KR101644828B1

KR101644828B1 - Preparing method of scaffold for tissue engineering, Preparing apparatus therefor, and scaffold uisng the same

Info

Publication number: KR101644828B1
Application number: KR1020140047614A
Authority: KR
Inventors: 윤현; 전욱; 김근형; 김성포
Original assignee: 한림대학교 산학협력단
Priority date: 2014-04-21
Filing date: 2014-04-21
Publication date: 2016-08-02
Also published as: KR20150121570A

Abstract

본 발명은 콜라겐과 같은 수용성 재료를 비롯한 다양한 재료를 이용하여 조직 재생용 3차원 구조체를 제조하는 방법, 제조 장치 및 이에 따른 구조체에 대한 것으로, 더욱 구체적으로는 조직 재생을 위한 세포배양 구조체를 제조함에 있어서 3차원 형상의 조직 재생용 구조체를 상온 또는 실온에서 효과적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional structure for tissue regeneration using various materials including water-soluble materials such as collagen, a manufacturing apparatus and a structure according to the method, and more particularly to a method for manufacturing a cell culture structure for tissue regeneration To a method for effectively producing a three-dimensional structure for tissue regeneration at room temperature or room temperature.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional structure for tissue regeneration,

본 발명은 콜라겐 등의 수용성 재료를 비롯한 다양한 재료를 이용하여 조직 재생용 3차원 구조체를 제조하는 방법, 제조 장치 및 이에 따른 구조체에 대한 것으로, 더욱 구체적으로는 조직 재생을 위한 세포배양 구조체를 제조함에 있어서 3차원 형상의 조직 재생용 구조체를 영상의 온도(상온 또는 실온)에서 효과적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional structure for tissue regeneration using various materials including water-soluble materials such as collagen, a manufacturing apparatus and a structure therefor, and more particularly to a method for manufacturing a cell culture structure for tissue regeneration To a method for effectively manufacturing a three-dimensional tissue regeneration structure at a temperature (room temperature or room temperature) of an image.

인체 내 기관이나 조직이 손상될 경우에 세포, 약물 지지체 등을 제공하여 효과적으로 조직을 재생하고 있는데, 조직 재생용 구조체는 첫째, 임플란트 부위에서 물리적으로 안정해야 하고, 둘째, 재생 효능을 조절할 수 있는 생리 활성을 나타내어야 하며, 셋째, 새로운 조직을 형성한 후에는 생체 내에서 분해되어야 하고 넷째, 분해산물이 독성을 갖지 않아야 한다.In the case of damage to the organs or tissues in the human body, the cells and the drug scaffold are provided to effectively regenerate the tissue. The tissue regeneration structure must first be physically stable at the implant site, and secondly, And third, after formation of new tissue, it should be decomposed in vivo. Fourth, degradation products should not be toxic.

이와 같은 조직 재생용 구조체는 종래 일정한 강도와 형태를 갖는 고분자를 이용한 스폰지 타입, 매트릭스 형태의 나노 섬유 또는 젤 타입의 세포 배양 지지체로 제조되며, 이러한 조직 재생용 구조체(scaffold)는 특정 깊이 또는 높이를 갖는 3차원 형상의 조직을 만들기 위해 중요한 역할을 한다.Such a tissue regenerating structure is conventionally made of a sponge-type, matrix-type nanofiber or gel-type cell culture support using a polymer having a certain strength and shape, and the tissue regenerating structure (scaffold) It plays an important role in creating a three-dimensional shaped structure.

이러한 조직 재생의 뼈대로서 기능하는 구조체(scaffold)를 이식하고 자기치유능력(self-healing power)을 이용하여 생체 내에서 조직을 재생하는 기술은 재생의료 또는 조직 공학이라고 불린다.The technique of transplanting a scaffold that functions as a skeleton of tissue regeneration and regenerating tissue in vivo using self-healing power is called regenerative medicine or tissue engineering.

조직 공학의 일례로 관절 연골을 재생하는 방법을 들 수 있으며, 상기 관절 연골 재생 방법은 연골 세포를 구조체로 하는 인공 보철물을 형성한 후 이 인공 보철물을 손상 부위에 이식함으로써, 손상 관절 부위에서 연골 세포가 재생되도록 하는 것이다. 상기 인공 보철물은 연골 세포 등을 시드(Seed)로 이용하여 3차원 형상으로 형성한 지지체로 이루어진다.As an example of tissue engineering, there is a method of regenerating articular cartilage. In the articular cartilage regeneration method, an artificial prosthesis having a chondrocyte as a structure is formed, and the artificial prosthesis is implanted in a damaged area. Is reproduced. The artificial prosthesis is composed of a support formed in a three-dimensional shape using chondrocyte or the like as a seed.

조직공학의 목표는 세포생물학과 재료공학기술을 조합하여 손상 조직을 치료하고 재생하는 것이다. 조직공학의 당면 문제중 하나는 세포 이동과 침윤을 지지할 수 있는 재생 가능한 3차원 구조체를 개발하는 것이다.The goal of tissue engineering is to combine cell biology and material engineering techniques to treat and regenerate damaged tissue. One of the immediate problems of tissue engineering is the development of renewable three-dimensional structures that can support cell migration and invasion.

조직 공학에서 사용되는 조직 재생용 구조체는 고분자를 주성분으로 하며 체내 조직 중 세포외 기질(extracellular matrix)의 많은 역할을 모방한다. 즉 고분자 구조체는 부착, 증식, 분화 등과 같은 세포의 기능, 재생될 생체 조직의 구조 및 수용성 인자와 영양분 그리고 대사산물들의 확산 조절 등을 가능하게 한다. 수용성 콜라겐이나 알지네이트와 같은 천연 생체재료들은 이러한 목적에 이상적인 것으로 생각되나, 친수성으로 인하여 디자인된 3차원 구조체(scaffold) 제작이 매우 어려웠다. 콜라겐은 생체 친화성 및 조직 적합성이 우수하고, 항원성이 낮고 숙주 세포의 분화·증식을 촉진시키는 작용을 가지며, 지혈 작용을 가지며, 생체 내에서 완전히 분해 흡수되므로 의료용 재료의 소재로서 특히 우수한 특성을 가지고 있다. 그러나, 콜라겐으로 제조한 재생공학용 구조체 등은 상온에서 원하는 형태를 유지하기가 쉽지 않아서, 3차원 구조체를 제조하는데 많은 어려움이 있었다.Tissue regeneration structures used in tissue engineering are mainly composed of polymers and mimic many roles of extracellular matrix in body tissues. In other words, the polymer structure enables cell functions such as adhesion, proliferation, differentiation, structure of living body tissue to be regenerated, water soluble factors and nutrients, and diffusion control of metabolites. Natural biomaterials such as water soluble collagen and alginate are considered ideal for this purpose, but it has been very difficult to produce a three-dimensional scaffold designed for hydrophilicity. Collagen is excellent in biocompatibility and tissue compatibility, has low antigenicity, promotes differentiation and proliferation of host cells, has a hemostatic effect, and is completely decomposed and absorbed in vivo. Have. However, it is difficult to maintain a desired shape at room temperature, and thus, it has been difficult to produce a three-dimensional structure.

조직공학의 주요 목적은 조직과 기관을 재생하는 것이다. 이 목표는 그 위에 세포가 부착하고 증식할 수 있는 다공성 폴리머 또는 구조체를 제공함으로써 달성된다. 구조체 디자인은 조직 공학에서 중요한 과정이고, 다양한 기계적 기술들이 생체의학적 구조체를 제조하기 위하여 이용되고 있다. 구조체 상에 새로운 조직을 형성하는 것은 구조체의 다공성, 크기 및 3차원적 다공간 연결구조에 따라 크게 영향을 받기 때문에 이들은 매우 중요한 요소이다. 적절한 다공 구조는 충분한 수의 세포를 운반하기 위해서 필요하며, 상호 연결된 다공 구조는 영양성분 확산을 위해서 필요하다.The main purpose of tissue engineering is to regenerate tissues and organs. This goal is achieved by providing a porous polymer or structure on which cells can attach and propagate. Structural design is an important process in tissue engineering, and various mechanical techniques are being used to fabricate biomedical structures. The formation of new structures on the structure is a very important factor because it depends heavily on the porosity, size and three-dimensional multispace connection structure of the structure. A suitable porous structure is needed to carry a sufficient number of cells, and interconnected porous structures are necessary for nutrient diffusion.

3차원 구조체를 형성하는데 사용되는 재료들로는 천연 폴리머, 합성 폴리머 또는 세라믹, 그리고 생분해성 폴리머 등이 있다. 보통 천연 재료들은 생체가 인식할 수 있는 고분자와 매우 유사하고 생체 내에서 대사가 가능하다. 반면 합성 폴리머는 독성을 띠기도 하고 세포에 의해 인식되지 못하는 경우도 있다. 천연 재료인 콜라겐은 조직재생 구조체 재료로서 이상적인 것으로 알려져 왔다. 그 이유는 일단 콜라겐이 풍부하고 흔하며, 생체적합성이 있기 때문이다.Materials used to form the three-dimensional structure include natural polymers, synthetic polymers or ceramics, and biodegradable polymers. Usually natural materials are very similar to biologically recognizable polymers and are capable of metabolism in vivo. Synthetic polymers, on the other hand, are toxic and sometimes not recognized by cells. Collagen, a natural material, has been known to be ideal as a tissue regeneration structural material. The reason is that once collagen is abundant, common, and biocompatible.

일반적으로 좋은 구조체 재료는 다음의 특징을 나타내어 원하는 생물학적 반응을 일으킨다: (1) 높은 다공간 상호연결성을 갖는 다공성 구조로서 영양분과 대사 폐기물의 원활한 흐름을 가능하게 할 것; (2) 생분해성을 나타내되 분해 속도는 조절 가능할 것; (3) 세포 접착에 적합한 표면 화학 특성과 세포 성장에 충분한 표면적을 가질 것; (4) 기계적으로 우수한 특성을 가질 것; 그리고 (5) 다양한 형태와 크기로 조작이 용이할 것. 그러나 동결건조 또는 임계점 건조를 이용하는 일반적인 3차원 콜라겐 구조체 제작 방법은 정확히 조절된 3차원 다공 구조를 제공하지 못하며, 3차원 구조의 재생 가능성은 매우 낮다. 종래 방법으로 제조된 콜라겐 구조체는 구조체 깊숙한 곳까지 한정된 산소 및 영양만을 공급할 수 있고, 결과적으로 500㎛ 이상 두께의 조직 성장을 지원할 수 없다. 이와 같은 문제는 골수 기질간 세포의 스폰지상 콜라겐 구조체로의 이동을 단면 분석한 것을 보면 분명해진다.In general, good structural materials produce the desired biological response with the following characteristics: (1) Porous structure with high multi-spatial interconnectivity to enable smooth flow of nutrients and metabolic waste; (2) biodegradability and degradation rate should be adjustable; (3) have surface chemistry suitable for cell adhesion and sufficient surface area for cell growth; (4) have good mechanical properties; And (5) easy to operate in various shapes and sizes. However, a general method for producing a three-dimensional collagen structure using freeze-drying or critical-point drying does not provide a precisely controlled three-dimensional porous structure, and the reproducibility of the three-dimensional structure is very low. The collagen structure manufactured by the conventional method can only supply limited oxygen and nutrition to the deep portion of the structure, and as a result, can not support tissue growth of more than 500 mu m in thickness. This problem is evident from a cross-sectional analysis of the migration of bone marrow stromal cells into a sponge collagen structure.

이러한 제조 문제를 극복하기 위하여 미리 디자인된 형틀과 저온 배출이 조합된 간접 프린팅과 같은 시도들이 있어왔다. 그러나, 미리 디자인된 형틀은 고가이고, 제조된 콜라겐 채널은 다공간 상호연결 정도가 낮았다. 더구나 저온 직접 프린팅 방법에 의한 다공성으로 디자인된 3차원 콜라겐 구조체의 제조에 있어서 정확한 다공 크기 및 연결을 조절하기는 용이하지 않다.In order to overcome this manufacturing problem, there have been attempts such as indirect printing in combination with pre-designed molds and low temperature exhaust. However, the pre-designed molds are expensive, and the collagen channels produced have a low degree of multi-spatial interconnectivity. Moreover, it is not easy to control the precise pore size and the connection in the production of a three-dimensional collagen structure designed to be porous by a low temperature direct printing method.

콜라겐 구조체 제조에서 가장 큰 장애는 콜라겐 자체의 극친수성 성질로 인한 것이다. 디자인된 콜라겐 3차원 구조체를 정확히 제조하려면 직접 플로팅/프린팅 방법이 필요하지만, 수용성 콜라겐의 친수성과 낮은 점도로 인하여 상온에서 원하는 구조의 콜라겐 가닥을 압출하는 것은 불가능하다. 나아가, 콜라겐 가닥의 구조를 조절할 수 있다고 하더라도 여러 개의 콜라겐 가닥으로 형성된 정확한 3차원 구조는 상온에서 존재할 수 없다. 왜냐하면 압출된 가닥들은 높은 친수성으로 인하여 서로 접촉하면 쉽게 액화되어 버리기 때문이다.The biggest obstacle to the production of collagen structures is due to the extreme hydrophilic nature of collagen itself. In order to accurately prepare a designed collagen three-dimensional structure, a direct floating / printing method is required. However, due to the hydrophilicity and low viscosity of the water-soluble collagen, it is impossible to extrude collagen strands of a desired structure at room temperature. Furthermore, even if the structure of the collagen strand can be controlled, an accurate three-dimensional structure formed of several collagen strands can not exist at room temperature. Because the extruded strands are easily liquefied when they come into contact with each other due to their high hydrophilicity.

이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제2001-52714호는 a. 추출 콜라겐의 염산 용액을 원하는 두께로 캐스팅하여 콜라겐 용액층을 형성시키는 단계; b. 상기 콜라겐 용액층을 일단 동결하고 원하는 시간 동안 그 상태를 유지시키고 계속해서 동결 건조하는 단계; c. 상기 동결 건조된 것에 소정 시간 동안 열탈수 가교를 실시하는 단계; d. 상기 열탈수 가교가 실시된 매트릭스 중에 상기 추출 콜라겐의 염산 용액을 도입하는 단계; e. 상기 추출 콜라겐의 용액이 도입된 것을 일단 동결하고 원하는 시간 동안 그 상태를 유지시키고 계속해서 동결 건조하는 단계; g. 상기 동결 건조된 것을 압축하는 단계; 및 i. 상기 압축된 것에 소정의 시간 동안 열탈수 가교를 실시하는 단계로 구성되는 콜라겐재 및 그 제조방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 방법은 원하는 3차원 구조의 지지체를 형성하는 것이 아니라, 콜라겐 염산용액을 단지 동결건조시켜 제조하므로 생성물의 구조가 일정하지 않으며, 동결건조, 열탈수 가교, 압축 등 복잡한 과정을 통해 제조되기 때문에 제조시간과 비용이 많이 소요된다. 뿐만 아니라, 상기 방법에 의하면 스폰지 형상의 콜라겐이 형성되는데, 이 구조에는 공극은 형성되지만 공극끼리의 연결성이 부족하고 공극의 크기를 조절하기가 거의 불가능하다.In this connection, Korean Patent Laid-Open No. 2001-52714 discloses a method for producing a polyurethane foam by a. Casting a hydrochloric acid solution of extracted collagen to a desired thickness to form a collagen solution layer; b. Freezing the collagen solution layer to maintain its state for a desired period of time and subsequently lyophilization; c. Subjecting the lyophilized material to thermal dehydration crosslinking for a predetermined period of time; d. Introducing a hydrochloric acid solution of the extracted collagen into the matrix subjected to thermal dehydration crosslinking; e. Freezing once the solution of the extracted collagen is introduced, maintaining the condition for a desired period of time, and subsequently lyophilization; g. Compressing the lyophilized product; And i. And subjecting the compressed material to thermal dehydration crosslinking for a predetermined period of time and a method for producing the collagen material. However, this method does not form a desired three-dimensional support but produces a collagen hydrochloric acid solution only by freeze-drying. Therefore, the structure of the product is not constant and is manufactured through a complicated process such as freeze drying, thermal dehydration crosslinking, Therefore, it takes a lot of manufacturing time and cost. In addition, according to the above method, a collagen in the form of a sponge is formed. In this structure, although pores are formed, the connectivity of the pores is insufficient and it is almost impossible to control the size of the pores.

그리고, 대한민국 등록특허 제676285호는 콜라겐 용액에 공기를 주입시켜 일정한 공극을 형성하게 한 후 동결건조시켜 제조한 콜라겐 매트릭스에 관하여 개시하고 있다. 그러나, 상기 구조는 서로 다른 고분자 재료를 혼합하여 구조체를 형성하기에는 적합하지 않다. 또한, 구조체 내에 콜라겐 섬유가 들어 있지 않으므로 용도 등에 따라 공극 구조를 달리 조절하기가 용이하지 않으며, 콜라겐 섬유로 이루어진 구조체에 비하여 세포가 잘 달라붙지 않는다.Korean Patent No. 676285 discloses a collagen matrix prepared by injecting air into a collagen solution to form a certain void, followed by lyophilization. However, the above structure is not suitable for forming a structure by mixing different polymer materials. In addition, since the collagen fiber is not contained in the structure, it is not easy to control the pore structure according to applications and the cells do not stick well to the structure made of collagen fibers.

또한, 본 발명자는 대한민국 등록특허 제1101956호(발명의 명칭 : 조직 재생용 구조체 및 그 제조방법)를 통하여, 구조체를 형성하는 재료가 올려지는 스테이지의 표면 온도를 -50~0℃로 유지하고 그 위에 상기 재료를 노즐로 분출하여 3차원 구조체를 제조하는 공정; 및 상기 제조된 3차원 구조체를 동결건조하는 공정;을 포함하는 조직 재생용 3차원 구조체의 제조방법을 출원한 바 있다(도 1 참조). 그러나, 이러한 방법은 기본적으로 영하의 극저온 상태를 만들어야 하기 때문에, 처리 조건과 제조 장치가 복잡하다는 문제점이 있다. 또한, 극저온 상태에서 3차원 구조체를 제조한 후에는 친수성 재료가 용해되는 것을 방지하기 위하여 필수적으로 -76℃에서 동결건조 과정을 3일 이상 거쳐야 하고, 이어서 EDC(1-Ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide Hydrochloride) 95% 에탄올 용액에 24시간 침지시켜서 재료간의 교차 결합 구조를 형성시켜야 하기 때문에, 3차원 구조체를 제조한 이후에도 실제로는 그로부터 4일 이후에나 사용해야 하는 단점이 있다. 또한, 상기한 방법에 의해 제조된 조직 재생용 구조체는 기본적으로 딱딱한 필름 형태로 이루어져 있어서, 사용자의 목적하는 피부 부위에 원하는 형태로 삽입할 수가 없다. 또한, 상기한 방법에 의해 제조된 조직 재생용 구조체에 세포를 부착시켜서 피부에 삽입하려고 하는 경우에도, 완전히 제조가 끝난 필름 형태의 구조체에 세포를 올려 놓은 후, 상기 세포가 구조체 내부로 완전히 침투되도록 수~수십 시간 동안 기다린 다음, 사용자에게 삽입해야 하는 단점이 있다.
The present inventors have also found that, through the Korean Registered Patent No. 1101956 (entitled "Tissue Regeneration Structure and Method for Producing the Same"), the surface temperature of the stage on which the material for forming the structure is raised is maintained at -50 to 0 ° C, Jetting the material onto a nozzle to produce a three-dimensional structure; And a step of freeze-drying the prepared three-dimensional structure (refer to FIG. 1). However, this method basically has a problem of complicated processing conditions and manufacturing apparatuses because it is necessary to make a cryogenic state at a sub-zero temperature. In order to prevent the hydrophilic material from dissolving after the three-dimensional structure is manufactured at a cryogenic temperature, it is essential that the freeze-drying process is carried out at -76 ° C for at least three days, followed by EDC (1-Ethyl-3- [3- dimethylaminopropyl] carbodiimide Hydrochloride It is a disadvantage to use after immersing in a 95% ethanol solution for 24 hours to form a cross-linking structure between materials. In addition, the tissue regeneration structure manufactured by the above-described method is basically made of a hard film, and can not be inserted into a desired skin area of the user. In addition, even when cells are attached to the tissue regenerating structure manufactured by the above method and inserted into the skin, the cells are placed on the structure of the film structure that has been completely manufactured, so that the cells are completely penetrated into the structure There are drawbacks to wait for several to several tens of hours and then insert them into the user.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 조직 재생을 위한 구조체를 제조함에 있어서, 3차원 형상의 조직 재생용 구조체를 영상의 온도(상온 또는 실온)에서 효과적으로 제조하는 것이 목적이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to effectively manufacture a three-dimensional tissue regeneration structure at the image temperature (room temperature or room temperature).

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조직 재생용 3차원 구조체의 제조 방법은, pH 6~8 범위 내의 구조체 형성 재료를 준비하는 단계; 및 상기 준비한 재료를 36~45℃ 범위 내의 스테이지 위에 노즐로 분출하여 3차원 구조체를 제조하는 단계;를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for preparing a three-dimensional structure for tissue regeneration, comprising: preparing a structure forming material having a pH within a range of 6 to 8; And ejecting the prepared material into a nozzle on a stage in the range of 36 to 45 占 폚 to produce a three-dimensional structure.

여기서, 상기 재료는 pH 6.5~7.5 범위 내의 수소이온지수를 갖는 것이 가능하다. Here, it is possible that the material has a hydrogen ion index within the range of pH 6.5 to 7.5.

그리고, 상기 스테이지의 표면 온도를 37~41℃로 유지하는 것이 바람직하고, 그 중에서도 상기 스테이지의 표면 온도를 38~40℃로 유지하는 것이 더욱 바람직하다. The surface temperature of the stage is preferably maintained at 37 to 41 캜, and more preferably, the surface temperature of the stage is maintained at 38 to 40 캜.

또한, 상기 구조체 형성 재료를 준비하는 단계는, 상기 구조체 형성 재료에 세포를 혼합시키는 단계를 포함할 수 있다. In addition, the step of preparing the structure forming material may include mixing the cells with the structure forming material.

또한, 본 발명에 따른 방법은, 상기 제조한 3차원 구조체에 피브린을 코팅시키는 단계;를 더 포함하는 것이 가능하다.
Further, the method according to the present invention may further include coating the fibrin on the three-dimensional structure.

한편, 본 발명의 다른 실시형태는 상기한 방법으로 제조되어, 젤 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 조직 재생용 3차원 구조체일 수 있다.Meanwhile, another embodiment of the present invention may be a three-dimensional structure for tissue regeneration, which is produced by the above-described method and has a gel form.

여기서, 상기 구조체를 형성하는 재료의 가닥은 300~400㎛ 범위 내의 직경을 갖는 것이 바람직하다.
Here, the strands of the material forming the structure preferably have a diameter within the range of 300 to 400 mu m.

또한, 본 발명의 또 다른 실시형태는 내부에 조직 재생용 구조체 재료를 내장하는 카트리지와, 상기 카트리지를 상하 및 좌우 방향으로 이송시키는 이송로봇과, 상기 카트리지에 내장된 구조체 재료가 노즐을 통해 배출되도록 카트리지 내부를 가압하는 압축부재와, 상기 구조체 재료를 배출시키는 노즐 및 노즐을 통해 배출되는 상기 구조체 재료가 그 위에 놓여 구조체를 형성하는 스테이지를 포함하는 조직 재생용 구조체 제조장치에 있어서, 상기 재료는 pH 6~8 범위 내의 수소이온지수를 가지고, 상기 스테이지의 표면 온도는 36~45℃로 조절 가능한 것을 특징으로 하는 조직 재생용 3차원 구조체 제조장치인 것이 가능하다.
According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a cartridge, including: a cartridge having a structure material for tissue regeneration built therein; a transfer robot for transferring the cartridge in the up and down and left and right directions; A structure for regenerating structure for tissue regeneration comprising a compression member for pressing the inside of a cartridge, a nozzle for discharging the structure material, and a stage on which the structure material discharged through a nozzle forms a structure, And a hydrogen ion exponent in a range of 6 to 8, and the surface temperature of the stage is adjustable from 36 to 45 캜.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

이러한 본 발명은 조직 재생을 위한 구조체를 제조함에 있어서, 3차원 형상의 조직 재생용 구조체를 영상의 온도(상온 또는 실온)에서 효과적으로 제조할 수 있는 효과가 있다. The present invention has the effect of effectively manufacturing a structure for regenerating a tissue having a three-dimensional shape at a temperature (room temperature or room temperature) of an image at the time of manufacturing a structure for tissue regeneration.

또한, 본 발명은 종래와 같은 동결건조 과정과 화학물질에 의한 가교 침지 과정을 거칠 필요가 없어서, 구조체 제조 후 바로 사용할 수 있는 효과가 있다. Further, since the present invention does not need to undergo a lyophilization process and a crosslinking and dipping process using a chemical substance as in the prior art, the present invention can be used immediately after the structure is manufactured.

또한, 본 발명은 영상의 온도에서 제조하기 때문에, 부드러운 젤 형태의 구조체를 제조할 수 있고, 이에 따라 사용자의 목적하는 피부 부위에 원하는 형태로 삽입할 수 있는 효과가 있다. In addition, since the present invention is manufactured at the temperature of an image, a smooth gel-like structure can be manufactured, and thus, a desired shape can be inserted into a desired skin area of a user.

또한, 본 발명은 영상의 온도에서 제조하기 때문에, 구조체 재료 안에 미리 세포를 혼합시킨 후 구조체를 제조할 수 있고, 이에 따라 구조체 내부로의 세포 침투율을 높일 수 있으며, 제조 후 바로 사용할 수도 있는 효과가 있다.
In addition, since the present invention is manufactured at the temperature of an image, it is possible to manufacture a structure after mixing cells in a structure material in advance, thereby increasing the cell penetration rate into the structure, have.

도 1은 종래기술에 따라 극저온에서 3차원 콜라겐 구조체를 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 영상의 서로 다른 온도에서 제조된 평면형 구조체를 나타내는 사진이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 영상의 서로 다른 온도에서 제조된 3차원 구조체를 나타내는 사진이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 영상의 서로 다른 온도에서 제조된 구조체의 일 가닥 평균 직경을 나타내는 그래프이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 영상의 서로 다른 온도에서 제조된 구조체의 일 가닥 직경 분포를 나타내는 그래프이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 서로 다른 pH를 가진 재료를 이용하여 제조된 평면형 구조체를 나타내는 사진이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 서로 다른 pH를 가진 재료를 이용하여 제조된 3차원 구조체를 나타내는 사진이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flow chart showing a method for producing a three dimensional collagen structure at a cryogenic temperature according to the prior art,
2 is a photograph showing a planar structure manufactured at different temperatures of an image according to an embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a photograph showing a three-dimensional structure manufactured at different temperatures of an image according to an embodiment of the present invention,
FIG. 4 is a graph showing one strand average diameter of a structure fabricated at different temperatures of an image according to an embodiment of the present invention,
FIG. 5 is a graph showing a single-strand diameter distribution of a structure manufactured at different temperatures of an image according to an embodiment of the present invention,
6 is a photograph showing a planar structure manufactured using materials having different pHs according to an embodiment of the present invention,
7 is a photograph showing a three-dimensional structure fabricated using materials having different pHs according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 발명은 콜라겐 등의 수용성 재료를 비롯한 다양한 재료를 이용하여 조직 재생용 3차원 구조체를 제조하는 방법, 제조 장치 및 이에 따른 구조체에 대한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional structure for tissue regeneration using various materials including water-soluble materials such as collagen, an apparatus for manufacturing the same, and a structure therefor.

본 발명자들은 상기한 바와 같이, 대한민국 등록특허 제1101956호(발명의 명칭 : 조직 재생용 구조체 및 그 제조방법)를 통하여, 극저온에서 3차원 구조체를 제조하는데 성공하였는데, 이렇게 극저온에서 제조된 3차원 구조체를 실제로 사용자의 피부에 적용함에 있어서는, 상기한 바와 같은 많은 단점이 있음을 알게 되었다. As described above, the present inventors succeeded in manufacturing a three-dimensional structure at a cryogenic temperature through the Korean Registered Patent No. 1101956 (entitled "Tissue Regeneration Structure and Method of Manufacturing the Same"), It has been found that there are many disadvantages as described above when actually applying the present invention to the user's skin.

그래서, 본 발명자들은 영하의 극저온이 아닌 영상의 온도에서 3차원 구조체를 만들고자 수년간의 연구와 노력을 계속해 왔다. 본 발명자들은 다양한 제조 프로세스와 조건 등을 수없이 변형하여 실험한 결과, 영상에서 구조체를 제조하기 위해서는 구조체 재료의 pH가 가장 중요하다는 것을 알게되었고, 여기에 더하여 제조 온도가 상기 pH와 매칭되어 적합할 때만 비로소 온전히 3차원 구조체를 제조할 수 있게 됨을 확인한 후에, 본 발명을 완성하였다. Thus, the present inventors have continued research and efforts for years to produce a three-dimensional structure at a non-cryogenic image temperature. The present inventors experimented with various manufacturing processes, conditions, and the like. As a result, it was found that the pH of the structure material is most important for manufacturing a structure in an image. In addition, the manufacturing temperature is matched with the pH The present inventors have completed the present invention.

이에 따라, 본 명세서에서는 구조체 재료의 pH 및 제조 온도를 특징적으로 상세하게 설명하고, 그에 따른 본 발명의 특징적인 프로세스 및 조건 등에 대해서도 함께 설명하며, 이외에 본 명세서에 기재되어 있지 않은 내용은 대한민국 등록특허 제1101956호에 기재된 내용을 포함하거나 그에 따라 이해될 수 있을 것이다.
Accordingly, in the present specification, the pH and the production temperature of the structure material will be described in detail, and the characteristic process and conditions of the present invention will be described together. In addition, Or may be understood by those skilled in the art.

구체적으로, 본 발명에 따른 조직 재생용 3차원 구조체의 제조 방법은, pH 6~8 범위 내의 구조체 형성 재료를 준비하는 단계(S100); 및 상기 준비한 재료를 36~45℃ 범위 내의 스테이지 위에 노즐로 분출하여 3차원 구조체를 제조하는 단계(S200);를 포함하여 이루어진다. Specifically, the method for producing a three-dimensional structure for tissue regeneration according to the present invention comprises the steps of preparing a structure forming material in a pH range of 6 to 8 (S100); And a step (S200) of ejecting the prepared material onto a stage in a range of 36 to 45 占 폚 through a nozzle to produce a three-dimensional structure.

먼저, 상기 구조체 형성 재료를 준비하는 단계(S100)는 pH 6~8 범위 내의 구조체 형성 재료를 준비하는 것이다. First, preparing the structure forming material (S100) is to prepare a structure forming material having a pH within the range of 6 to 8.

상기 구조체 형성 재료는 본 발명에 따른 조직 재생용 3차원 구조체의 원료가 되는 것으로, 특별히 제한되지 않고 이 기술분야에서 보통의 지식을 가진자(이하, '당업자'라고 함)에게 알려지 모든 것을 포함할 수 있다. 즉, 상기 재료는 수용성 재료 및/또는 유기용매 용해성 재료 등 다양한 재료일 수 있고, 일례로서 상기 수용성 재료는 콜라겐, 알지네이트, 키토산, 히알루론산 및 실크로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상인 것이 가능하다. 또한, 상기 재료는 폴리락산(polylactic acid; PLA), 폴리글리콜산(polyglycolic acid; PGA), 폴리락산과 폴리글리콜산의 공중합체(PLGA), 폴리카프로락톤(polycaprolactone; PCL), 폴리{폴리(에틸렌옥사이드)테레프탈레이트-co-부틸렌테레프탈레이트}(PEOT/PBT), 폴리포스포에스터(polyphosphoester; PPE), 폴리포스파젠(PPA), 폴리안하이드라이드(Polyanhydride; PA), 폴리오르쏘에스터{poly(ortho ester; POE}, 폴리(프로필렌푸마레이트)-디아크릴레이트{poly(propylene fumarate)-diacrylate; PPF-DA} 및 폴리에틸렌글라이콜디아크릴레이트{poly(ethylene glycol) diacrylate; PEG-DA}를 비롯한 조직공학에 사용되는 유기용매 용해성 재료 중 1종 이상일 수 있다. 상기 유기용매 용해성 재료들은 콜라겐 등 수용성 재료와 같이 구조체 제조 중 가닥이 서로 닿을 때 용해되어 구조가 뭉개지는 현상은 없으나 본 발명에 따른 방법을 이용하면 디자인된 3차원 구조체 제조가 용이하고 다공성이나 공극간 상호연결 정도 등을 조절하기가 용이해진다. 아래에서는, 콜라겐을 예로 들어 설명하지만, 본 발명은 여기에 제한되지 않는다.The structure-forming material serves as a raw material of the three-dimensional structure for tissue regeneration according to the present invention, and is not particularly limited, and may include anything known to those skilled in the art (hereinafter referred to as " a person skilled in the art & . That is, the material may be various materials such as a water-soluble material and / or an organic solvent-soluble material. As an example, the water-soluble material may be at least one selected from the group consisting of collagen, alginate, chitosan, hyaluronic acid and silk. The material may also be selected from the group consisting of polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), copolymer of polylactic acid and polyglycolic acid (PLGA), polycaprolactone (PCL), poly { Ethylene oxide) terephthalate-co-butylene terephthalate} (PEOT / PBT), polyphosphoester (PPE), polyphosphazene (PPA), polyanhydride (PA), polyorthoesters poly (ethylene glycol) diacrylate, poly (ethylene glycol) diacrylate, poly (propylene fumarate) -diacrylate, poly (ortho ester; POE) The organic solvent solubilizing materials are soluble in the case where the strands of the organic solvent dissolving materials are dissolved when the strands are in contact with each other such as water soluble materials such as collagen, Room according to When used in a three-dimensional structure it is easy to manufacture design, and it is easy to control the porosity and the like or a cross-connection between the gap degree. Below, described as an example, the collagen, but the present invention is not limited to this.

특별히, 본 발명에서 상기 구조체 형성 재료는 pH 6~8 범위 내의 수소이온화지수를 갖는 것이 특징이다. 종래의 일반적인 구조체 형성 재료들은 대부분 pH 3 내외의 강산성을 가지고 있다. 일례로서, 수용성 재료인 콜라겐은 pH 3 정도에서 잘 녹기 때문에 시중에서 판매되는 콜라겐 용액은 모두 강산성을 띠고 있고, 일반적인 콜라겐 분말 역시 콜라겐 용액을 분말화한 것일 뿐이다. 이러한 상황에서, 본 발명자들은 콜라겐의 pH를 다양하게 조절하여 실험한 결과 pH 6~8 범위 내의 콜라겐을 이용할 때만 3차원 조직 구조체를 온전히 제조할 수 있음을 확인하였다(도 6 내지 도 7 참조). 그 중에서도 재료의 pH 가 대략 7이거나 7 내외 또는 pH 6.5~7.5 범위일때 가장 효과적임을 확인하였다. Particularly, in the present invention, the structure forming material is characterized by having a hydrogen ionization index within a range of pH 6 to 8. Most of conventional conventional structure forming materials have a strong acidity of around pH 3. As an example, since collagen, which is a water soluble material, is well soluble at a pH of about 3, all of the collagen solutions sold in the market are strongly acidic, and ordinary collagen powder is also a powdered collagen solution. In this circumstance, the present inventors have experimentally adjusted the pH of the collagen to confirm that the three-dimensional tissue structure can be fully prepared only when collagen within a pH range of 6 to 8 is used (see FIGS. 6 to 7). Among them, it is confirmed that the material is most effective when the pH of the material is about 7, about 7, or in the range of pH 6.5 to 7.5.

상기 구조체 형성 재료의 pH를 조절하는 것은 특별히 제한되지 않고, 이 기술분야의 당업자에게 알려진 모든 방법을 이용할 수 있다. 일례로, 5x DMEM(Dulbeco"s Modified Eagle"s Medium) 배지를 이용하여 콜라겐의 산성도를 pH 3 내지 pH 7 등으로 다양하게 조절하여 중성 콜라겐으로 준비할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 배지를 이용하여 구조체 형성 재료의 pH를 6~8 범위 내로 조절하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 또한, DMEM 배지로서 5x, 10x, 20x 등을 이용하여, 콜라겐의 농도를 조절하는 것도 가능하다. The pH of the structure forming material is not particularly limited, and any method known to those skilled in the art can be used. For example, the collagen can be prepared as neutral collagen by variously adjusting the acidity of collagen from pH 3 to pH 7 using 5 × DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium) medium. Accordingly, the present invention may further comprise the step of adjusting the pH of the structure forming material to within the range of 6-8 using the medium. It is also possible to adjust the concentration of collagen by using 5x, 10x, 20x or the like as a DMEM medium.

다음으로, 본 발명에 따른 제조방법은, 상기 준비한 재료를 36~45℃ 범위 내의 스테이지 위에 노즐로 분출하여 3차원 구조체를 제조하는 단계(S200);를 거친다. Next, the manufacturing method according to the present invention includes a step (S200) of ejecting the prepared material onto a stage in a range of 36 to 45 DEG C with a nozzle to manufacture a three-dimensional structure.

상기 준비한 재료를 스테이지 위에 노즐로 분출하여 3차원 구조체를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 이 기술분야의 당업자에게 알려진 모든 방법을 포함하며, 일례로 대한민국 등록특허 제1101956호에 기재된 방법 및/또는 장치를 이용할 수 있다. 즉, 내부에 구조체 재료를 내장하는 카트리지와, 카트리지를 상하 및 좌우 방향으로 이송시키는 이송로봇과, 카트리지에 내장된 구조체 재료가 노즐을 통해 배출되도록 카트리지 내부를 가압하는 압축부재와, 노즐을 포함하는 바이오플로터를 이용할 수 있다. 상기 이송로봇에 의해 상하 및 좌우 방향으로 노즐이 이동하면서 구조체 재료를 스테이지 상에 배출하면, 스테이지 상에 패브릭 구조의 다공성 형상으로 구조체를 형성할 수 있다. The method for preparing the three-dimensional structure by ejecting the prepared material onto the stage with a nozzle is not particularly limited and includes all methods known to those skilled in the art. For example, the method described in Korean Patent No. 1101956 and / Device can be used. That is, the cartridge includes a cartridge for housing a structure material therein, a transfer robot for transferring the cartridge in the up and down and left and right directions, a compression member for pressing the inside of the cartridge so that the structure material contained in the cartridge is ejected through the nozzle, A bio plotter can be used. When the structure material is discharged onto the stage while the nozzles are moved vertically and horizontally by the transfer robot, the structure can be formed in a porous structure of a fabric structure on the stage.

특별히, 본 발명에서는 상기 스테이지의 표면 온도가 36~45℃ 범위 내인 것을 특징으로 한다. 종래에는 상기 스테이지의 표면 온도를 -50~0℃의 극저온으로 해야만 구조체를 형성할 수 있었으며, 그보다 높은 온도에서는 3차원 입체 구조가 잘 형성되지 않고 뭉개지는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명자들은 수년간의 연구와 노력 끝에 pH 6~8 범위 내의 재료를 이용하는 경우에는 영상의 온도에서도 온전한 3차원 입체 구조체를 효과적으로 제조할 수 있음을 알게되었다(도 2 내지 도 3 참조). 이에 따라, 본 발명에서 상기 스테이지의 표면 온도는 36~45℃ 범위 내인 것이 가능하고, 그 중에서도 37~41℃ 범위 내인 것이 더욱 바람직하며, 38~40℃ 범위 내인 것이 가장 바람직하다. Particularly, in the present invention, the surface temperature of the stage is in the range of 36 to 45 ° C. Conventionally, a structure can be formed only by setting the surface temperature of the stage at a very low temperature of -50 to 0 占 폚. However, at a higher temperature, there is a problem that the three-dimensional solid structure is not formed well and is crushed. However, after many years of research and effort, the present inventors have found that when materials within a pH range of 6 to 8 are used, it is possible to effectively produce a three-dimensional solid structure that is intact even at the temperature of an image (see FIG. 2 to FIG. 3). Accordingly, in the present invention, the surface temperature of the stage can be in the range of 36 to 45 ° C, more preferably in the range of 37 to 41 ° C, and most preferably in the range of 38 to 40 ° C.

이와 함께, 본 발명에 따른 제조 방법은, 상기 제조한 3차원 구조체에 피브린을 코팅시키는 단계(S300);를 더 포함하는 것이 가능하다. In addition, the manufacturing method according to the present invention may further include coating (S300) coating the fibrin on the three-dimensional structure.

상기한 바와 같은 본 발명은 영상의 온도에서 3차원 구조체를 제조하는 것을 특징으로 하는바, 종래와 같은 동결건조 과정과 화학물질에 의한 가교 침지 과정을 거칠 필요가 없고, 구조체 제조 후 바로 사용할 수 있는 것이다. As described above, the present invention is characterized in that a three-dimensional structure is manufactured at the temperature of an image, and it is not necessary to undergo the lyophilization process and the crosslinking and dipping process by chemicals, will be.

다만, 상기 제조한 3차원 구조체에 피브린을 코팅시키면, 젤 형태의 구조체 형상을 더욱 안정성 있게 고정시킬 수 있어서 더욱 효과적이다. 상기 피브린은 스프레이 등에 의한 분사 방법으로 코팅 가능하다. However, if fibrin is coated on the three-dimensional structure, the gel-like structure can be more stably fixed, which is more effective. The fibrin can be coated by a spraying method such as spraying.

상기 피브린 이외에 3차원 구조체를 코팅하거나 고정화할 수 있는 다른 재료를 사용하는 것 역시, 본 발명의 범주에 포함된다는 것은 이 기술분야의 당업자에게 명백하다.
It is also apparent to those skilled in the art that other materials capable of coating or immobilizing the three-dimensional structure in addition to the fibrin are also included in the scope of the present invention.

또한, 본 발명에 따른 제조 방법에서, 상기 구조체 형성 재료를 준비하는 단계(S100)는, 상기 구조체 형성 재료에 세포를 혼합시키는 단계(S110)를 포함할 수 있다. In addition, in the manufacturing method according to the present invention, the step (S100) of preparing the structure forming material may include a step (S110) of mixing cells with the structure forming material.

상기한 바와 같은 본 발명은 영상의 온도에서 3차원 구조체를 제조하는 것을 특징으로 하는바, 종래와 같이 동결건조 과정에 의해 세포가 사멸되지 않도록 할 수 있다. 그래서, 구조체 재료 안에 미리 세포를 혼합시킨 후 구조체를 제조할 수 있고, 이에 따라 구조체 내부로의 세포 침투율을 높일 수 있으며, 제조 후 바로 사용할 수도 있는 효과가 있다. 상기 구조체 형성 재료에 세포를 혼합시키는 방법은 특별히 제한되지 않고, 이 기술분야의 당업자에게 알려진 모든 방법을 포함한다.
As described above, the present invention is characterized in that a three-dimensional structure is manufactured at a temperature of an image, so that cells can be prevented from being killed by a freeze-drying process. Therefore, it is possible to prepare a structure after mixing cells in advance in the structure material, thereby increasing the cell penetration rate into the structure, and there is an effect that it can be used immediately after production. The method of mixing cells with the structure forming material is not particularly limited and includes all methods known to those skilled in the art.

즉, 본 발명은 영상의 온도에서 구조체를 제조하기 때문에, 이렇게 제조된 구조체는 부드러운 젤 형태를 가질 수 있고, 이에 따라 사용자의 목적하는 피부 부위에 원하는 형태로 삽입하는 것이 가능하다. That is, since the present invention manufactures the structure at the temperature of the image, the structure thus manufactured may have a soft gel shape, and thus it is possible to insert the structure in a desired shape on the desired skin area of the user.

여기서, 상기 구조체를 형성하는 재료의 가닥은 300~400㎛ 범위 내의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 이는 상기 재료를 분출시키는 노즐의 직경과 유사한 것이 특징이고, 재료가 노즐에서 분출된 이후에 퍼지거나 뭉개지지 않는 효과를 가진다. 상기 노즐의 직경을 다르게 하는 경우에는, 본 발명에 따른 구조체 재료의 가닥 굵기를 다양하게 변경할 수도 있다.
Here, the strands of the material forming the structure preferably have a diameter within the range of 300 to 400 mu m. This is similar to the diameter of the nozzle ejecting the material and has the effect of not spreading or crushing after the material is ejected from the nozzle. When the diameters of the nozzles are different, the strand thickness of the structure material according to the present invention may be variously changed.

또한, 본 발명의 또 다른 실시형태는 내부에 조직 재생용 구조체 재료를 내장하는 카트리지와, 상기 카트리지를 상하 및 좌우 방향으로 이송시키는 이송로봇과, 상기 카트리지에 내장된 구조체 재료가 노즐을 통해 배출되도록 카트리지 내부를 가압하는 압축부재와, 상기 구조체 재료를 배출시키는 노즐 및 노즐을 통해 배출되는 상기 구조체 재료가 그 위에 놓여 구조체를 형성하는 스테이지를 포함하는 조직 재생용 구조체 제조장치에 있어서, 상기 재료는 pH 6~8 범위 내의 수소이온지수를 가지고, 상기 스테이지의 표면 온도는 36~45℃로 조절 가능한 것을 특징으로 하는 조직 재생용 3차원 구조체 제조 장치이다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a cartridge, including: a cartridge having a structure material for tissue regeneration built therein; a transfer robot for transferring the cartridge in the up and down and left and right directions; A structure for regenerating structure for tissue regeneration comprising a compression member for pressing the inside of a cartridge, a nozzle for discharging the structure material, and a stage on which the structure material discharged through a nozzle forms a structure, And a hydrogen ion exponent in a range of 6 to 8, and the surface temperature of the stage is adjustable from 36 to 45 캜.

이러한 장치는 pH 6~8 범위 내의 조직 재생용 구조체 재료를 이용하여, 36~45℃의 온도에서 젤 형태의 온전한 3차원 구조체를 제조할 수 있는 효과가 있다. Such a device has the effect of producing an intact 3-dimensional structure in the form of a gel at a temperature of 36 to 45 ° C by using a structural material for tissue regeneration within a pH range of 6 to 8.

상기 스테이지는 플로터의 일 구성요소가 되도록 구성할 수 있으나, 스테이지를 제외한 구성요소들을 플로터(구조체 제조장치)로 형성하고, 스테이지는 별도로 분리하여 제조 및 사용하는 것도 가능하다.The stage may be configured to be a component of the plotter, but components other than the stage may be formed of a plotter (structure manufacturing apparatus), and the stage may be separately manufactured and used.

상기 스테이지에는 온도 감지센서 및 온도 조절부재가 부착되어 있어서 원하는 온도로 고정시키거나, 또는 온도 범위를 정할 수 있고, 정해진 온도 또는 온도 범위를 벗어나는 경우에는 피드백 작용으로 온도를 적정하게 낮추거나 높일 수 있다. 온도 조절에 관한 상세한 사항은 기계 제어 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 극히 용이하게 실시하거나 재현할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
The temperature sensor and the temperature control member are attached to the stage so that the temperature can be fixed to a desired temperature or the temperature range can be determined. If the temperature is outside the predetermined temperature or temperature range, the temperature can be appropriately lowered or increased by a feedback operation . Details of the temperature control can be easily or reproducibly carried out by a person having ordinary knowledge in the field of machine control, so that a detailed description thereof will be omitted.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해 될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
The present invention may be better understood by the following examples, which are for the purpose of illustrating the invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.

실시예Example 1: 온도별 구조체 제조 1: Manufacture of structure by temperature

구조체 형성 재료로서 콜라겐은 bioland 에서 4% collagen을 구입하였다. 그런 다음, 5x DMEM (Dulbeco"s Modified Eagle"s Medium) 배지를 이용하여 콜라겐의 산성도를 pH 3 에서 pH 7까지 올려서 중성 콜라겐을 준비하였다. Collagen was purchased from bioland as 4% collagen. Next, neutral collagen was prepared by increasing the acidity of collagen from pH 3 to pH 7 using 5 × DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium) medium.

이후, 바이오플로터의 스테이지 표면 온도를 각각 다르게 변경하면서, 상기 준비한 중성 콜라겐을 300㎛ 직경의 플로팅 팁을 이용하여 조절된 공기압(151±5kPa) 하에 초당 7mm로 움직이면서 한층 한층 구조체를 형성하였다.Thereafter, while the surface temperature of the stage of the bio-plotter was varied, the prepared neutral collagen was moved to 7 mm per second under a controlled air pressure (151 5 kPa) using a 300 탆 diameter floating tip to form a further structure.

각 층의 형성은 약 3분 이상 반응시켜서 충분히 겔화가 이루어지도록 하였다.
The formation of each layer was allowed to proceed for about 3 minutes or more to allow sufficient gelation.

그 결과는 도 2 내지 도 5에 나타난 바와 같다. The results are shown in Figs. 2 to 5.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 영상의 서로 다른 온도에서 제조된 평면형 구조체를 나타내는 사진이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 영상의 서로 다른 온도에서 제조된 3차원 구조체를 나타내는 사진이다. 여기에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 구조체는 겔화가 되어서 도토리 묵과 같은 젤리 형태를 유지하였다. 그 중에서도, 평면형 구조체와 3차원 구조체는 36~45℃ 범위에서 온전하게 형성되었고, 37~41℃ 범위에서 더욱 안정적으로 형성되었으며, 약 39℃에서 가장 우수한 형태를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. FIG. 2 is a photograph showing a planar structure manufactured at different temperatures of an image according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a view showing a three-dimensional structure manufactured at different temperatures of an image according to an embodiment of the present invention. It is a photograph. As shown here, the structure prepared according to the present invention was gelated and maintained a jelly shape like acorn jelly. Among them, the planar structure and the three-dimensional structure were formed perfectly in the range of 36 to 45 ° C, more stable in the range of 37 to 41 ° C, and had the best shape at about 39 ° C.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 영상의 서로 다른 온도에서 제조된 구조체의 일 가닥 평균 직경을 나타내는 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 영상의 서로 다른 온도에서 제조된 구조체의 일 가닥 직경 분포를 나타내는 그래프이다. 여기에 나타난 바와 같이, 온도 조건에 따라서 구조체 가닥의 평균 크기가 서로 다름을 알 수 있고, 37~41℃ 범위에서 노즐의 크기와 유사하게 가장 작게 최적화된 크기로 제조되었음을 확인할 수 있었다(도 4 참조). 또한, 제조 온도별로 구조체 가닥의 분포 역시 서로 다름을 알 수 있고, 대체로 온도가 낮은 경우 가닥 크기 분포가 널게 퍼져 있었으며, 37~41℃ 범위에서 가닥의 크기 분포가 좁게 밀집되는 것을 확인할 수 있었다(도 5 참조).
FIG. 4 is a graph showing one strand average diameter of a structure manufactured at different temperatures of an image according to an embodiment of the present invention. FIG. Lt; 2 > As shown here, it can be seen that the average size of the structure strands is different according to the temperature condition, and it was confirmed that the size was optimized to the smallest size in the range of 37 to 41 ° C, similar to the size of the nozzle (see FIG. 4 ). In addition, the distribution of the structure strands was also different according to the production temperature, and when the temperature was low, the strand size distribution was spread widely, and the size distribution of the strands was narrowly narrowed in the range of 37 to 41 ° C 5).

실시예 2: pH별 구조체 제조Example 2: Preparation of a structure by pH

상기 실시예 1에서 스테이지 표면 온도는 39℃로 고정하고, 콜라겐의 pH는 3, 5, 6, 7로 서로 다르게 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 구조체를 제조하였다. A structure was prepared in the same manner as in Example 1, except that the surface temperature of the stage was fixed at 39 占 폚 and the pH of the collagen was changed to 3, 5, 6, and 7 in Example 1.

그 결과는 도 6 및 도 7에 나타난 바와 같다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 서로 다른 pH를 가진 재료를 이용하여 제조된 평면형 구조체를 나타내는 사진이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 서로 다른 pH를 가진 재료를 이용하여 제조된 3차원 구조체를 나타내는 사진이다. 즉, 콜라겐의 pH를 조절하고 동일한 도 온도에서 제작한 결과, 상기 콜라겐의 pH가 중성에 가까워 질수록 더욱 안정적인 형태를 가진 구조체를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.
The results are as shown in FIG. 6 and FIG. FIG. 6 is a photograph showing a planar structure manufactured using materials having different pHs according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view of a planar structure manufactured using materials having different pHs according to an embodiment of the present invention. Dimensional structure shown in Fig. That is, as a result of controlling the pH of the collagen and preparing it at the same temperature, it was confirmed that a structure having a more stable form can be produced as the pH of the collagen becomes closer to neutrality.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be apparent to those skilled in the art that changes may be made.

Claims

Preparing neutral collagen having an acidity within a pH range of 6 to 8 by adjusting the acidity of the collagen solution in a DMEM medium; And
And spraying the neutral collagen with a nozzle onto a stage in the range of 36 to 45 DEG C to produce a three-dimensional structure composed of collagen strands.

The method according to claim 1,
Wherein the step of preparing the neutral collagen comprises:
And mixing the cells with the neutral collagen.

A three-dimensional structure for tissue regeneration, which is produced by the method of claim 1 or 2 and has a gel form.

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