제거하기 위해 2차 수술을 시행해야 하는 단점이 있다.Currently, artificial supports made of titanium are widely used because of their excellent mechanical strength and excellent cell compatibility. However, since the artificial support made of titanium is generally piled into fibrous tissue when embedded in the body, when used in bone tissue, it may cause a problem in binding to surrounding bone. In addition, there is a disadvantage that the second operation must be performed to remove it after the meal in the body.

이에 따라, 본 실시예에서는 인공 지지체를 제조함에 있어서 생체 적합성이 우수하고 생분해성이 뛰어난 생체 고분자를 사용한다.Accordingly, the present embodiment uses a biopolymer having excellent biocompatibility and excellent biodegradability in preparing an artificial support.

인공 지지체의 제1 섬유 및 제2 섬유는 각각 폴리락틱산(Poly-lactic acid, PLA), 폴리글리콜산(Poly-glycolic acid, PGA), 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL), 폴리락틱코글리콜산(Poly-lactic-co-glycolic acid, PLGA) 또는 이들을 혼합한 생체 고분자로 이루어질 수 있다.The first and second fibers of the artificial support are polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), polycaprolactone (PCL), and polylacticcoglycolic acid, respectively. (Poly-lactic-co-glycolic acid, PLGA) or a mixture of these may be made of a biopolymer.

한편, 이러한 생체 고분자와 함께 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite, HA), 트리칼슘 포스페이트(Tri-calcium phosphate, TCP)와 같은 골 구성 성분 세라믹을 더 포함할 수도 있다. 이러한 골 구성 성분 세라믹을 생체 고분자와 혼합하여 인공 지지체를 형성하는 경우 인공 지지체의 기계적 강도가 향상되는 이외에 인공 지지체의 표면 거칠기가 증가하여 세포 접착 효율이 증대되는 등의 효과를 기대할 수 있는데, 이에 대하여는 후술하기로 한다.Meanwhile, the biopolymer may further include bone component ceramics such as hydroxyapatite (HA) and tri-calcium phosphate (TCP). In the case of forming the artificial support by mixing the bone constituent ceramic with the biopolymer, the mechanical strength of the artificial support may be improved, and the surface roughness of the artificial support may be increased to increase the cell adhesion efficiency. It will be described later.

이와 같이 생체 고분자로 이루어진 본 실시예의 메쉬 형태의 인공 지지체는 티타늄에 비하여 우수한 생체 친화도를 갖게 된다. 또한, 일정한 두께의 섬유들이 방향성을 가지며 배열되어 있기 때문에 우수한 기계적 강도를 갖게 되고, 라인 폭에 비하여 라인 길이가 길기 때문에 충분한 탄성력과 가요성(flexibility)을 갖게 된다.As described above, the mesh support of the present embodiment made of a biopolymer has excellent biocompatibility compared to titanium. In addition, since fibers of constant thickness are arranged in a directional manner, they have excellent mechanical strength, and have a sufficient elastic force and flexibility because the line length is longer than the line width.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 인공 지지체를 제조하기 위한 다축 적층 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 인공 지지체를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 도면으로, 이하에서는 이들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 지지체를 제조하는 방법을 설명한다.2 is a view schematically showing the configuration of a multi-axis lamination system for manufacturing an artificial support according to an embodiment of the present invention, Figures 3a and 3b is a process for manufacturing an artificial support in accordance with an embodiment of the present invention With the drawings shown in sequence, the following describes a method for manufacturing an artificial support according to an embodiment of the present invention with reference to these.

본 실시예에서는 인공 지지체를 제조하기 위하여 다축 적층 시스템(100)을 이용한다. 자유 형상 제작 방식이란 쾌속 조형(rapid prototype) 기술을 기반으로 캐드(CAD) 데이터로부터 얻은 자유 형상 정보를 G코드(G-code)로 변환하여 재료를 한층 한층 적층함으로써 원하는 3차원 형상을 제작하는 기술로서, 다축 적층 시스템(multi-head deposition system)(100)은 이러한 자유 형상 제작(solid free-form fabrication) 방식을 적용하여 3차원 조직 공학용 인공 지지체를 제작하는 시스템이다.In this embodiment, a multi-axis lamination system 100 is used to manufacture an artificial support. The free form manufacturing method is a technology for producing a desired three-dimensional shape by converting free shape information obtained from CAD data into a G code based on a rapid prototype technology and further stacking materials. As a multi-head deposition system (100) is a system for manufacturing an artificial scaffold for three-dimensional tissue engineering by applying such a solid free-form fabrication method.

다축 적층 시스템(100)은 서로 독립적으로 위치, 온도 및 압력의 제어가 가능한 시스템으로서, 재료를 열 용융 방식으로 녹인 후 공압으로 분사하는 방식으로 3차원 인공 지지체를 제작한다.The multi-axis lamination system 100 is a system capable of controlling position, temperature, and pressure independently of each other, and manufactures a three-dimensional artificial support by melting the material by hot melting and then spraying it by pneumatically.

도 2를 참조하면, 다축 적층 시스템(100)은 인공 지지체 재료를 기 설정된 폭으로 분출시키는 적층 헤드(150)를 구비한다. 적층 헤드(150)는 재료가 유입되고 이를 보관하는 시린지(syringe)(151), 시린지(151)로 유입된 재료를 분사시키는 노즐(153) 및 재료의 온도를 적절하게 유지시키는 히터(155)를 포함하는데, 본 실시예에서는 적층 헤드(150)의 시린지(151)에 생체 고분자를 주입하여 각각의 노즐(153)을 통해 분사함으로써 인공 지지체(200)를 형성한다. 한편, 본 실시예에서는 생체 고분자 주입 시 골 구성 성분 세라믹을 함께 주입할 수도 있다.Referring to FIG. 2, the multiaxial lamination system 100 includes a lamination head 150 that ejects an artificial support material to a predetermined width. The stacking head 150 includes a syringe 151 for introducing and storing the material, a nozzle 153 for spraying the material introduced into the syringe 151, and a heater 155 for appropriately maintaining the temperature of the material. In this embodiment, the artificial support 200 is formed by injecting a biopolymer into the syringe 151 of the stacking head 150 and spraying through the respective nozzles 153. Meanwhile, in the present embodiment, bone component ceramics may be injected together when the biopolymer is injected.

이런 적층 헤드(150)를 x축과 y축으로 이루어진 평면 좌표뿐만 아니라 상하 방향의 z축으로도 거동시키기 위해 다축 적층 시스템(100)은 적층 헤드(150)를 x축 방향으로 거동시키는 x축 변위 이동부(120), 적층 헤드(150)를 y축 방향으로 거동시키는 y축 변위 이동부(130), 적층 헤드(150)를 z축 방향으로 상하 거동시키는 z축 변위 이동부(140)를 각각 구비한다.In order to move the stacking head 150 not only in the plane coordinates composed of the x-axis and the y-axis, but also in the z-axis in the vertical direction, the multi-axis stacking system 100 moves the x-axis displacement to move the stacking head 150 in the x-axis direction. The y-axis displacement moving part 130 for moving the moving part 120, the lamination head 150 in the y-axis direction, and the z-axis displacement moving part 140 for moving the laminating head 150 up and down in the z-axis direction, respectively. Equipped.

이와 같은 다축 적층 시스템(100)은 작업 테이블(110)에 인공 지지체 재료, 즉 생체 고분자를 매트릭스 방식으로 적층함으로써, 형상화하고자 하는 3차원 형상의 인공 지지체(200)를 제작할 수 있다.The multi-axial lamination system 100 may produce an artificial support 200 having a three-dimensional shape to be shaped by laminating an artificial support material, that is, a biopolymer, on a work table 110 in a matrix manner.

제작하고자 하는 인공 지지체(200)의 형상 등은 데이터 모델(20)을 통해 통합 제어장치(10)에 입력된다. 이 때, 인공 지지체(200)의 데이터 모델(20)은 3D 캐드(CAD) 데이터로 입력하기 위하여 3차원 형상의 인공 지지체(200)의 각 좌표 값이 설정되는 것이 바람직하다.The shape of the artificial support 200 to be manufactured is input to the integrated controller 10 through the data model 20. In this case, in order to input the data model 20 of the artificial support 200 as 3D CAD data, each coordinate value of the artificial support 200 having a three-dimensional shape is preferably set.

통합 제어장치(10)는 인공 지지체(200)의 3차원 형상 데이터 모델에 따라 다축 적층 시스템(100)의 작동을 제어한다. 이에 의해, 다축 적층 시스템(100)은 통합 제어장치(10)로부터 전달되는 인공 지지체(200)의 3차원 형상 데이터에 따라 적층 헤드(150)를 설정하고자 하는 좌표 값으로 거동시키면서 인공 지지체 재료, 즉 생체 고분자 또는 생체 고분자와 골 구성 성분 세라믹의 혼합 재료를 교대로 분사한다.The integrated controller 10 controls the operation of the multi-axis stacking system 100 in accordance with the three-dimensional shape data model of the artificial support 200. As a result, the multi-axial stacking system 100 behaves at the coordinates of the artificial support material, i.e., while setting the stacking head 150 to coordinate values to be set according to the three-dimensional shape data of the artificial support 200 transmitted from the integrated control device 10. The biopolymer or a mixed material of the biopolymer and the bone component ceramic is alternately sprayed.

온도 제어기(30)는 다축 적층 시스템(100)의 적층 헤드(150)에 연결되어, 적층 헤드(150)의 시린지(151)의 온도를 제어한다. 구체적으로, 온도 제어기(30)는 적층 헤드(150)에 부착된 히터(155)와 연결되어 이를 제어함으로써, 적층 헤드(150)의 시린지(151) 내의 생체 고분자 또는 생체 고분자와 골 구성 성분 세라믹의 혼합 재료를 기 설정된 온도로 가열 또는 유지하고, 이로 인해 생체 고분자 또는 생체 고분자와 골 구성 성분 세라믹의 혼합 재료는 분사되기에 적절한 상태로 변화 또는 유지되어, 적층 헤드(150)의 시린지(151)를 통해 기 설정된 굵기로 분사될 수 있다. 한편, 온도 제어기(30)는 다축 적층 시스템(100)뿐만 아니라, 통합 제어장치(10)에도 함께 연결됨으로써, 적층 헤드(150)의 거동에 연계되어 동작할 수 있다.The temperature controller 30 is connected to the stacking head 150 of the multiaxial stacking system 100 to control the temperature of the syringe 151 of the stacking head 150. Specifically, the temperature controller 30 is connected to and controlled by the heater 155 attached to the stacking head 150, thereby controlling the biopolymer or the biopolymer and the bone constituent ceramic in the syringe 151 of the stacking head 150. The mixed material is heated or maintained at a predetermined temperature, thereby causing the biomaterial or the mixed material of the biopolymer and the bone constituent ceramic to be changed or maintained in a state suitable for being sprayed, thereby opening the syringe 151 of the stacking head 150. It may be sprayed through a predetermined thickness through. On the other hand, the temperature controller 30 is connected to the integrated control device 10 as well as the multi-axis stacking system 100, it can operate in conjunction with the behavior of the stacking head 150.

압력 제어기(40)는 다축 적층 시스템(100)의 적층 헤드(150)에 연결되어, 적층 헤드(150)에 전달되는 압력을 제어한다. 즉, 압력 제어기(40)는 적층 헤드(150)의 압력 전달기에 전달되는 압력을 제어하는 수단으로서, 적층 헤드(150)의 노즐(153)을 통해 분출되는 생체 고분자 또는 생체 고분자와 골 구성 성분 세라믹의 혼합 재료의 분사 속도를 달리할 수 있다.The pressure controller 40 is connected to the stacking head 150 of the multiaxial stacking system 100 to control the pressure delivered to the stacking head 150. That is, the pressure controller 40 is a means for controlling the pressure transmitted to the pressure transmitter of the stacking head 150, and the biopolymer or the biopolymer and the bone constituent ceramic ejected through the nozzle 153 of the stacking head 150. It is possible to vary the spraying speed of the mixed material.

본 실시예에 따른 압력 제어기(40)는 공압 방식에 의해 적층 헤드(150)의 압력 전달기에 압력을 전달한다. 이를 위해 3차원 인공 지지체 제조 시스템은 적층 헤드(150)의 압력 전달기에 직접적인 압력을 가하는 공압기(50)를 구비하며, 이런 공압기(50)는 압력 제어기(40)에 의해 작동된다. 이 때, 공압기(50)는 다축 적층 시스템(100)의 각 축에 독립적으로 연결되어 각 축별로 다양하게 공압을 조절할 수 있다.The pressure controller 40 according to the present embodiment transfers the pressure to the pressure transmitter of the stacking head 150 by a pneumatic method. To this end, the three-dimensional artificial scaffold manufacturing system has a pneumatic device 50 that exerts a direct pressure on the pressure transmitter of the stacking head 150, which is operated by a pressure controller 40. At this time, the air compressor 50 may be independently connected to each axis of the multi-axis stacking system 100 to adjust the air pressure in various ways for each axis.

이하에서, 이와 같은 다축 적층 시스템(100)을 이용하여 인공 지지체를 제조하는 방법을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing an artificial support using the multiaxial lamination system 100 will be described in detail.

우선, 캐드(CAD) 프로그램을 사용하여 원하는 형상 정보에 따라 인공 지지체를 설계한다. 이렇게 설계된 인공 지지체(200)의 형상 정보는 데이터 모델(20)로부터 통합 제어장치(10)로 데이터를 전달한다. 통합 제어장치(10)는 전달된 형상 정보를 토대로 온도 제어기(30), 압력 제어기(40) 및 각 축 방향으로의 변위 이동부들(120, 130, 140)을 제어한다.First, the artificial support is designed according to the desired shape information using a CAD program. The shape information of the artificial support 200 designed as described above transfers data from the data model 20 to the integrated controller 10. The integrated controller 10 controls the temperature controller 30, the pressure controller 40 and the displacement moving parts 120, 130, 140 in each axial direction based on the transmitted shape information.

적층 헤드(150)의 시린지(151)에 생체 고분자 또는 생체 고분자와 골 구성 성분 세라믹의 혼합 재료를 주입한 후, 온도 제어기(30) 및 히터(155)를 통하여 이들이 분사되기에 적합한 상태가 유지되도록 시린지(151)의 온도를 조절한다. 이 때, 전술한 바와 같이, 생체 고분자로는 각각 폴리락틱산, 폴리글리콜산, 폴리카프로락톤, 폴리락틱코글리콜산 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있고, 이러한 생체 고분자와 함께 주입될 수 있는 골 구성 성분 세라믹으로는 하이드록시아파타이트 또는 트리칼슘 포스페이트을 사용할 수 있다.After injecting the biopolymer or a mixed material of the biopolymer and the bone constituent ceramic into the syringe 151 of the stacking head 150, the temperature controller 30 and the heater 155 are maintained so that they are suitable for spraying. The temperature of the syringe 151 is adjusted. At this time, as described above, as the biopolymer, polylactic acid, polyglycolic acid, polycaprolactone, polylacticcoglycolic acid, or a mixture thereof may be used, and a bone composition which may be injected together with the biopolymer. As the component ceramic, hydroxyapatite or tricalcium phosphate can be used.

이후, 적층 헤드(150)가 변위 이동부들(120, 130, 140) 및 압력 제어기(40)의 제어를 받고, 적층 헤드(150)의 노즐(153)을 통해 작업 테이블(110) 상에 생체 고분자를 분사함으로써 인공 지지체(200)를 형성하게 된다.Thereafter, the stacking head 150 is controlled by the displacement moving parts 120, 130, and 140 and the pressure controller 40, and the biopolymer on the work table 110 through the nozzle 153 of the stacking head 150. By spraying the artificial support 200 is formed.

도 3a를 참조하면, 시린지에서 용융시킨 생체 고분자 또는 생체 고분자와 골 구성 성분 세라믹의 혼합 재료를 소정의 간격을 두고 제1 방향을 따라 복수 회 분사시켜 복수의 제1 섬유(210)를 형성한다. 이 때, 각각의 제1 섬유(210)의 폭(W)은 약 50㎛ 내지 약 300㎛로 형성할 수 있고, 두께(T)는 약 50㎛ 내지 100㎛로 형성할 수 있다. 또한, 인접한 제1 섬유(210)의 사이의 간격(D)는 약 50㎛ 내지 300㎛로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3A, a plurality of first fibers 210 are formed by spraying a plurality of biopolymers or a mixture of biopolymers and bone constituent ceramics melted in a syringe a plurality of times along a first direction at predetermined intervals. In this case, the width W of each of the first fibers 210 may be formed to about 50 μm to about 300 μm, and the thickness T may be formed to about 50 μm to 100 μm. In addition, the distance D between the adjacent first fibers 210 may be formed to about 50㎛ to 300㎛.

도 3b를 참조하면, 복수의 제1 섬유(210) 상에서 생체 고분자 또는 생체 고분자와 골 구성 성분 세라믹의 혼합 재료를 소정의 간격을 두고 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 복수 회 분사시켜 복수의 제2 섬유(220)를 형성한다. 이 때, 각각의 제2 섬유(220)의 폭 및 두께의 범위와, 인접한 제2 섬유(220) 사이의 거리의 범위는 제1 섬유(210)의 경우와 동일하게 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3B, a plurality of biopolymers or mixed materials of biopolymers and bone constituent ceramics are sprayed a plurality of times along a second direction crossing the first direction at predetermined intervals on the plurality of first fibers 210. To form a second fiber 220. At this time, the range of the width and thickness of each of the second fibers 220 and the range of the distance between the adjacent second fibers 220 may be formed in the same manner as in the case of the first fiber (210).

이와 같이, 다축 적층 시스템(100)을 이용하여 복수의 제1 섬유(210)와 복수의 제2 섬유(220)가 공극이 격자 형태로 형성된 인공 지지체(200)가 형성할 수 있다.As described above, the artificial support 200 in which the plurality of first fibers 210 and the plurality of second fibers 220 are formed in a lattice shape with a plurality of first fibers 210 and 220 may be formed using the multiaxial lamination system 100.

이러한 인공 지지체의 제조 방법에 따르면 제조 과정에서 별도의 독성 유기 용매들을 사용하지 않아 세포 친화적인 인공 지지체를 생산할 수 있다.According to the method for preparing the artificial support, a cell-friendly artificial support can be produced by using no toxic organic solvents in the manufacturing process.

한편, 각기 다른 세포적, 화학적, 물리적 특성을 갖는 여러 종류의 생체 고분자를 혼합하여 사용하는 경우, 서로 다른 유리 전이 온도, 용융 온도 등으로 인해 열 용융 방식을 적용하여 인공 지지체를 제작하기 위해서는 서로 다른 가공 조건을 채택하여야 한다. Meanwhile, in the case of using a mixture of biopolymers having different cellular, chemical, and physical properties, in order to fabricate an artificial support by applying a thermal melting method due to different glass transition temperatures and melting temperatures, Processing conditions should be adopted.

이에, 본 실시예에서는 다축 적층 시스템(100)을 이용함으로써 개별적 온도 조절 및 공압 조절이 가능하여 재료에 따른 제작 조건을 용이하게 반영할 수 있다.Thus, in this embodiment, by using the multi-axis lamination system 100, it is possible to adjust the individual temperature and pneumatic pressure to easily reflect the manufacturing conditions according to the material.

또한, 온도, 공압 및 노즐 이송 속도를 조절함으로써 인공 지지체(200)를 구성하는 섬유들(210, 220)의 폭을 용이하게 조절할 수 있고, 캐드/캠(CAD/CAM) 방식으로 공극의 크기 및 인공 지지체의 두께를 쉽게 조절할 수 있어, 체내의 다양한 조직에 따라 적합한 인공 지지체를 용이하게 제조할 수 있게 된다. 또한, 캐드/캠(CAD/CAM) 방식을 적용하여 동일한 형상의 인공 지지체를 반복적으로 생산할 수도 있게 된다.In addition, it is possible to easily adjust the width of the fibers (210, 220) constituting the artificial support 200 by adjusting the temperature, pneumatic and nozzle feed rate, and the size and size of the pores in a CAD / CAM (CAD / CAM) method Since the thickness of the artificial support can be easily adjusted, it is possible to easily prepare a suitable artificial support according to various tissues in the body. In addition, by applying a CAD / CAM (CAD / CAM) method it is possible to repeatedly produce the artificial support of the same shape.

이하에서는 본 발명을 구체적인 실시예 및 실험예를 통하여 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described through specific examples and experimental examples.

실시예Example 1 One

본 실시예에서는 가로, 세로 및 두께가 각각 3cm, 3cm 및 0.2mm로 인공 지지체를 설계한다. 인공 지지체의 각각의 섬유의 폭은 150㎛로 설계하고, 메쉬 형태의 인공 지지체의 공극의 크기는 250㎛로 설계한다. 인공 지지체의 두께는 200㎛로 설계하는데, 이는 적층하는 층의 개수로 조절 가능한 것으로서 본 실시예에서는 100㎛ 두께의 층을 두 번 적층하여 200㎛가 되도록 설계한다.In this embodiment, the artificial scaffold is designed to have width, length and thickness of 3 cm, 3 cm and 0.2 mm, respectively. The width of each fiber of the artificial support is designed to 150 μm, and the pore size of the artificial support in the form of a mesh is designed to be 250 μm. The artificial support is designed to have a thickness of 200 μm, which is adjustable by the number of layers to be laminated. In this embodiment, a layer having a thickness of 100 μm is laminated twice to be 200 μm.

이렇게 설계된 인공 지지체의 캐드(CAD) 형상 정보는 G코드(G-code) 정보로 변환한다.The CAD shape information of the designed artificial support is converted into G code information.

한편, 본 실시예에서는 인공 지지체의 섬유를 형성하기 위한 생체 고분자로 폴리락트산(PLA)과 폴리글리콜산(PGA)을 85:15로 혼합한 폴리락틱글리콜산(PLGA)과 폴리카프로락톤(PCL)을 1:1로 혼합한 재료를 사용한다.Meanwhile, in the present embodiment, polylactic glycolic acid (PLGA) and polycaprolactone (PCL) obtained by mixing polylactic acid (PLA) and polyglycolic acid (PGA) at 85:15 as a biopolymer for forming fibers of an artificial support. Is used in a 1: 1 mixture.

이러한 생체 고분자 재료를 다축 적층 시스템에 장착된 시린지에 주입하고, 이를 120℃ 내지 130℃의 온도로 가열한다. 이 때, 온도는 온도 제어기를 통해 약 150℃까지 원하는대로 제어가 가능하다.This biopolymer material is injected into a syringe mounted in a multiaxial lamination system and heated to a temperature of 120 ° C to 130 ° C. At this time, the temperature can be controlled as desired up to about 150 ℃ through the temperature controller.

이렇게 용융된 생체 고분자는 고점도이지만 유동이 있는 상태이므로 고압의 공압을 가하면 노즐을 통해 섬유 형태로 분사되는바, 본 실시예에서는 650kPa, 즉 약 6기압의 공압을 가해 생체 고분자를 분사한다.Since the molten biopolymer is high in viscosity but flows, it is sprayed into a fiber through a nozzle when high pressure pneumatic pressure is applied. In this embodiment, the biopolymer is injected by applying 650 kPa, that is, about 6 atm pneumatic pressure.

분사되는 섬유의 폭을 150㎛가 되도록 노즐의 이송 속도는 약 100mm/min으로 설정한다.The feed rate of the nozzle is set at about 100 mm / min so that the width of the fiber to be sprayed is 150 m.

이와 같이 제작한 섬유 한 층의 두께는 100㎛로, 노즐의 위치를 z축 방향으로 100㎛만큼 이동시키고 두 번째 층을 첫 번째 층 상에 90° 회전시켜 격자로 분사한다. 이에 따라, 200㎛ 두께를 갖는 메쉬 형태의 인공 지지체를 제작할 수 있다.The thickness of one layer of the fiber thus produced is 100 μm, and the nozzle is moved by 100 μm in the z-axis direction, and the second layer is rotated by 90 ° onto the first layer and sprayed into the grid. As a result, an artificial support in the form of a mesh having a thickness of 200 μm can be manufactured.

한편, 인공 지지체의 탄성과 가요성은 인공 지지체 제작 시 중요하게 고려해야하는 사항인데, 본 실시예에서는 두께를 200㎛로 작게 형성하고, 라인 폭에 비하여 라인 길이를 충분히 길게 형성하기 때문에 인공 지지체의 탄성과 가요성이 우수하게 된다.On the other hand, the elasticity and flexibility of the artificial support is an important factor to be considered when fabricating the artificial support. In this embodiment, the thickness of the artificial support is small to 200 μm and the length of the line is sufficiently long as compared with the line width. Flexibility is excellent.

이하에서는 상기 실시예를 통하여 제작된 메쉬 형태의 인공 지지체의 세포 적합성을 평가하기 위한 구체적인 실험 결과를 설명한다.Hereinafter, specific experimental results for evaluating the cell suitability of the artificial support of the mesh form produced by the above embodiment will be described.

실시예Example 2 2

본 실시예에서는 생체 고분자로 폴리카프로락톤(PCL)을 사용하였고, 인공 지지체의 크기, 형상 등은 실시예 1과 동일하게 형성한다.In this embodiment, polycaprolactone (PCL) was used as the biopolymer, and the size, shape, and the like of the artificial support are formed in the same manner as in Example 1.

실시예Example 3 3

본 실시예에서는 생체 고분자로 폴리락틱글리콜산(PLGA)을 사용하였고, 기타 인공 지지체의 크기, 형상 등은 실시예 1과 동일하게 형성한다.In this embodiment, polylactic glycolic acid (PLGA) was used as the biopolymer, and the size, shape, and the like of the other artificial support are formed in the same manner as in Example 1.

실시예Example 4 4

본 실시예에서는 생체 고분자로 폴리카프로락톤(PCL)과 폴리락틱글리콜산(PLGA)을 혼합한 재료를 사용하고, 이에 트리칼슘 포스페이트(TCP)를 20%중량비로 혼합하였다. 기타 인공 지지체의 크기, 형상 등은 실시예 1과 동일하게 형성한다.In this embodiment, a material obtained by mixing polycaprolactone (PCL) and polylactic glycolic acid (PLGA) was used as a biopolymer, and tricalcium phosphate (TCP) was mixed at a 20% weight ratio. The size, shape, and the like of the other artificial support are formed in the same manner as in Example 1.

실험예Experimental Example 1 One

실시예 1에 따른 메쉬 형태의 인공 지지체의 세포 적합성을 검증하기 위하여 인 비트로(in vitro) 실험을 수행하였다. 실험을 위하여 골아 세포(pre-osteoblast)인 MC3T3-E1과 섬유아 세포(fibroblast)인 NIH-3T3을 사용하였으며, 인공 지지체당 2 X 105 개의 세포를 식종하였다.In vitro experiments were performed to verify the cell suitability of the artificial scaffold in mesh form according to Example 1. For the experiment, MC3T3-E1, a pre-osteoblast, and NIH-3T3, a fibroblast, were used, and 2 × 10 5 cells were implanted per artificial scaffold.

세포 증식의 평가를 위하여 셀 카운팅 키트(cell counting kit-8)(CCK-8, Dojindo, Japan)을 사용하였으며, 7일까지의 증식 평가를 수행하였다.A cell counting kit-8 (CCK-8, Dojindo, Japan) was used to evaluate cell proliferation, and proliferation evaluation up to 7 days was performed.

도 4는 본 발명의 실험예 1에 따른 인공 지지체의 세포 적합성을 평가한 결과로서, 이를 참조하면 두 종류의 세포 모두 메쉬 형태의 인공 지지체에서 7일간 활발하게 증식하는 것을 흡광도(optical density)를 통해 확인할 수 있다.4 is a result of evaluating the cell suitability of the artificial scaffold according to Experimental Example 1 of the present invention, referring to the two kinds of cells proliferate actively in the mesh-shaped artificial scaffold for 7 days through the optical density (optical density) You can check it.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실험예 1에 따른 인공 지지체에서 세포를 증식한 후 이를 확대하여 나타낸 사진으로, 구체적으로 7일간의 증식 실험 이후 인공 지지체를 10% 포르말린(formalin) 용액에 고정시킨 후 전자 현미경으로 관찰한 사진이다.5A and 5B are enlarged pictures of cells after proliferating cells in an artificial support according to Experimental Example 1 of the present invention. Specifically, after the 7-day proliferation experiment, the artificial support was fixed in a 10% formalin solution. It is a photograph observed after the electron microscope.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 세포들이 메쉬 형태의 인공 지지체 상에 세포외기질(ECM)을 분비하며 고루 덮고 있음을 확인할 수 있다.5A and 5B, it can be seen that the cells evenly cover and secrete extracellular matrix (ECM) on an artificial support in the form of a mesh.

이를 통하여 본 실시예에 따른 메쉬 형태의 인공 지지체는 세포 독성이 없다는 것을 검증할 수 있으며, 뿐만 아니라 세포가 접착하여 증식할 수 있는 특성을 지녔음을 확인할 수 있다.Through this, the mesh-type artificial scaffold according to the present embodiment can verify that there is no cytotoxicity, as well as confirm that the cells have the property to adhere and proliferate.

특히, MC3T3-E1과 NIH-3T3 두 종류의 세포를 통해 본 실시예의 인공 지지체가 골 조직 또는 피부 조직과 같은 섬유 조직 재생에 효과가 있음을 유추할 수 있다.In particular, it can be inferred that the artificial scaffold of this embodiment is effective in regenerating fibrous tissues such as bone tissue or skin tissue through two kinds of cells, MC3T3-E1 and NIH-3T3.

실험예Experimental Example 2 2

본 실험예에서는 각각의 실시예에 의해 제작된 메쉬 형태의 인공 지지체의 기계적 인장 실험을 수행하였다.In this experimental example, the mechanical tensile test of the artificial support of the mesh form produced by each example was performed.

도 6은 본 발명의 실험예 2에 따른 인공 지지체의 재료에 따른 인장 실험 결과를 나타내는 그래프로서, 이를 참조하면 생체 고분자로 폴리카프로락톤(PCL)를 사용한 실시예 2의 인공 지지체의 경우, 파단이 일어나는 응력이 다른 재료로 형성한 인공 지지체보다 높지만, 파단이 일어나기 전까지 발생하는 변형량이 가장 크게 됨을 알 수 있다. 또한, 파단이 일어나기 전까지의 응력 상승 곡선 기울기에 해당하는 역학적 계수는 가장 낮게 나타남을 확인할 수 있다.Figure 6 is a graph showing the tensile test results according to the material of the artificial support according to Experimental Example 2 of the present invention, referring to this, in the case of the artificial support of Example 2 using polycaprolactone (PCL) as a biopolymer, the fracture is It can be seen that although the stress occurring is higher than that of the artificial support formed from other materials, the amount of deformation occurring before the fracture occurs is greatest. In addition, it can be seen that the mechanical coefficient corresponding to the slope of the stress rise curve until fracture occurs is the lowest.

이를 통하여, 폴리카프로락톤(PCL)은 탄성 및 가요성이 많이 필요한 경우에 적합한 재료라고 할 수 있다.Through this, polycaprolactone (PCL) can be said to be a suitable material when a lot of elasticity and flexibility is required.

생체 고분자로 폴리락틱글리콜산(PLGA)을 사용한 실시예 3의 인공 지지체의 경우에는 파단이 일어나기 전까지의 응력 상승 곡선이 가장 가파름, 즉 역학적 계수가 큼을 알 수 있고, 파단 역시 가장 빨리 일어남을 알 수 있다.In the case of the artificial support of Example 3 using the polylactic glycolic acid (PLGA) as a biopolymer, it can be seen that the stress rise curve before breaking occurs is the steepest, that is, the mechanical coefficient is high, and the breaking occurs also the fastest. have.

이에 따라, 폴리락틱글리콜산(PLGA)은 취성을 가져, 이로 형성한 인공 지지체는 쉽게 부서지는 특성을 가짐을 알 수 있다.Accordingly, it can be seen that polylactic glycolic acid (PLGA) has brittleness, and the artificial support formed therefrom is easily broken.

생체 고분자로 폴리락틱글리콜산(PLGA) 및 폴리카프로락톤(PCL)을 혼합한 실시예 1의 경우에는, 실시예 2와 실시예 3의 중간 정도의 기계적 물성치를 나타냄을 알 수 있다. 즉, 폴리카프로락톤(PCL)의 성분으로 인해 쉽게 파단되지 않고 가요성의 성질을 보이면서 폴리락틱글리콜산(PLGA)의 성분으로 인해 역학적 계수는 상당히 큰 성질을 나타낸다.In the case of Example 1 in which polylactic glycolic acid (PLGA) and polycaprolactone (PCL) are mixed with a biopolymer, it can be seen that the mechanical properties of the intermediate ranges of Examples 2 and 3 are shown. In other words, due to the component of polylactic glycolic acid (PLGA), the mechanical coefficient of the polycaprolactone (PCL) is not easily broken due to the component of polylactic glycolic acid (PLGA) exhibits a very large property.

이와 같이, 메쉬 형태의 인공 지지체를 다양한 생체 고분자를 이용하여 형성할 수 있다. 이 때, 사용하는 생체 고분자의 종류에 따라 인공 지지체의 기계적 물성치가 달라질 수 있는바, 인공 지지체를 사용하려는 조직, 사용 목적 및 그에 따라 필요한 기계적 물성치를 고려하여 인공 지지체를 형성하는 생체 고분자의 종류를 결정할 수 있다.As such, the artificial support in the form of a mesh may be formed using various biopolymers. At this time, the mechanical properties of the artificial support may vary depending on the type of biopolymer used, and the type of biopolymer that forms the artificial support in consideration of the tissue to be used, the purpose of use, and the required mechanical properties. You can decide.

실험예Experimental Example 3 3

본 실험예에서는 실시예 1과 실시예 4의 인공 지지체를 비교하여, 골 구성 성분 세라믹을 추가하는 경우의 인공 지지체의 표면 거칠기의 변화와 세포 증식 및 분화에 미치는 영향을 확인하였다.In this Experimental Example, the artificial scaffolds of Examples 1 and 4 were compared, and the effects of changes in surface roughness, cell proliferation and differentiation of the artificial scaffolds when bone ceramics were added were confirmed.

도 7a 및 도 7b는 각각 실시예 1 및 4에 따른 인공 지지체를 확대하여 나타낸 사진으로, 이들을 참조하면 실시예 4에 따라 생체 고분자에 골 구성 성분 세라믹을 혼합한 경우 인공 지지체의 표면 거칠기가 증가함을 확인할 수 있다. 매끈한 표면보다 거친 표면에서 세포 접착에 있어서 유리한 것으로, 골 구성 성분 세라믹을 혼합한 경우 세포 접착 효율이 향상될 수 있음을 알 수 있다.7A and 7B are enlarged photographs of the artificial scaffolds according to Examples 1 and 4, respectively. Referring to these examples, surface roughness of the artificial scaffold increases when the bone component ceramic is mixed with the biopolymer according to Example 4. can confirm. It is advantageous in the cell adhesion on the rough surface than the smooth surface, it can be seen that the cell adhesion efficiency can be improved when the bone constituent ceramic is mixed.

도 8 내지 도 10은 각각 실시예 1 및 4에 따른 인공 지지체에서 골 조직으로의 분화 효과를 나타내는 그래프이다.8 to 10 are graphs showing the differentiation effect from the artificial support to bone tissue according to Examples 1 and 4, respectively.

도 8은 골 조직에서 특이적으로 발현하는 단백질(protein)인 알칼라인 포스페테이스(Alkaline phosphatase, ALP) 발현 정도를 나타내는 그래프로서, 골 구성 성분 세라믹인 트리칼슘 포스페이트(TCP)를 혼합한 경우의 알칼라인 포스페테이스(ALP)의 비율이 높음을 확인할 수 있다.FIG. 8 is a graph showing the expression level of alkaline phosphatase (ALP), which is a protein specifically expressed in bone tissue, in the case of mixing tricalcium phosphate (TCP), a bone constituent ceramic It can be seen that the ratio of alkaline phosphate (ALP) is high.

도 9는 RNA 레벨에서 살펴본 실시간 PCR 결과로서, 트리칼슘 포스페이트(TCP)를 혼합한 경우에 골 조직 특이 마커(marker)인 Runx2의 비율이 높음을 알 수 있다.9 shows the results of real-time PCR at the RNA level, where the ratio of Runx2, a bone tissue specific marker, is high when tricalcium phosphate (TCP) is mixed.

도 10은 골 조직 생성의 중요한 단서가 되는 칼슘 함유량을 나타내는 그래프로서, 트리칼슘 포스페이트(TCP)를 혼합한 인공 지지체에서 성장한 조직의 칼슘 함유량이 상대적으로 높음을 알 수 있다.FIG. 10 is a graph showing calcium content as an important clue for bone tissue formation, and it can be seen that the calcium content of the tissue grown on the artificial support mixed with tricalcium phosphate (TCP) is relatively high.

본 실험예를 통하여 생체 고분자에 골 구성 성분 세라믹을 혼합하여 인공 지지체를 형성하는 경우 세포의 접착, 증식 및 분화 효율이 증대될 수 있음을 유추할 수 있다.Through this experimental example, it can be inferred that the adhesion, proliferation and differentiation efficiency of cells may be increased when the artificial support is formed by mixing the ceramic component with the bone constituent ceramic in the biopolymer.

상기와 같이, 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않는다. 즉, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 수 있을 것이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated through the preferable embodiment, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment. That is, those skilled in the art to which the present invention pertains can readily understand that various modifications and variations are possible without departing from the concept and scope of the claims set out below.

10: 통합 제어장치 20: 데이터 모델
30: 온도 제어기 40: 압력 제어기
50: 공압기 100: 다축 적층 시스템
110: 작업 테이블 120: x축 변위 이동부
130: y축 변위 이동부 140: z축 변위 이동부
150: 적층 헤드 151: 시린지
153: 노즐 155: 히터
200: 인공 지지체 210: 제1 섬유
220: 제2 섬유
10: Integrated Control 20: Data Model
30: temperature controller 40: pressure controller
50: pneumatic 100: multi-axis lamination system
110: work table 120: x-axis displacement moving part
130: y-axis displacement moving unit 140: z-axis displacement moving unit
150: lamination head 151: syringe
153: nozzle 155: heater
200: artificial support 210: first fiber
220: second fiber

Claims (12)

제1 방향을 따라 연장되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 소정의 간격으로 배치되는 복수의 제1 섬유; 및
상기 복수의 제1 섬유 상에서 상기 제2 방향을 따라 연장되고, 상기 제1 방향을 따라 소정의 간격으로 배치되는 복수의 제2 섬유;
를 포함하고,
상기 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제2 섬유는 각각 생체 고분자를 포함하는, 인공 지지체.
A plurality of first fibers extending along a first direction and disposed at predetermined intervals along a second direction crossing the first direction; And
A plurality of second fibers extending in the second direction on the plurality of first fibers and disposed at predetermined intervals along the first direction;
Including,
And the plurality of first fibers and the plurality of second fibers each comprise a biopolymer.
제1항에 있어서,
각각의 상기 복수의 제1 섬유의 상기 제2 방향을 따라 측정한 폭은 50㎛ 내지 300㎛이고,
각각의 상기 복수의 제2 섬유의 상기 제1 방향을 따라 측정한 폭은 50㎛ 내지 300㎛인, 인공 지지체.
The method of claim 1,
The width measured along the second direction of each of the plurality of first fibers is 50 μm to 300 μm,
An artificial scaffold, wherein the width measured along the first direction of each of the plurality of second fibers is between 50 μm and 300 μm.
제1항에 있어서,
각각의 상기 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제2 섬유의 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향을 따라 측정한 두께는 50㎛ 내지 100㎛인, 인공 지지체.
The method of claim 1,
The thickness of each of the plurality of first fibers and the plurality of second fibers measured along a third direction intersecting the first direction and the second direction is 50 μm to 100 μm.
제1항에 있어서,
인접한 상기 복수의 제1 섬유 사이의 간격은 500㎛ 내지 300㎛이고,
인접한 상기 복수의 제2 섬유 사이의 간격은 500㎛ 내지 300㎛인, 인공 지지체.
The method of claim 1,
The spacing between the adjacent plurality of first fibers is between 500 μm and 300 μm,
The spacing between the adjacent plurality of second fibers is between 500 μm and 300 μm.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 생체 고분자는 폴리락틱산(Poly-lactic acid, PLA), 폴리글리콜산(Poly-glycolic acid, PGA), 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL), 폴리락틱코글리콜산(Poly-lactic-co-glycolic acid, PLGA) 또는 이들의 혼합물인, 인공 지지체.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The biopolymer may be polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (Poly-glycolic acid, PGA), polycaprolactone (Polycaprolactone, PCL), polylactic-co-glycolic acid, PLGA) or mixtures thereof.
제5항에 있어서,
상기 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제2 섬유는 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite) 또는 트리칼슘 포스페이트(Tri-calcium phosphate)를 더 포함하는, 인공 지지체.
The method of claim 5,
And the plurality of first fibers and the plurality of second fibers further comprise hydroxyapatite or tri-calcium phosphate.
시린지(syringe)에 생체 고분자를 주입하고,
상기 시린지에 주입된 상기 생체 고분자를 분사하여 제1 방향을 따라 연장되는 복수의 제1 섬유를 일정한 간격으로 형성하고,
상기 시린지에 주입된 상기 생체 고분자를 상기 복수의 제1 섬유 상에 분사하여 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장되는 복수의 제2 섬유를 일정한 간격으로 형성하는, 인공 지지체의 제조방법.
Injecting the biopolymer into the syringe (syringe),
By spraying the biopolymer injected into the syringe to form a plurality of first fibers extending in a first direction at regular intervals,
The biopolymer injected into the syringe is sprayed onto the plurality of first fibers to form a plurality of second fibers extending along a second direction crossing the first direction at regular intervals, the method of manufacturing an artificial support. .
제7항에 있어서,
각각의 상기 복수의 제1 섬유의 상기 제2 방향을 따라 측정한 폭은 50㎛ 내지 300㎛로 형성하고,
각각의 상기 복수의 제2 섬유의 상기 제1 방향을 따라 측정한 폭은 50㎛ 내지 300㎛로 형성하는, 인공 지지체의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The width measured along the second direction of each of the plurality of first fibers is formed to 50 μm to 300 μm,
The width | variety measured along the said 1st direction of each said 2nd some fiber is 50 micrometers-300 micrometers, The manufacturing method of the artificial support body.
제7항에 있어서,
상기 복수의 제1 섬유 및 상기 복수의 제2 섬유 각각의 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향을 따라 측정한 두께는 50㎛ 내지 100㎛로 형성하는, 인공 지지체의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The thickness measured along the 3rd direction which cross | intersects the said 1st direction and the said 2nd direction of each of the said 1st some fiber and said some 2nd fiber is 50 micrometers-100 micrometers, The manufacturing method of the artificial support body .
제7항에 있어서,
인접한 상기 복수의 제1 섬유 사이의 간격은 50㎛ 내지 300㎛로 형성하고,
인접한 상기 복수의 제2 섬유 사이의 간격은 50㎛ 내지 300㎛로 형성하는, 인공 지지체의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The spacing between the adjacent plurality of first fibers is formed to 50㎛ to 300㎛,
The spacing between the adjacent plurality of second fibers is formed 50㎛ to 300㎛, the manufacturing method of the artificial support.
제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 생체 고분자는 폴리락틱산, 폴리글리콜산, 폴리카프로락톤, 폴리락틱코글리콜산 또는 이들의 혼합물인, 인공 지지체의 제조 방법.
The method according to any one of claims 7 to 10,
The biopolymer is polylactic acid, polyglycolic acid, polycaprolactone, polylacticcoglycolic acid, or a mixture thereof.
제11항에 있어서,
상기 시린지에 생체 고분자와 함께 하이드록시아파타이트 또는 트리칼슘 포스페이트를 주입하는, 인공 지지체의 제조 방법.
The method of claim 11,
A hydroxyapatite or tricalcium phosphate is injected into the syringe together with a biopolymer, to produce an artificial support.
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