KR101284080B1 - 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법 - Google Patents

뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명은 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 세포 배양액을 세포 배양액 저장탱크(511)에 투입하고, 연골을 형성할 수 있는 하이드로젤을 하이드로젤 저장탱크(512)에 투입하며, 뼈를 형성할 수 있는 합성 고분자를 합성 고분자 저장탱크(513)에 투입하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 합성 고분자를 제3 공급관(513-1)을 통해 합성 고분자 분사노즐(620)로 유입시켜 바이오 플로터(1000)를 이용하여 3차원 플로팅하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2에서 3차원 플로팅된 합성 고분자에 상기 세포 배양액을 제1 공급관(511-1), 상기 하이드로젤을 제2 공급관(512-1)을 통해 각각 제5 공급관(515-1)으로 유입시킨 후 하이드로젤 분사노즐(610)에 유입시켜 바이오 플로터(1000)를 이용하여 3차원 플로팅하는 단계(단계 3);를 포함하는 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법은 인체의 뼈와 연골 부위를 한꺼번에 포함할 수 있는 하이브리드 지지체를 제조할 수 있고, 세포의 포함여부를 제조공정에서 제어할 수 있으므로, 뼈와 연골을 재생하는 지지체로 유용하게 사용할 수 있다.

Description

뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법{The method for preparation of hybrid scaffold for bone-cartilage regeneration}
본 발명은 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법에 관한 것이다.
관절연골에는 특이하게 혈판, 신경 및 임파조직이 없다. 따라서, 손상을 받은 후 염증 반응이 일어나지 않으며 손상을 회복하기 위한 세포의 보충이 어렵게 된다. 그러므로, 손상된 관절연골은 스스로 회복 및 재생이 매우 제한될 수 밖에 없다. 의학적으로 여러가지 방법이 도모되지만 아직 관절연골인 초자 연골을 자연과 같은 상태로 회복하기에는 부족한 실정이다.
임상적으로 연골을 재생시키는 수술 방법으로는 줄기세포의 연골세포로의 분화를 유도하는 방법, 골 연골 조직 이식법으로 자가 혹은 동종의 연골조직을 연골 결손 부위에 이식하는 방법, 관절표면 성형술로써 연골 결손부위의 표면에 연골을 유도할 수 있는 조직(연골막, 골막) 혹은 화합물을 이식하는 방법, 연골세포 이식술로 연골 결손부위에 연골세포를 이식함으로써 연골 재생을 유도하는 방법 등이 사용되고 있다. 이상으로 볼 때, 연골을 형성하기 위해서는 연골 형성 능력이 있는 조직이어야 하고, 기질형성에 필요한 외적 요소를 갖추어야 하며 성장에 필요한 충분한 영양조건을 갖추어야 한다.
따라서, 최근에 손상되었거나 기능을 상실한 환자 자신의 조직이나 장기에서 세포를 일부 채취하여 생체 적합성 고분자 지지체를 이용해 체외에서 배양한 다음 체내의 원래 위치에 이식하여 조직이나 장기를 복원, 재생 또는 대체하는 조직공학이 크게 각광을 받고 있다. 생체 조직공학(Tissue Engineering)이란 환자의 몸에서 필요한 조직을 채취하고 그 조직편으로부터 세포를 분리한 다음 분리된 세포를 배양을 통하여 필요한 양만큼 증식시키고 다공성을 가지는 생분해성 고분자 지지체에 심어 일정기간 체외 배양함으로써 형성되는 세포 배양 지지체(scaffold)를 다시 인체 내에 이식하는 것이다. 이식 후 세포들은 대부분의 조직이나 장기의 경우 신생 혈관이 형성될 때까지는 체액의 확산에 의해 산소와 영양분을 공급받다가 인체 내의 혈관이 들어와 혈액의 공급이 이루어지면 세포들이 증식 분화하여 새로운 조직 및 장기를 형성하고 생분해성 고분자 지지체는 그동안 분해되어 사라지는 기법을 응용하는 것이다.
이러한 조직 공학을 이용하여 손상된 연골을 재생하고자 하는 다양한 연구들이 진행되고 있으며, 연골 제조와 관련하여서는 시험과, 배양기 등과 같은 인공적 환경인 차원 담체 구조체에서 제작하거나, 지지체/세포 혼합물을 이용하여 생물체 내(in vivo)에서 제작하는 것이 연구된 바 있다.
그러나, 골을 발생학적으로 경골조직과 같은 중배엽에서 기원한 조직으로, 뼈와 함께 내골격을 형성한다. 이처럼 연골과 뼈는 유기적으로 작용하는 조직이지만 연골 조직을 재생하기 위해서는 앞에서도 서술한 바와 같이 연골 재생층 단독만으로는 한계점이 있다.
이에, 본 발명자들은 뼈와 연골층을 동시에 재생시키는 방법을 연구하던 중 뼈와 연골층을 모두 포함하고, 세포의 포함여부를 제조공정에서 제어할 수 있는 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 세포 배양액을 세포 배양액 저장탱크에 투입하고, 연골을 형성할 수 있는 하이드로젤을 하이드로젤 저장탱크에 투입하며, 뼈를 형성할 수 있는 합성 고분자를 합성 고분자 저장탱크에 투입하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 합성 고분자를 제3 공급관을 통해 합성 고분자 분사노즐로 유입시켜 바이오 플로터를 이용하여 3차원 플로팅하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2에서 3차원 플로팅된 합성 고분자에 상기 세포 배양액을 제1 공급관, 상기 하이드로젤을 제2 공급관을 통해 각각 제5 공급관으로 유입시킨 후 하이드로젤 분사노즐에 유입시켜 바이오 플로터를 이용하여 3차원 플로팅하는 단계(단계 3);를 포함하는 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법은 인체의 뼈와 연골 부위를 한꺼번에 포함할 수 있는 하이브리드 지지체를 제조할 수 있고, 세포의 포함여부를 제조공정에서 제어할 수 있으므로, 뼈와 연골을 재생하는 지지체로 유용하게 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법을 나타낸 순서도이고;
도 2는 본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 또 다른 제조방법을 나타낸 순서도이고;
도 3은 본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 일실시예에 사용되는 바이오 플로터를 나타내고;
도 4는 본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 또 다른 일실시예에 사용된 바이오 플로터를 나타내고; 및
도 5는 본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체 제조에 사용된 바이오 플로터의 이중 분사노즐을 나타낸다.
이하, 본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명은 세포 배양액을 세포 배양액 저장탱크에 투입하고, 연골을 형성할 수 있는 하이드로젤을 하이드로젤 저장탱크에 투입하며, 뼈를 형성할 수 있는 합성 고분자를 합성 고분자 저장탱크에 투입하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 합성 고분자를 제3 공급관을 통해 합성 고분자 분사노즐로 유입시켜 바이오 플로터를 이용하여 3차원 플로팅하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 3차원 플로팅된 합성 고분자에 상기 세포 배양액을 제1 공급관, 상기 하이드로젤을 제2 공급관을 통해 각각 제5 공급관으로 유입시킨 후 하이드로젤 분사노즐에 유입시켜 바이오 플로터를 이용하여 3차원 플로팅하는 단계(단계 3);를 포함하는 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법을 제공한다(도 1 참조).
본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법에 있어서, 단계 1은 세포 배양액, 하이드로젤 및 합성 고분자를 각각의 저장탱크에 투입하는 단계이다.
상기 단계 1의 합성 고분자는 뼈 부분을 형성할 수 있는 단단한 생체 재료가 사용되며, 폴리카프로락톤, 폴리락타이드, 폴리글리콜리드, 폴리다이옥사논 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 단계 1의 세포 배양액은 세포를 더 포함할 수 있으며, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 하이브리드 지지체는 세포를 포함함으로써 세포를 투입하는 또 다른 공정없이 하이브리드 지지체에서 바로 뼈-연골 재생 세포를 증식시킬 수 있다. 이때, 상기 세포는 골세포, 연골세포, 혈관세포 등 일 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1의 합성 고분자를 바이오 플로터의 합성 고분자 분사노즐을 이용하여 3차원 플로팅하는 단계이다.
상기 단계 1의 합성 고분자는 제3 공급관을 통해 합성 고분자 분사노즐로 유입되며, 바이오 플로터를 통해 3차원 플로팅할 수 있다. 이때, 상기 바이오 플로터는 저판과 상기 저판 양측단에 각각 상호 이격되어 돌출 형성되는 일자형의 X축 가이드레일 지지대를 구비하며, 상기 X축 가이드레일 지지대 사이에 상기 수집테이블이 설치되는 베이스프레임; 상기 X축 가이드레일 지지대에 각각 설치되는 X축 가이드레일; Y축 가이드레일이 설치되며 상기 X축 가이드레일에 탑재되어 X축 방향으로 이송되는 Y축 가이드레일 지지대; 상기 Y축 가이드레일에 탑재되어 Y축 방향으로 이송되는 Y축 이송 브라켓; 상기 Y축 이송 브라켓에 고정 설치되며, Z축 가이드레일이 설치되는 Z축 가이드레일 지지대; 및 상기 Z축 가이드레일에 탑재되어 Z축 방향으로 이송되며, 상기 세포 배양액 저장탱크, 상기 하이드로젤 저장탱크, 상기 합성 고분자 저장탱크, 상기 합성 고분자 분사노즐 및 상기 하이드로젤 분사노즐이 고정 설치되는 Z축 이송 브라켓을 포함한다. 또한, 상기 Z축 이송 브라켓에는 상기 세포 배양액 저장 탱크와 상기 하이드로젤 저장탱크 및 상기 합성 고분자 저장탱크를 각각 다수개 고정 설치될 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 3차원 플로팅된 합성 고분자에 세포 배양액과 하이드로젤을 하이드로젤 분사노즐에 유입시켜 바이오 플로터를 이용하여 3차원 플로팅하는 단계이다.
상기 세포 배양액은 제1 공급관, 상기 하이드로젤은 제2 공급관을 통해 각각 제5 공급관으로 유입되며, 상기 제5 공급관을 통해 하이드로젤 분사노즐로 유입시킨 후 바이오 플로터를 이용하여 3차원 플로팅한다.
상기 하이드로젤은 연골부분을 형성하기 위해 사용되며, 알지네이트(Alginate) 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이드로젤 지지체의 제조방법에 있어서, 상기 합성 분자와 하이드로젤 지지체의 결합을 더욱 용이하게 위해 상기 합성 고분자 저장탱크 또는 하이드로젤 저장탱크에는 접착제가 포함될 수 있으며, 접착제로는 피브린 그루(fibrin glue)가 바람직하다.
또한, 본 발명은 세포 배양액을 세포 배양액 저장탱크에 투입하고, 연골을 형성할 수 있는 하이드로젤을 하이드로젤 저장탱크에 투입하며, 뼈를 형성할 수 있는 합성 고분자를 합성 고분자 저장탱크에 투입하고, 세포배양액과 하이드로젤의 혼합물을 경화시키는 경화제를 경화제 저장탱크에 투입하는 단계(단계 A);
상기 단계 A의 합성 고분자를 제3 공급관을 통해 합성 고분자 분사노즐로 유입시켜 바이오 플로터를 이용하여 3차원 플로팅하는 단계(단계 B); 및
상기 단계 B에서 3차원 플로팅된 합성 고분자에 상기 세포 배양액을 제1 공급관, 상기 하이드로젤을 제2 공급관을 통해 각각 제5 공급관으로 유입시킨 후 이중 분사노즐에 유입시키고, 상기 경화제를 제4 공급관을 통해 상기 이중 분사노즐에 유입시켜 상기 세포 배양액, 상기 하이드로젤 및 상기 경화제를 바이오 플로터를 이용하여 3차원 플로팅하는 단계(단계 C);를 포함하는 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법을 제공한다(도 2 참조).
본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법에 있어서, 단계 A는 세포 배양액, 하이드로젤, 합성 고분자 및 경화제를 각각의 저장탱크에 투입하는 단계이다.
상기 단계 A의 합성 고분자는 뼈 부분을 형성할 수 있는 단단한 생체 재료가 사용되며, 폴리카프로락톤, 폴리락타이드, 폴리글리콜리드, 폴리다이옥사논 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 단계 A의 세포 배양액은 세포를 더 포함할 수 있으며, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 하이브리드 지지체는 세포를 포함함으로써 세포를 투입하는 별도의 공정 없이 하이브리드 지지체에서 뼈-연골 재생 세포를 증식시킬 수 있다. 이때, 상기 세포는 골세포, 연골세포, 혈관세포 등 일 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법에 있어서, 단계 B는 상기 단계 A의 합성 고분자를 합성 고분자 분사노즐에 유입시키고 바이오 플로터를 이용하여 3차원 플로팅하는 단계이다.
상기 단계 A의 합성 고분자는 제3 공급관을 통해 합성 고분자 분사노즐로 유입되며, 바이오 플로터를 통해 3차원 플로팅할 수 있다. 이때, 상기 바이오 플로터는 저판(110)과 상기 저판 양측단에 각각 상호 이격되어 돌출 형성되는 일자형의 X축 가이드레일 지지대를 구비하며, 상기 X축 가이드레일 지지대 사이에 상기 수집테이블이 설치되는 베이스프레임; 상기 X축 가이드레일 지지대에 각각 설치되는 X축 가이드레일; Y축 가이드레일이 설치되며 상기 X축 가이드레일에 탑재되어 X축 방향으로 이송되는 Y축 가이드레일 지지대; 상기 Y축 가이드레일에 탑재되어 Y축 방향으로 이송되는 Y축 이송 브라켓; 상기 Y축 이송 브라켓에 고정 설치되며, Z축 가이드레일이 설치되는 Z축 가이드레일 지지대; 및 상기 Z축 가이드레일에 탑재되어 Z축 방향으로 이송되며, 상기 세포 배양액 저장탱크, 상기 하이드로젤 저장탱크, 상기 합성 고분자 저장탱크, 상기 경화제 저장탱크, 상기 합성 고분자 분사노즐 및 상기 이중 분사노즐이 고정 설치되는 Z축 이송 브라켓;을 포함한다. 또한, 상기 Z축 이송 브라켓에는 상기 세포 배양액 저장 탱크와 상기 하이드로젤 저장탱크, 상기 합성 고분자 저장탱크 및 상기 경화제 저장탱크를 각각 다수개 고정 설치될 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법에 있어서, 단계 C는 상기 단계 B에서 3차원 플로팅된 합성 고분자에 세포 배양액, 하이드로젤 및 경화제를 이중 분사노즐에 유입시켜 바이오 플로터를 이용하여 3차원 플로팅하는 단계이다.
상기 세포 배양액은 제1 공급관, 상기 하이드로젤은 제2 공급관을 통해 각각 제5 공급관으로 유입된 후 이중 분사노즐에 유입되며, 상기 경화제는 제4 공급관을 통해 상기 이중 분사노즐에 유입시킨 후 바이오 플로터를 이용하여 3차원 플로팅한다.
상기 하이드로젤은 연골부분을 형성하기 위해 사용되며, 알지네이트(Alginate) 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이드로젤 지지체의 제조방법에 있어서, 상기 합성 분자와 하이드로젤 지지체의 결합을 더욱 용이하게 위해 상기 합성 고분자 저장탱크 또는 하이드로젤 저장탱크에는 접착제가 포함될 수 있으며, 접착제로는 피브린 그루(fibrin glue)가 바람직하다.
따라서, 본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법은 인체의 뼈와 연골 부위를 한꺼번에 포함할 수 있는 하이브리드 지지체를 제조할 수 있고, 세포의 포함여부를 제조공정에서 제어할 수 있으므로, 뼈와 연골을 재생하는 지지체로 유용하게 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하며 상세히 설명한다.
<실시예 1> 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조 1
도 3은 본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체에 사용된 바이오 플로터를 나타낸다.
도 3을 참조하면, Z축 이송 브라켓(510)의 외측면에는 세포 배양액 저장 탱크(511), 하이드로젤 저장 탱크(512) 및 합성 고분자 저장 탱크(513)가 고정 설치된다. 상기 세포 배양액 저장 탱크(511)는 세포 배양액이 저장되는 탱크이고, 하이드로젤 저장탱크(512)는 연골을 형성하는 하이드로젤이 저장되는 탱크이고, 합성 고분자 저장 탱크(513)는 뼈를 형성하는 합성 고분자가 저장되는 탱크이다. 한편, 세포 배양액에는 세포가 포함되거나 포함되지 않을 수 있다. 상기 하이드로젤은 알지네이트(Alginate)를 사용할 수 있다.
제1 공급관(511-1)의 일측단은 상기 세포 배양액 저장 탱크(511)에 연결되고, 제2 공급관(512-1)의 일측단은 상기 하이드로젤 저장 탱크(512)에 연결된다. 제5 공급관(515-1)은 상기 제1 공급관(511-1)을 통하여 유출되는 세포 배양액과 상기 제2 공급관(512-1)을 통하여 유출되는 하이드로젤이 유입되며, 일측단이 상기 제1 공급관(511-1)의 타측단, 상기 제2 공급관(512-1)의 타측단과 연결된다.
상기 제5 공급관(515-1)의 타측단은 하이드로젤 분사노즐(600)에 연결된다. 또한, 상기 제5 공급관(515-1)은 상기 제1 공급관(511-1)을 통하여 유출되는 세포 배양액과 상기 제2 공급관(512-1)을 통하여 유출되는 하이드로젤이 혼합되도록 믹서(900)를 더 포함할 수 있다.
상기 합성 고분자 저장 탱크(513)에는 제3 공급관(513-1)의 일측단이 연결되고, 상기 제3 공급관(513-1)의 일측단은 합성 고분자 분사노즐(700)과 연결된다.
상기 합성 고분자 분사노즐(700)을 통해 합성 고분자가 분사한 후 상기 세포 배양 지지체 제조액 분사노즐(800)을 통해 세포 배양액 지지체를 분사하여 뼈-연골 재생용 하이드로젤 지지체를 제조하였다.
도면에 도시하지 않았지만, 상기 세포 배양액 저장탱크(511), 하이드로젤 저장탱크(512) 및 합성 고분자 저장탱크(513)는 하나의 플레이트가 아닌 3축이 따로 움직일 수 있으며, 상기 세포 배양액과 하이드로젤은 처음부터 혼합되어 노즐로 분사될 수 있다.
<실시예 2> 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조 2
도 4는 본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체에 사용되는 바이오 플로터를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 상기 바이오 플로터(1000)는 베이스프레임(100)을 포함하고, 베이스프레임(100)은 저판(110)과 X축 가이드레일 지지대(120)를 포함한다.
상기 X축 가이드레일 지지대(120)는 일자형의 블록 형상일 수 있는데, 상기 저판(110) 양측단에 각각 상호 이격되어 상부로 돌출 형성된다. 상기 X축 가이드레일 지지대(120)에는 각각 X축 가이드레일(122)이 설치된다.
상기 X축 가이드레일(122)에는 Y축 가이드레일 지지대(310)가 X축 방향으로 이송 가능하도록 탑재된다. 이 경우, 상기 Y축 가이드레일 지지대(310)의 일측단은 일측 X축 가이드레일(122)에 탑재되고, 상기 Y축 가이드레일 지지대(310)의 타측단은 타측 X축 가이드레일(122)에 탑재될 수 있다. 한편, 상기 Y축 가이드레일 지지대(310)의 상면에는 Y축 가이드레일(312)이 설치된다.
상기 Y축 가이드레일(312)에는 Y축 이송 브라켓(410)이 Y축 방향으로 이송 가능하도록 탑재된다. 상기 Y축 이송 브라켓(410)은 Z축 방향으로 세워지는 수직판을 포함한다.
상기 Y축 이송 브라켓(410)에는 Z축 가이드레일 지지대(420)가 설치된다. 상기 Z축 가이드레일 지지대(420)는 상기 Y축 이송 브라켓(410)의 수직판에 고정 설치된다. 한편, 상기 Z축 가이드레일 지지대(420)에는 Z축 가이드레일(422)이 설치된다.
상기 Z축 가이드레일(422)에는 Z축 방향으로 이송 가능하도록 Z축 이송 브라켓(510)이 탑재된다. 상기 Z축 이송 브라켓(510)의 외측면에는 세포 배양액 저장탱크(511), 연골을 형성하는 하이드로젤 저장탱크(512), 뼈를 형성하는 합성 고분자 저장탱크(513) 및 경화제 저장 탱크(514)가 고정 설치된다. 상기 세포 배양액 저장탱크(511)는 세포 배양액이 저장되는 탱크이고, 상기 하이드로젤 저장탱크(512)는 연골을 형성하는 하이드로젤이 저장되는 탱크이고, 합성 고분자 저장탱크(513)는 뼈를 형성하는 합성 고분자가 저장되는 탱크이고, 경화제 저장 탱크(514)는 상기 세포 배양액과 하이드로젤을 경화시킬 수 있는 경화제가 저장되는 탱크이다. 한편, 세포 배양액에는 세포가 포함되거나 포함되지 않을 수 있다.
상기 하이드로젤은 알지네이트(Alginate)를 사용할 수 있고, 상기 경화제는 염화칼슘(CaCl2) 용액을 사용할 수 있다. 알지네이트(Alginate)는 세포와 실온에서 혼합 가능하며, 염화칼슘(CaCl2) 용액과의 혼합시 빠른 속도로 경화됨이 알려져 있다.
상기 바이오 플로터(1000)는 세포 배양액 저장 탱크(511)에 연결되는 제1 공급관(511-1)과, 상기 하이드로젤 저장 탱크(512)에 연결되는 제2 공급관(512-1)과, 상기 제1 공급관(511-1)을 통하여 유출되는 세포 배양액과 상기 제2 공급관(512-1)을 통하여 유출되는 하이드로젤이 유입되도록 일측단이 상기 제1 공급관(511-1)과 상기 제2 공급관(512-1)에 각각 연결되는 제5 공급관(515-1)으로 이루어진다.
도 4 및 도 5의 (a)를 참조하면, 세포 배양액이 유출되는 상기 제1 공급관(511-1)의 타측단과 연골을 형성하는 하이드로젤이 유출되는 상기 제2 공급관(512-1)의 타측단은 상기 제5 공급관(515-1)으로 연결되고, 경화제 저장 탱크(514)의 타측단과 연결된 제4 공급관(514-1)은 이중 분사노즐(800)에 연결된다. 또한, 도 5의 (b)에 나타난 바와 같이, 상기 제5 공급관(515-1)은 상기 제1 공급관(511-1)을 통하여 유출되는 세포 배양액과 상기 제2 공급관(512-1)을 통하여 유출되는 하이드로젤을 혼합할 수 있는 믹서(900)를 더 포함할 수 있다.
상기 이중 분사노즐(800)은 제1 분사노즐(810)과 제2 분사노즐(820)로 이루어진다. 상기 제1 분사노즐(810)은 상기 세포 배양액 및 하이드로젤을 분사하도록 상기 제5 공급관(515-1)의 타측단에 연결된다. 제2 분사노즐(820)은 제1 분사노즐(810)의 외측을 길이방향으로 감싸며 환상 도관으로 형성되는데, 상기 경화제를 분사하도록 제4 공급관(514-1)의 타측단에 연결된다.
도 4를 참조하면, X축 가이드레일 지지대(120) 사이에는 수집테이블(200)이 설치된다. 수집테이블(200)은 이중 분사노즐(800)을 통하여 분사된 세포 배양액과 하이드로젤 및 경화제가 플로팅(plotting)되는 테이블이다.
상기 수집테이블(200)은 보조 가이드레일(130)에 Y축 방향으로 이송 가능하도록 탑재될 수 있다. 이 경우, 보조 가이드레일(130)의 일측단은 일측 X축 가이드레일 지지대(120)에 연결되고, 보조 가이드레일(130)의 타측단은 타측 X축 가이드레일 지지대(120)에 연결될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, Z축 이송 브라켓(510)에는 세포 배양액 저장탱크(511), 하이드로젤 저장탱크(512), 합성 고분자 저장탱크(513) 및 경화제 저장탱크(514)를 각각 다수개 고정 설치될 수 있다. 이 경우 서로 다른 세포 배양액 저장 탱크(511)에 저장되는 세포 배양액에 포함되는 세포를 각각 다르게 함으로써, 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 서로 다른 별개 부위에 각각 서로 다른 세포를 심을 수 있게 된다.
또한, 상기 세포 배양액 저장탱크(511), 하이드로젤 저장탱크(512), 합성 고분자 저장 탱크(513) 및 경화제 저장탱크(514)는 하나의 플레이트가 아닌 4축이 따로 움직일 수 있으며, 상기 세포 배양액과 하이드로젤은 처음부터 혼합되어 노즐로 분사될 수 있다.
본 발명에 따른 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체는 상기 바이오 플로터(1000)를 이용하여 제조할 수 있으며, 먼저 세포 배양액을 세포 배양액 저장탱크(511)에 투입하고, 연골을 형성할 수 있는 하이드로젤을 하이드로젤 저장탱크(512)에 투입하며, 뼈를 형성할 수 있는 합성 고분자를 합성 고분자 저장탱크(513)에 투입하고, 세포배양액과 하이드로젤의 혼합물을 경화시키는 경화제를 경화제 저장탱크(514)에 투입한다. 상기 합성 고분자는 제3 공급관(513-1)을 통해 합성 고분자 분사노즐(620)로 유입되며 바이오 플로터(1000)를 이용하여 3차원 플로팅하여 뼈를 형성시킨다. 상기에서 3차원 플로팅된 합성 고분자에 상기 세포 배양액을 제1 공급관(511-1), 상기 하이드로젤을 제2 공급관(512-1)을 통해 각각 제5 공급관(515-1)으로 유입시킨 후 이중 분사노즐(800)에 유입시키고 상기 경화제를 제4 공급관(514-1)을 통해 상기 이중 분사노즐(800)에 유입시켜 상기 세포 배양액, 상기 하이드로젤 및 상기 경화제를 바이오 플로터(1000)를 이용하여 3차원 플로팅하여 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체를 제조하였다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
S100: 단계 1 S110: 단계 2
S120: 단계 3
S200: 단계 A S210: 단계 B
S220: 단계 C
100: 베이스프레임 110: 저판
120: 지지대 122: X축 가이드레일
200: 수집테이블
310: Y축 가이드레일 지지대 312: Y축 가이드레일
410: Y축 이송 브라켓 420: Z축 가이드레일 지지대
422: Z축 가이드레일
510: Z축 이송 브라켓
511: 세포 배양액 저장탱크 512: 하이드로젤 저장탱크
513: 합성 고분자 저장탱크 514: 경화제 저장탱크
511-1: 제1 공급관 512-1: 제2 공급관
513-1: 제3 공급관 514-1: 제4 공급관
515-1: 제5 공급관 600: 하이드로젤 분사노즐
700: 합성 고분자 분사노즐 800: 이중 분사노즐
900: 믹서 1000: 바이오 플로터

Claims (14)

  1. 세포 배양액을 세포 배양액 저장탱크에 투입하고, 연골을 형성할 수 있는 하이드로젤을 하이드로젤 저장탱크에 투입하며, 뼈를 형성할 수 있는 합성 고분자를 합성 고분자 저장탱크에 투입하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1의 합성 고분자를 제3 공급관을 통해 합성 고분자 분사노즐로 유입시켜 바이오 플로터를 이용하여 3차원 플로팅하는 단계(단계 2); 및
    상기 단계 2에서 3차원 플로팅된 합성 고분자에 상기 세포 배양액을 제1 공급관, 상기 하이드로젤을 제2 공급관을 통해 각각 제5 공급관으로 유입시킨 후 하이드로젤 분사노즐에 유입시켜 바이오 플로터를 이용하여 3차원 플로팅하는 단계(단계 3);를 포함하고,
    상기 단계 1의 하이드로젤은 알지네이트이고,
    상기 단계 1의 합성 고분자는 폴리카프로락톤, 폴리락타이드, 폴리글리콜리드, 폴리다이옥사논 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 단계 1의 세포 배양액은 세포를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 세포는 골세포, 연골세포 또는 혈관세포인 것을 특징으로 하는 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단계 1의 하이드로젤 저장탱크 또는 합성 고분자 저장탱크에는 상기 하이드로젤과 합성 고분자의 결합을 용이하게 하기 위해 피브린 글루를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 바이오 플로터는 저판과 상기 저판 양측단에 각각 상호 이격되어 돌출 형성되는 일자형의 X축 가이드레일 지지대를 구비하며, 상기 X축 가이드레일 지지대 사이에 수집테이블이 설치되는 베이스프레임;
    상기 X축 가이드레일 지지대에 각각 설치되는 X축 가이드레일;
    Y축 가이드레일이 설치되며 상기 X축 가이드레일에 탑재되어 X축 방향으로 이송되는 Y축 가이드레일 지지대;
    상기 Y축 가이드레일에 탑재되어 Y축 방향으로 이송되는 Y축 이송 브라켓;
    상기 Y축 이송 브라켓에 고정 설치되며, Z축 가이드레일이 설치되는 Z축 가이드레일 지지대; 및
    상기 Z축 가이드레일에 탑재되어 Z축 방향으로 이송되며, 상기 세포 배양액 저장탱크, 상기 하이드로젤 저장탱크, 상기 합성 고분자 저장탱크, 상기 합성 고분자 분사노즐 및 상기 하이드로젤 분사노즐이 고정 설치되는 Z축 이송 브라켓;을 포함하는 것을 특징으로 하는 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 Z축 이송 브라켓에는 상기 세포 배양액 저장 탱크와 상기 하이드로젤 저장탱크 및 상기 합성 고분자 저장탱크를 각각 다수개 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법.
  8. 세포 배양액을 세포 배양액 저장탱크에 투입하고, 연골을 형성할 수 있는 하이드로젤을 하이드로젤 저장탱크에 투입하며, 뼈를 형성할 수 있는 합성 고분자를 합성 고분자 저장탱크에 투입하고, 세포배양액과 하이드로젤의 혼합물을 경화시키는 경화제를 경화제 저장탱크에 투입하는 단계(단계 A);
    상기 단계 A의 합성 고분자를 제3 공급관을 통해 합성 고분자 분사노즐로 유입시켜 바이오 플로터를 이용하여 3차원 플로팅하는 단계(단계 B); 및
    상기 단계 B에서 3차원 플로팅된 합성 고분자에 상기 세포 배양액을 제1 공급관, 상기 하이드로젤을 제2 공급관을 통해 각각을 제5 공급관으로 유입시킨 후 이중 분사노즐에 유입시키고 상기 경화제를 제4 공급관을 통해 상기 이중 분사노즐에 유입시켜 상기 세포 배양액, 상기 하이드로젤 및 상기 경화제를 바이오 플로터를 이용하여 3차원 플로팅하는 단계(단계 C);를 포함하고,
    상기 단계 A의 하이드로젤은 알지네이트이고,
    상기 단계 A의 합성 고분자는 폴리카프로락톤, 폴리락타이드, 폴리글리콜리드, 폴리다이옥사논 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서, 상기 단계 A의 세포 배양액은 세포를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 세포는 골세포, 연골세포 또는 혈관세포인 것을 특징으로 하는 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 단계 A의 하이드로젤 저장탱크 또는 합성 고분자 저장탱크에는 상기 하이드로젤과 합성 고분자의 결합을 용이하게 하기 위해 피브린 글루를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 바이오 플로터는 저판과 상기 저판 양측단에 각각 상호 이격되어 돌출 형성되는 일자형의 X축 가이드레일 지지대를 구비하며, 상기 X축 가이드레일 지지대 사이에 수집테이블이 설치되는 베이스프레임;
    상기 X축 가이드레일 지지대에 각각 설치되는 X축 가이드레일;
    Y축 가이드레일이 설치되며 상기 X축 가이드레일에 탑재되어 X축 방향으로 이송되는 Y축 가이드레일 지지대;
    상기 Y축 가이드레일에 탑재되어 Y축 방향으로 이송되는 Y축 이송 브라켓;
    상기 Y축 이송 브라켓에 고정 설치되며, Z축 가이드레일이 설치되는 Z축 가이드레일 지지대; 및
    상기 Z축 가이드레일에 탑재되어 Z축 방향으로 이송되며, 상기 세포 배양액 저장탱크, 상기 하이드로젤 저장탱크, 상기 합성 고분자 저장탱크, 상기 경화제 저장탱크, 상기 합성 고분자 분사노즐 및 상기 이중 분사노즐이 고정 설치되는 Z축 이송 브라켓;을 포함하는 것을 특징으로 하는 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 Z축 이송 브라켓에는 상기 세포 배양액 저장 탱크와 상기 하이드로젤 저장탱크, 상기 합성 고분자 저장탱크 및 상기 경화제 저장탱크를 각각 다수개 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 뼈-연골 재생용 하이브리드 지지체의 제조방법.
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