KR102001120B1 - Complex of nanofiber and hydrogel and a scaffold for tissue regeneration - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 양상은 나노섬유;
제 1 하이드로젤 내에 상기 나노 섬유를 캡슐화하는, 제 1 하이드로젤층; 및
제 2 하이드로젤 내에 상기 제1하이드로젤층을 캡슐화하는, 제 2 하이드로젤층을 포함하는, 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체, 그 복합체를 포함하는 조직 재생용 스캐폴드, 및 그 제조방법을 제공한다. One aspect of the present invention relates to a nanofiber;
A first hydrogel layer encapsulating the nanofibers in a first hydrogel; And
A composite of nanofibers and hydrogels comprising a second hydrogel layer encapsulating the first hydrogel layer in a second hydrogel, a scaffold for tissue regeneration comprising the complex, and a method of manufacturing the same.
Description
본 발명은 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체 및 이를 포함하는 조직 재생용 스캐폴드에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 생체 조직 재생, 특히 심근조직의 재생에 효과적으로 사용될 수 있는 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체 와 이를 포함하는 조직 재생용 스캐폴드, 그리고 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to nanofibers and hydrogel complexes and scaffolds for tissue regeneration comprising the nanofibers and hydrogels. More particularly, the present invention relates to nanofibers and hydrogel complexes that can be effectively used for regeneration of living tissue, A scaffold for tissue regeneration, and a manufacturing method thereof.
서구화된 식습관과 운동부족, 고령화로 인해 관상동맥질환, 부정맥, 심부전증 등 심혈관 질환 환자들이 급증하여 현재 심장질환으로 일한 사망은 주요 사망 원인 중 두 번째로 높은 사망률을 나타내어 심혈관 질환의 근본적 치료를 위해 심혈관 조직 재생은 매우 중요하다.Cardiovascular diseases such as coronary artery disease, cardiac arrhythmia and heart failure have soared due to westernized eating habits and lack of exercise and aging, and deaths currently attributed to heart disease have the second highest mortality rate among major causes of death, Tissue regeneration is very important.
심혈관 및 심근조직의 손상에 의한 질환은 치료가 어렵고 재생이 잘 일어나지 않기 때문에 기존에는 치료를 위해 심장이식이나 세포이식치료방법이 사용되었다. 그러나, 심장이식의 경우에는 필요한 환자 수에 비해 기증자의 수가 현저히 모자라며, 수술 비용 또한 환자들에게 큰 부담이 된다. 또한, 세포이식치료방법은 손상된 조직에 심근세포를 동종이식하는 방법이지만, 아직까지 필요한 만큼 많은 양의 심근세포를 적절한 시기에 증식시키는 것은 불가능하여 이를 대체하는 기술개발이 필요한 실정이다. Since cardiovascular and myocardial tissue damage is difficult to treat and regeneration does not occur well, heart transplantation or cell transplantation therapy has been used for treatment. However, in the case of heart transplantation, the number of donors is significantly less than the number of patients required, and the cost of surgery is also a burden on patients. In addition, the cell transplantation treatment method is a method of allografting myocardial cells into damaged tissue. However, it is impossible to propagate as many myocardial cells as necessary until a sufficient amount of time is reached.
상기 문제점을 해결하기 위해, 세포를 이용해 체외에서 인공 조직을 만들어 효과적으로 체내로 이식함으로써 조직을 재생하는 방식이 최근에 크게 각광을 받고 있으며, 이에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. In order to solve the above problem, a method of regenerating tissue by making an artificial tissue out of the cell using the cell and effectively transplanting it into the body has recently been widely spotlighted, and studies have been actively conducted.
특허문헌 1은 생체 친화성 고분자인 폴리에틸렌글리콜 (polyethylene glycol) 하이드로젤 기반의 장치를 이용하여 사람 췌장 세포와 PDX1(duodenal homeobox gene 1) 양성 사람 췌장 전구세포를 캡슐화 하는 방법을 개시한다. 이에 따르면, 캡슐화된 전구세포가 잘 분화된다는 장점이 있으나, 분화 배지를 이용하여 분화를 조절하기 때문에 하이드로젤의 생분해능 등의 물성을 쉽게 조절할 수 없다는 단점이 있다.
특허문헌 2는 PDMS(polydimethylsiloxane)를 이용한 3차원 세포 캡슐화 장치를 제작하여 PDX1 양성 사람 췌장 전구 세포를 캡슐화 하는 방법을 개시한다. 이 방법은 세포 분화에는 효과적이나, 장치를 구성하는 물질인 PDMS의 특성상 세포 부착능이 떨어지고 개질이 어려워 물성을 조절하는데 어려움이 있다.Patent Document 2 discloses a method for encapsulating PDX1-positive human pancreatic progenitor cells by producing a three-dimensional cell encapsulation apparatus using PDMS (polydimethylsiloxane). This method is effective for cell differentiation, but due to the nature of PDMS, which is a constituent of the device, cell attachment ability is poor and it is difficult to regulate physical properties by modification.
이와 같은 문제 등을 개선하기 위하여 전기방사에 의한 나노섬유와 하이드로젤의 복합체를 제작하여 세포를 캡슐화 하는 방법이 개발되었다. 특허문헌 3은 전기방사에 의한 나노섬유와 알긴산염(Sodium Alginate)의 하이드로젤 복합체를 고안하였다. 나노섬유를 세포부착층으로 하고, 그 나노섬유를 하이드로젤로 캡슐화하여 조직 재생용 스캐폴드를 제작하였다. 그러나, 알긴산 하이드로젤의 특성상 부착 증식하는 세포에 대하여 원활하게 증식하지 못하는 문제점이 있으며, 이로 인해 조직 재생 시 매우 중요한 혈관 생성에 어려움이 있다.In order to solve such problems, a method of encapsulating cells by preparing a complex of nanofibers and hydrogel by electrospinning has been developed. Patent Document 3 has devised a hydrogel composite of nanofibers and sodium alginate by electrospinning. The nanofibers were used as the cell adhesion layer, and the nanofibers were encapsulated with hydrogel to prepare a scaffold for tissue regeneration. However, due to the characteristics of the alginic acid hydrogel, there is a problem in that it can not propagate smoothly to cells that are adherent to proliferation, and thus it is difficult to generate blood vessels which are very important for tissue regeneration.
본 발명의 목적은 조직 재생에 중요한 혈관 형성을 촉진시킬 수 있으며, 조직 이식에 적합한 물성을 가질 수 있는 효과적인 조직 재생용 스캐폴드로서 사용될 수 있는 복합체를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a complex that can be used as an effective tissue regeneration scaffold which can promote vascular formation important for tissue regeneration and have physical properties suitable for tissue transplantation.
본 발명의 다른 목적은 상기 복합체를 포함하는 조직 재생용 스캐폴드를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a scaffold for tissue regeneration comprising the complex.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 복합체의 제조방법을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a method for producing the composite.
본 발명의 일 양상은 One aspect of the present invention is
나노섬유; Nanofiber;
제 1 하이드로젤 내에 상기 나노 섬유를 캡슐화하는, 제 1 하이드로젤층; 및A first hydrogel layer encapsulating the nanofibers in a first hydrogel; And
제 2 하이드로젤 내에 상기 제1하이드로젤층을 캡슐화하는, 제 2 하이드로젤층을 포함하는, 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체를 제공한다. And a second hydrogel layer encapsulating the first hydrogel layer within the second hydrogel.
본 발명의 다른 일 양상은 상기 일 양상에 따른 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체 포함하는 조직 재생용 스캐폴드를 제공한다. Another aspect of the present invention provides a scaffold for tissue regeneration comprising a composite of nanofibers and a hydrogel according to the above aspect.
본 발명의 또 다른 일 양상은 In another aspect of the present invention,
틀에 나노섬유를 넣고 제 1 하이드로젤 전구체 용액을 가한 다음 가교반응시켜 상기 나노섬유를 캡슐화하는 제 1 하이드로젤층을 형성시키는 단계; 및 Forming a first hydrogel layer for encapsulating the nanofibers by adding a nanofiber into a mold, adding a first hydrogel precursor solution, and then performing a crosslinking reaction; And
상기 제 1 하이드로젤층에 제 2 하이드로젤 전구체 용액을 가한 다음 가교반응시켜 상기 제 1 하이드로젤층을 캡슐화하는 제 2 하이드로젤층을 형성시키는 단계를 포함하는, 상기 일 양상에 따른 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체의 제조방법을 제공한다.Forming a second hydrogel layer for encapsulating the first hydrogel layer by adding a second hydrogel precursor solution to the first hydrogel layer and then performing a crosslinking reaction to form a composite of the nanofibers and the hydrogel according to the first embodiment Of the present invention.
본 발명의 일 양상에 따른 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체는 나노섬유에 세포의 부착배양이 가능한 제1하이드로젤층을 도입함으로써, 나노섬유 상에는 조직 재생용 세포의 배양이 이루어지고, 제1하이드로젤층에는 조직 재생에 필수적인 혈관세포의 배양이 이루어지도록 할 수 있다. 더욱이, 상기 복합체는 최외곽에 세포의 부착배양이 어려운 제2하이드로젤층을 포함함으로써, 상기 복합체를 조직 재생용 스캐폴드로서 조직 재생을 위해 생체 내에 이식할 경우 그 스캐폴드로의 생체의 섬유아세포 및 콜라겐 등의 부착을 막아 섬유화 과정을 차단할 수 있어 원활한 이식이 가능하다. 따라서, 본 발명의 일 양상에 따른 복합체는 조직 재생에 필수적이 혈관의 형성이 충분히 이루어지면서, 스캐폴드 이식 과정에서 발생될 수 있는 섬유화와 같은 생체의 거부반응을 회피할 수 있으므로, 보다 효과적인 조직재생용 스캐폴드, 특히 심혈관조직 재생용 스캐폴드로서 사용될 수 있다.The complex of nanofiber and hydrogel according to one aspect of the present invention is characterized in that a tissue regeneration cell is cultured on the nanofiber by introducing a first hydrogel layer capable of adhering cells to the nanofiber, It is possible to cultivate vascular cells essential for tissue regeneration. Furthermore, when the complex is a scaffold for tissue regeneration and is transplanted into a living body for tissue regeneration, the fibrous bacterium as the scaffold and the fibroblasts of the living body as the scaffold and the second hydrogel layer, It is possible to block the fibrotic process by preventing the attachment of collagen and the like, thus enabling smooth transplantation. Therefore, the composite according to one aspect of the present invention can sufficiently avoid the rejection reaction of the living body such as fibrosis, which may occur in the scaffold transplantation process, by sufficiently forming blood vessels essential for tissue regeneration, For scaffolds, particularly scaffolds for cardiovascular tissue regeneration.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 조직 재생용 스캐폴드의 개요도로서, 전기방사 나노섬유, 그 나노섬유를 캡슐화한 피브린 하이드로젤층, 및 그 피브린 하이드로젤층을 캡슐화한 알지네이트 하이드로젤층을 포함하는 것으로서, 상기 알지네이트 하이드로젤층에서는 생체물질의 방출 및 교환이 이루어질 수 있으며, 외부로부터의 단백질 및 세포침습을 방지 혹은 제어할 수 있으며, 전기방사 나노섬유 상에서는 세포의 공배양이 이루어질 수 있으며, 피브린 하이드로젤에 혈관 조직의 생성이 가능하다.
도 2는 전기방사에 의한 나노섬유 스캐폴드의 제조(단계 1), 스캐폴드의 소독(단계 2), 피브린 하이드로젤 캡슐화(단계 3), 및 알지네이트 하이드로젤 캡슐화(단계 4) 과정을 포함한, 본 발명 일 구체예에 따른 복합체의 제조 과정을 나타낸 모식도이다.
도 3은 전기방사에 의한 나노섬유의 제조과정 (a,b), 주사형 전자현미경을 통해서 본 전기방사 나노섬유 스캐폴드의 형태(c,d)를 나타낸다.
도 4는 실시예 1 내지 3에서 제조된 각각의 피브린 하이드로젤 (a), 전기방사 나노섬유 및 피브린 하이드로젤의 복합체(b), 전기방사 나노섬유, 피브린 하이드로젤, 및 알지네이트 하이드로젤의 복합체(c)를 육안으로 관찰한 결과를 촬영한 사진이다.
도 5는 실시예 1, 2 및 3에서 제조된 전기방사 나노섬유(Fibrin), 전기방사 나노섬유 및 피브린 하이드로젤의 복합체(Fibrin-PCL), 그리고 전기방사 나노섬유, 피브린 하이드로젤, 및 알지네이트 하이드로젤의 복합체(Fibrin-PCL-알지네이트)의 기계적 강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프를 나타낸다.
도 6은 동결주사전자현미경(Cryo-Scanning electron microscopy, Cryo-SEM)을 이용해 실시예 3 에서 제조된 나노케이지의 단면을 관찰하고 촬영한 사진이다.
도 7은 HUVEC 의 피브린 하이드로젤 내부에서의 생존 능력을 확인하기 위해, 전기방사 나노섬유가 없이 피브린 하이드로젤 내부에 HUVEC을 1 × 105 cells/ml의 비율이 되도록 분산시켜 일주일 간 배양하고 세포의 생존성을 Live/Dead cell viability assay법으로 염색하여 확인한 결과를 촬영한 사진이다.
도 8은 1차 하이드로젤과 2차 하이드로젤의 복합체 모습을 확인하기 위해, 전기방사 나노섬유 없이 HUVEC 함유 피브린 하이드로젤을 알지네이트 하이드로젤로 코팅한 후, EGM-2 Bullekit 혼합 배지에서 1, 4, 및 7 일동안 배양한 후에 광학현미경을 통해 두 하이드로젤의 단면을 촬영한 사진이다
도 9는 피브린 하이드로젤의 혈관 생성의 적합성을 확인하기 위해 전기방사 나노섬유 없이 HUVEC가 포함된 피브린 하이드로젤을 제작한 뒤, 1일, 4일, 7일 시간에 광학 현미경을 통해 HUVEC의 혈관 생성 과정을 관찰한 결과를 촬영한 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 구체예에 따른 나노케이지 내부에서 세포의 활성을 관찰하기 위해 HUVEC과 ADSC를 각각 피브린 하이드로젤과 전기방사 나노섬유에 1 주일간 배양하여 세포의 활성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a schematic view of a scaffold for tissue regeneration according to an embodiment of the present invention, which includes an electrospun nanofiber, a fibrin hydrogel layer encapsulating the nanofibers, and an alginate hydrogel layer encapsulating the fibrin hydrogel layer In the alginate hydrogel layer, biomolecules can be released and exchanged, proteins and cell invasion from the outside can be prevented or controlled, coexistence of cells can be achieved on the electrospun nanofibers, and fibrin hydrogel Vascular tissue formation is possible.
FIG. 2 is a schematic view of an embodiment of the present invention, including a process for preparing a nanofiber scaffold by electrospinning (step 1), disinfection of the scaffold (step 2), fibrin hydrogel encapsulation (step 3), and alginate hydrogel encapsulation (step 4) Fig. 2 is a schematic view showing a manufacturing process of a composite according to one embodiment of the present invention.
Fig. 3 shows the production process (a, b) of the nanofibers by electrospinning and the shapes (c, d) of the electrospun nanofiber scaffold through the scanning electron microscope.
Fig. 4 is a graph showing the results of a comparison between the fibrin hydrogel (a) prepared in Examples 1 to 3, the composite (b) of electrospun nanofiber and fibrin hydrogel, the electrospun nanofiber, the fibrin hydrogel, and the complex of alginate hydrogel c) taken with the naked eye.
FIG. 5 is a graph showing the transmittance of the electrospun nanofibers (Fibrin), the electrospun nanofibers and the complex of fibrin hydrogel (Fibrin-PCL), and the electrospun nanofiber, fibrin hydrogel, and alginate hydrogel prepared in Examples 1, Gel composite (Fibrin-PCL-alginate) of the present invention.
6 is a photograph of a cross section of the nanocage prepared in Example 3 using a cryo-scanning electron microscopy (Cryo-SEM).
FIG. 7 shows that HUVEC was dispersed in fibrin hydrogel at a concentration of 1 × 10 5 cells / ml in a fibrin hydrogel without electrospun nanofibers for one week in order to confirm the viability of the HUVEC in the fibrin hydrogel. Survival was assessed by Live / Dead cell viability assay.
FIG. 8 is a graph showing the results of a comparison between a primary hydrogel and a secondary hydrogel in the presence of an HNFEC-containing fibrin hydrogel coated with an alginate hydrogel without electrospun nanofibers, followed by 1, 4, And 7 days after culturing, and then photographing a section of the two hydrogels through an optical microscope
FIG. 9 is a graph showing the results of FVH-containing fibrin hydrogel without radiofrequency nanofiber to confirm the suitability of fibrin hydrogel for angiogenesis. The fibrin hydrogel containing HUVEC was prepared at 1 day, 4 days, This is a photograph of the result of observing the process.
10 is a graph showing the results of measurement of cell activity by culturing HUVEC and ADSC on fibrin hydrogel and electrospun nanofibers for one week in order to observe cell activity in the nanocage according to one embodiment of the present invention to be.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 또한, 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. 또한, 본 명세서에 기재된 수치는 명시하지 않아도 “약”의 의미를 포함하는 것으로 간주한다. 본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 전체가 본 명세서에 참고로 통합된다.All technical terms used in the present invention are used in the sense that they are generally understood by those of ordinary skill in the relevant field of the present invention unless otherwise defined. In addition, preferred methods or samples are described in this specification, but similar or equivalent ones are also included in the scope of the present invention. Also, the numerical values set forth herein are considered to include the meaning of " about " unless explicitly stated. Whenever a component is referred to as "comprising ", it is to be understood that the component may include other components as well, without departing from the scope of the present invention. The contents of all publications referred to in this specification are incorporated herein by reference in their entirety.
본 발명자들은 조직 재생용 세포의 배양뿐만 아니라 조직 재생에 필수적인 혈관조직을 형성할 수 있는 혈관세포의 배양에 유리한 스캐폴드에 대해 예의 연구하였으며, 그 결과 나노섬유, 그 나노섬유를 캡슐화하는 제1차 하이드로젤층 및 그것을 다시 캡슐화하는 제2하이드로젤층을 도입한 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체을 착안하게 되었다. The present inventors have intensively studied scaffolds which are advantageous for culturing vascular cells capable of forming vascular tissues essential for tissue regeneration as well as culturing of tissue regeneration cells. As a result, they have found that nanofibers, A complex of nanofibers and hydrogels incorporating a hydrogel layer and a second hydrogel layer which encapsulates it again.
본 발명은 일 양상에 있어서, The present invention, in one aspect,
나노섬유; Nanofiber;
제 1 하이드로젤 내에 상기 나노 섬유를 캡슐화하는, 제 1 하이드로젤층; 및A first hydrogel layer encapsulating the nanofibers in a first hydrogel; And
제 2 하이드로젤 내에 상기 제1하이드로젤층을 캡슐화하는, 제 2 하이드로젤층을 포함하는, 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체를 제공한다. And a second hydrogel layer encapsulating the first hydrogel layer within the second hydrogel.
본 명세서에서는, 상기 본 발명의 일 양상에 따른 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체를 간략히 "나노케이지"라고 명명하기도 한다.In this specification, the composite of nanofiber and hydrogel according to one aspect of the present invention is simply referred to as "nanocage ".
상기 복합체 중에서 상기 나노섬유는 상기 복합체에서 가장 내부에 위치하게 되며, 상기 복합체를 조직 재생용 스캐폴드로서 이용 시 조직 재생용 세포의 배양, 예를 들어 줄기세포 및 심근세포의 공배양을 위해 사용되는 부위이다. Among the above complexes, the nanofibers are positioned at the innermost part of the complex. When the complex is used as a tissue regeneration scaffold, the nanofibers are used for culturing tissue regeneration cells, for example, co-culture of stem cells and myocardial cells Region.
상기 나노섬유는 조직 재생용 세포가 배양될 수 있는 나노섬유라면 특별히 한정되는 것은 아니나, 일 구체예에서 상기 나노섬유는 전기방사에 의해 제조된 전기방사 나노섬유이다. 전기방사 나노섬유는 종래 생체 세포의 배양에 적합한 것으로 공지된 임의의 전기방사 나노섬유일 수 있다. The nanofiber is not particularly limited as long as the nanofiber is capable of culturing the tissue regeneration cell. In one embodiment, the nanofiber is electrospun nanofiber prepared by electrospinning. The electrospun nanofibers may be any electrospun nanofiber known to be suitable for the cultivation of conventional living cells.
상기 전기방사 나노섬유는 수십 나노미터에서 수 마이크로미터의 직경을 갖는 섬유의 집합체이며, 상기 구조체는 다수의 크기가 다양한 공극(pore)을 포함하고 있으며, 세포 부착이 가능한 3차원적 구조체를 형성할 수 있다. 또한 이러한 공극은 소정의 모양, 크기 및 부피를 가지고 있다. 전기방사 나노섬유의 직경은 전기방사 나노섬유의 재료가 되는 고분자 용액의 농도, 전기방사의 유속, 전압 등을 조건을 조절하여 변화시킬 수 있으며 고분자 용액에 염을 첨가하여 변화시킬 수도 있다. The electrospun nanofiber is an aggregate of fibers having a diameter of several tens of nanometers to several micrometers. The structure includes a plurality of pores of various sizes, and forms a three-dimensional structure capable of cell attachment . These pores also have a predetermined shape, size and volume. The diameter of the electrospun nanofibers can be varied by adjusting the concentration of the polymer solution, the flow rate of electrospinning, the voltage, etc., which are the materials of the electrospun nanofibers, and may be changed by adding a salt to the polymer solution.
일 구체예에서, 상기 전기방사 나노섬유의 공극의 크기는 20 내지 100 ㎛로 조절될 수 있다. 대부분의 세포는 스캐폴드에 고정되어 형질변환이 일어나기 전에는 10 내지 15 ㎛로 존재하기 때문에, 조직 재생용 세포가 상기 크기 범위에서 공극 내부로 들어가 스캐폴드 내부에 고정되어 성장과 분화가 일어나기 적합할 수 있다. In one embodiment, the size of the pores of the electrospun nanofiber can be adjusted to 20 to 100 탆. Since most of the cells are fixed to the scaffold and are present at a size of 10 to 15 占 퐉 before transformation, tissue regeneration cells enter the pore in the above-mentioned size range and are fixed in the scaffold to be suitable for growth and differentiation have.
상기 전기방사 나노섬유는 공지의 전기방사법에 의해 제조된 나노섬유일 수 있다. 나노섬유를 제조하기 위해 사용되는 물질은 조직 재생용 세포의 배양에 적합하면서 나노섬유를 생성될 수 있는 물질이면 어떠한 것이든 사용할 수 있다. 나노섬유로 형성된 스캐폴드는 생체물질이 나노섬유에 잘 고정되도록 하기 위하여 추가적 변형(modification)을 거칠 수 있다. 예를 들어, 상기 추가적 변형에는 산소 플라즈마 처리, 라디에이션 그라프팅(Radiation grafting) 방법 또는 자기조립 단일층(Selfassembly monolayer, SAM) 방법이 이용될 수 있다. 산소 플라즈마 처리의 경우 소수성이 큰 나노섬유의 경우 친수성을 증가시키기 위해 사용된다. 라디에이션 그라프팅 방법으로 예를 들어 나노섬유 스캐폴드에 UV 조사로 벤조페논과 아자이드 물질을 사용하여 나노섬유의 표면을 원하는 물질로 변형시킬 수 있도록 반응성을 줄 수 있다. SAM 방법은 하이드록시 작용기가 존재하는 표면과 실란(Silane)의 자발적인 반응을 이용하여 실란과 결합된 부분을 표면에 고정시키는 방법이다. 라디에이션 그라프팅이나 SAM 방법에서는 일반적으로 단백질과 화학적 결합을 하는 물질인 N-하이드록시숙신이미드(Nhydroxysuccinimide, NHS)를 결합시켜 사용하게 된다. 이러한 나노섬유로 형성된 스캐폴드에 대한 추가적 변형은 나노섬유 생성 물질의 종류에 상관없이 생체물질이 잘 고정될 수 있도록 해주므로, 나노섬유 생성 물질의 종류에는 제한이 없다.The electrospun nanofiber may be a nanofiber prepared by a known electrospinning method. The material used to produce nanofibers can be any material that is suitable for culturing tissue regenerating cells and capable of producing nanofibers. The scaffolds formed of nanofibers can undergo further modifications to ensure that the biomaterial is well immobilized on the nanofibers. For example, an oxygen plasma treatment, a radiation grafting method, or a selfassembled monolayer (SAM) method may be used for the additional modification. In the case of oxygen plasma treatment, nanofibers with high hydrophobicity are used to increase hydrophilicity. For example, nanoparticle scaffolds may be irradiated with UV radiation to produce benzophenone and azide compounds to modify the surface of the nanofibers to a desired material by a radiation grafting method. The SAM method uses a spontaneous reaction of a silane with a surface on which a hydroxy functional group exists to fix a portion bonded with the silane to the surface. Radiation grafting and SAM methods generally involve the use of N-hydroxysuccinimide (NHS), which is a chemical compound that binds to proteins. Additional modifications to the scaffolds formed with these nanofibers allow the biomaterial to be immobilized regardless of the type of nanofiber product, so there is no limit to the type of nanofiber product.
상기 전기방사 나노섬유를 형성하는 고분자의 종류는 조직재생용 세포의 배양을 저해하지 않는다면 특별히 한정 되어있지 않으며, 다양한 천연 고분자 및 합성 고분자가 사용될 수 있다. 세포 부착 측면에서 생분해 특성을 갖지 않는 고분자 물질이 사용될 수도 있으나, 바람직하게는 약물전달의 측면, 세포 이식 및 세포 치료의 측면에서 생분해 특성을 갖는 고분자 물질이 사용될 수 있다. 이러한 생분해성 고분자는 예를 들어 키토산, 엘라스틴, 히알루론산, 알지네이트, 젤라틴, 콜라겐, 셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리[(락틱-co-(글리콜산))(PLGA), 폴리[(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트) (PHBV), 폴리다이옥산온 (PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄)(PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)](PVOH), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스티렌(PS), 폴리아닐린 (PAN), 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 군에서 선택될 수 있다. The type of the polymer forming the electrospun nanofibers is not particularly limited as long as it does not inhibit the culturing of tissue regeneration cells, and various natural polymers and synthetic polymers can be used. Polymer materials having no biodegradation characteristics in terms of cell attachment may be used, but polymer materials having biodegradation characteristics in terms of drug delivery, cell transplantation and cell treatment may be used. Such biodegradable polymers include, for example, chitosan, elastin, hyaluronic acid, alginate, gelatin, collagen, cellulose, polyethylene glycol (PEG), polyethylene oxide (PEO), polycaprolactone (PCL), polylactic acid Poly (3-hydroxybutyrate) -co- (3-hydroxyvalerate) (PHBV), polydioxanone (PDO), poly ), Poly [(L-lactide) -co- (caprolactone)], poly (ester urethane) (PEUU) (PVA), polyacrylic acid (PAA), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polystyrene (PS), polyaniline (PAN) ≪ / RTI >
일 구체예에서, 전기방사 나노섬유의 제조에 사용되는 생분해성 고분자는 PCL 및 젤라틴의 혼합물의 전기방사 나노섬유이다. 상기 전기방사 나노섬유는 또한 조직 재생용 세포뿐만 아니라 줄기세포의 부착, 증식 및 분화에 적합할 수 있다. In one embodiment, the biodegradable polymer used in the preparation of the electrospun nanofiber is electrospun nanofiber of a mixture of PCL and gelatin. The electrospun nanofibers may also be suitable for adhesion, proliferation and differentiation of stem cells as well as tissue regeneration cells.
상기 나노섬유는 필요에 따라 세포의 보다 원활한 부착을 위해 파이브로넥틴(Fibronectin)을 코팅하여 사용될 수도 있다. 또한, 약물전달 측면에서 세포의 증식 및 분화를 돕기 위해 사용되는 성장인자를 전기방사 나노섬유에 도입할 수 있다. 이를 위해서, 전기방사 과정에서 고분자 용액에 섞어서 섬유의 내부에 주입하거나, 섬유 외부에 물리적/화학적으로 부착시켜 도입할 수도 있다. The nanofibers may be coated with Fibronectin for better adhesion of cells as needed. In addition, a growth factor used for facilitating cell proliferation and differentiation in terms of drug delivery can be introduced into the electrospun nanofiber. For this purpose, it may be mixed with the polymer solution during the electrospinning process and injected into the fiber, or physically / chemically attached to the outside of the fiber.
상기 전기방사 나노섬유는 고분자 용액을 전기방사하여 제조하는데, 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 이용하여 제조할 수 있다.The electrospun nanofibers are prepared by electrospinning a solution of a polymer, which can be produced by a method commonly used in the art.
전기방사 나노섬유의 제조를 위한 상기 열거한 바와 같은 고분자를 용해할 수 있는 적합한 용매를 선택하여 전기방사를 위한 고분자 용액을 제조할 수 있다. 이러한 용매는 상기 조건을 만족시키면 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 클로로포름(Chloroform), 트리플루오로에탄올(2,2,2-trifluoroethanol, TFE), 테트라하이드로퓨한(Tetrahydrofuran, THF), 디메틸포름알데하이드(Dimethylformaldehyde, DMF), 및 이들의 임의의 조합에서 선택될 수 있으며, 용액의 점도, 유전율 등의 요인을 고려하여 통상의 기술자가 적절히 선택할 수 있다. A polymer solution for electrospinning can be prepared by selecting a suitable solvent capable of dissolving the polymer as described above for the production of electrospun nanofibers. Such a solvent is not particularly limited as long as it satisfies the above conditions. For example, the solvent may be chloroform, 2,2,2-trifluoroethanol, TFE, Tetrahydrofuran (THF), dimethylform Dimethylformaldehyde (DMF), and any combination thereof, and can be suitably selected by those skilled in the art in view of factors such as the viscosity and dielectric constant of the solution.
상기 전기방사 나노섬유를 제조하기 위한 전기방사법은 고분자 용액에 높은 전압을 걸어주면 + 또는 -의 한쪽 전하가 고분자 용액에 축적되게 되고 같은 전하끼리의 상호 반발력에 의해 고분자 용액이 가지는 표면 장력을 넘어서면서 용매가 증발되면서 섬유가 용액에 전가된 반대쪽 전하로 하전되거나 접지된 기판으로 모아지게 되는 방법을 이용한다. 상기 용매를 이용하여 고분자를 녹인 용액의 농도, 유속, 전압 등을 조절하여 섬유의 직경을 조절할 수 있으며, 전기방사의 시간 및 노즐과 기판의 높이 조절을 통해 섬유의 밀도를 조절할 수 있다.In the electrospinning method for preparing the electrospun nanofibers, when a high voltage is applied to the polymer solution, one charge of + or - is accumulated in the polymer solution, and the mutual repulsion between the same charges exceeds the surface tension of the polymer solution As the solvent evaporates, the fibers are collected into a charged or grounded substrate with the opposite charge transferred to the solution. The diameter of the fiber can be controlled by adjusting the concentration, the flow rate, and the voltage of the solution in which the polymer is melted using the solvent, and the density of the fiber can be controlled by controlling the electrospinning time and the height of the nozzle and the substrate.
상기 전기방사 나노섬유 제조를 위한 고분자 용액에 사용되는 용매는 조직재생용 세포의 배양에 적합하지 않는 독성을 가질 수 있으며, 전기방사 과정에서 완벽하게 증발되지 않아 얻어지는 나노섬유에 남게 되어 세포독성을 일으킬 우려가 있다. 따라서, 상기 복합체를 조직 공학용 스캐폴드로 이용하기 위해서는 잔여 용매를 완벽하게 제거할 필요가 있다. 잔여 용매를 제거하기 위해서는 용매의 증발을 위해 수 십 ℃의 온도에서 섬유를 보관하거나 진공 상태에서 섬유를 보관하는 방법 등이 있으며, 보다 효과적인 처리를 위해 상기 방법을 조합하여 사용할 수도 있다. .The solvent used for the polymer solution for the preparation of the electrospun nanofibers may have toxicity which is not suitable for the cultivation of tissue regeneration cells and is not completely evaporated during the electrospinning process, There is a concern. Therefore, in order to use the complex as a tissue engineering scaffold, it is necessary to completely remove the residual solvent. In order to remove the residual solvent, there is a method of storing the fibers at a temperature of several tens of degrees Celsius for evaporation of the solvent or storing the fibers in a vacuum state, and the above methods may be used in combination for more effective treatment. .
상기 나노섬유는 제1하이드로젤로 캡슐화된 다음, 다시 제2하이드로젤로 캡슐화되어, 상기 나노섬유 및 하이드로젤 복합체를 형성한다. The nanofibers are encapsulated in a first hydrogel and then encapsulated in a second hydrogel to form the nanofiber and hydrogel complex.
상기 나노섬유를 캡슐화하는 제 1 하이드로젤은 상기 나노섬유를 제 1 하이드로젤 내부에 삽입시켜 나노섬유를 캡슐화함으로써 형성될 수 있다. 상기 캡슐화를 위해, 예를 들어 나노섬유를 하이드로젤 전구 용액(Precursor solution)에 넣고 하이드로젤 전구 용액을 가교시켜 하이드로젤로 형성시킴으로써 나노섬유를 제 1 하이드로젤로 캡슐화할 수 있다. 또한, 제 1 하이드로젤로 캡슐화된 나노섬유는, 동일한 방식으로 제 2 하이드로젤로 캡슐화될 수 있다. The first hydrogel encapsulating the nanofibers may be formed by inserting the nanofibers into the first hydrogel to encapsulate the nanofibers. For the encapsulation, the nanofibers may be encapsulated in a first hydrogel by, for example, placing the nanofibers in a hydrogel precursor solution and crosslinking the hydrogel precursor solution to form a hydrogel. In addition, the nanofibers encapsulated in the first hydrogel may be encapsulated in a second hydrogel in the same manner.
상기 제 1 하이드로젤은 세포 부착능이 높아 혈관 형성에 필요한 혈관세포의 배양에 적합한 하이드로젤이며, 제 2 하이드로젤은 세포 부착능이 떨어져 상기 복합체를 스캐폴드로서 생체에 이식할 경우 부착증식을 막아 단백질 및 세포의 외부 침습을 막을 수 있는 하이드로젤이다. 즉, 상기 제 1 하이드로젤은 혈관내피세포의 부착능이 뛰어나고 증식 및 혈관생성에 큰 도움을 줄 수 있는 역할을 하며, 제 2 하이드로젤은 제 1 하이드로젤에 비해 공극의 크기가 현저히 작고, 세포 부착능이 떨어져 세포를 캡슐화 할 수는 있으나 부착증식하는 세포의 증식에는 도움이 되지 않지만, 비부착증식하는 세포의 증식과 체내로의 이식 과정에서 단백질 및 세포의 외부 침습을 막아줄 수 있는 장점이 있다.The first hydrogel is a hydrogel suitable for culturing vascular cells required for angiogenesis because of its high cell adhesion ability. When the second hydrogel is transferred to a living body as a scaffold because its cell adhesion ability is poor, It is a hydrogel that can prevent external invasion of cells. That is, the first hydrogel has an excellent ability to adhere vascular endothelial cells and can greatly contribute to proliferation and angiogenesis, and the second hydrogel has a significantly smaller pore size than the first hydrogel, Although it can encapsulate cells, it does not help the proliferation of adherent proliferating cells, but it has the advantage of preventing the proliferation of non-adherent proliferating cells and the external invasion of proteins and cells during transplantation into the body.
구체적으로, 상기 제 1 하이드로젤은 1um - 100um의 공극을 가진 다공성 하이드로젤일 수 있으며, 상기 제 2 하이드로젤은 1nm - 10nm 의 공극을 갖는 다공성 하이드로젤일 수 있다. Specifically, the first hydrogel may be a porous hydrogel having a pore size of 1 μm to 100 μm, and the second hydrogel may be a porous hydrogel having a pore size of 1 nm to 10 nm.
하이드로젤은 전기방사 나노섬유와 마찬가지로 3차원 구조를 갖고 있기 때문에, 세포의 3차원 배양에 도움을 주지만, 하이드로젤을 이루는 고분자의 특성에 따라서 세포의 부착능에 대한 큰 차이를 보일 수 있다. 예를 들어 콜라겐 같은 고분자는 하이드로젤 형태에서 세포의 부착능에 좋은 특성을 나타내나, PEG, 알지네이트와 같은 고분자는 하이드로젤로 제작되었을 때 세포의 부착에 큰 제약이 있기 때문에 비부착증식 세포에 배양에 적합하다. 따라서, 고분자를 적절히 선택하여 제1하이드로젤 및 제2하이드로젤을 제조할 수 있다. 이외에도, 하이드로젤을 제조하는 조건에 따라서도 세포의 부착능이 달라질 수 있다.. 따라서, 제조 조건에 따른 다공성의 조절에 의해서도 하이드로젤의 세포부착능을 조절할 수 있으며, 당해 기술분야에 공지된 방법에 따라 통상의 기술자가 적절히 제조할 수 있다. Since the hydrogel has a three-dimensional structure similar to that of the electrospun nanofiber, it helps to cultivate the cells in three dimensions. However, the hydrogel may exhibit a large difference in the cell adhesion ability depending on the characteristics of the polymer constituting the hydrogel. For example, polymers such as collagen exhibit good properties for adhesion of cells in the form of hydrogel. However, polymers such as PEG and alginate have a great restriction on cell adhesion when they are made from hydrogel, Suitable. Accordingly, the first hydrogel and the second hydrogel can be prepared by appropriately selecting the polymer. In addition, depending on the conditions for producing the hydrogel, the ability of the cells to adhere can be changed. Therefore, the cell adhesion ability of the hydrogel can be controlled by adjusting the porosity according to the manufacturing conditions, and a method known in the art Accordingly, it can be suitably manufactured by a person skilled in the art.
상기 제 1 하이드로젤은 혈관형성에 필요한 혈관세포의 배양에 적합한 생체 적합성 고분자로 형성될 수 있으며, 예를 들어 콜라겐, 키토산, 피브린, 이들의 공중합체, 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 군에서 선택된 생체적합성 고분자의 하이드로젤일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The first hydrogel may be formed of a biocompatible polymer suitable for culturing vascular cells required for angiogenesis, and may be selected from the group consisting of collagen, chitosan, fibrin, a copolymer thereof, and any combination thereof. Hydrogel of a biocompatible polymer, but is not limited thereto.
일 구체예에서, 상기 제 1 하이드로젤은 피브린 하이드로젤이다. In one embodiment, the first hydrogel is a fibrin hydrogel.
상기 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체는 다공성의 제1 하이드로젤층을 포함하는 것으로 인해, 혈관세포의 부착배양이 가능하며 이로 인해 조직 재생에 필수적인 혈관의 형성을 가능하게 할 수 있다. Since the composite of the nanofibers and the hydrogel includes a porous first hydrogel layer, it is possible to adhere and cultivate the vascular cells, thereby making it possible to form blood vessels essential for tissue regeneration.
상기 제 2 하이드로젤은 세포의 부착증식을 차단할 수 있으면서 생체 적합성인 고분자로 형성될 수 있으며, 예를 들어 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트(PHEMA), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리(N-이소프로필아크릴아미드)(PNIPAM), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리카프로락톤(PCL), 젤라틴, 알긴산, 카라기난, 키토산, 하이드록시알킬셀룰로오스, 알킬셀룰로오스, 실리콘, 고무, 아가, 카르복시비닐 공중합체, 폴리디옥솔란, 폴라아크릴아세테이트, 폴리비닐클로라이드, 무수말레인산/비닐에테르, 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 군에서 선택된 생체적합성 고분자의 하이드로젤일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The second hydrogel may be formed of a biocompatible polymer capable of blocking cell proliferation. Examples of the second hydrogel include polyethylene glycol (PEG), polyethylene oxide (PEO), polyhydroxyethyl methacrylate (PHEMA) (PVA), polyvinylpyrrolidone (PVP), polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), polycaprolactone (PAA), polyvinyl alcohol But are not limited to, lactones (PCL), gelatin, alginic acid, carrageenan, chitosan, hydroxyalkylcellulose, alkylcellulose, silicone, rubber, agar, carboxyvinyl copolymer, polydioxolane, polyacrylate, polyvinyl chloride, maleic anhydride / And hydrogels of biocompatible polymers selected from the group consisting of any combination thereof, but are not limited thereto.
일 구체예에서, 상기 제2하이드로젤은 알긴산 하이드로젤이다. In one embodiment, the second hydrogel is alginic acid hydrogel.
상기 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체는 2차 하이드로젤층을 추가로 포함하는 것으로 인해, 상기 복합체를 스캐폴드로서 이식할 경우 섬유화와 같은 체내 거부반응을 차단할 수 있다는 장점이 있다. 나노섬유만으로 이루어진 스캐폴드나 나노섬유와 다공성 제 1 하이드로젤로 이루어진 스캐폴드만을 이용하여 생체에 이식할 경우, 섬유화가 발생하여 체외 조직의 이식의 효과가 매우 떨어지게 되는데, 제 2 하이드로젤로 제 1 하이드로젤을 캡슐화하여 패시베이션(Passivation)할 경우에는 생체 내 이식에 있어서 우수한 효과를 얻을 수 있다. Since the complex of the nanofibers and the hydrogel further includes a secondary hydrogel layer, when the complex is transplanted as a scaffold, it is possible to block the rejection reaction such as fibrosis. When transplanting into a living body using only scaffolds or nanofibers composed of only nanofibers and a scaffold made of porous first hydrogels, fibrosis occurs and the effect of transplantation of the extracorporeal tissue is very poor. As the second hydrogel, When the hydrogel is encapsulated and passivated, an excellent effect in transplantation in vivo can be obtained.
상기 제 1 하이드로젤층 및 제 2 하이드로젤층은 하이드로젤 전구용액을 가하고 가교반응을 수행함으로서 하이드로젤층을 형성시킬 수 있다. 하이드로젤을 형성하는 고분자는 각각의 특징에 따라 가교시키는 방법이 다양하다. 예를 들어, 자외선(UV) 조사에 의한 광가교(Photo-crosslinking), 반응성 가교제(Reactive crosslinker)를 활용한 가교 등을 들 수 있는데, 이러한 방법을 이용한 가교된 하이드로젤은 쉽게 분해되지 않으며, 가교 과정에서 마스크를 사용하여 특정한 부분만 하이드로젤을 가교시켜 패터닝 기술을 접목시킬 수 있다. 또한, 온도에 의해 가교시키는 열가교(Thermal-crosslinking) 방법은 특정한 온도 이상에서 가교되어 하이드로젤이 형성되는데 온도 변화를 통해 세포 방출 및 약물 전달에 응용이 가능하다. 또한, 특정한 단백질 반응 및 이온과 고분자 간의 반응을 이용한 가교 방법은 널리 알려진 단백질 간의 반응을 이용하여 하이드로젤을 가교시킬 수 있으며 쉽게 하이드로젤을 제작할 수 있다는 장점이 있다.The first hydrogel layer and the second hydrogel layer may be formed by applying a hydrogel precursor solution and performing a crosslinking reaction. The polymers forming the hydrogel are variously crosslinked depending on their characteristics. For example, photo-crosslinking by ultraviolet (UV) irradiation, crosslinking using a reactive crosslinker, and the like can be cited. The crosslinked hydrogel using such a method is not easily decomposed, In the process, the mask can be used to cross-link the hydrogel to only a specific part, thereby grafting the patterning technique. In addition, a thermal crosslinking method in which crosslinking is carried out at a temperature is crosslinked at a specific temperature or higher to form a hydrogel, which can be applied to cell release and drug delivery through temperature change. In addition, the cross-linking method using the specific protein reaction and the reaction between the ion and the polymer has a merit that the hydrogel can be crosslinked using the reaction between the well-known proteins and the hydrogel can be easily manufactured.
일 구체예에서, 상기 제 1 하이드로젤로서 피브린 하이드로젤을 포함할 경우, 피프리노겐을 하이드로젤 전구체 용액으로서 사용하고, 트롬빈을 가교제로서 부가하여 피브린 하이드로젤을 형성시킬 수 있다. 또한, 상기 제 2 하이드로젤로서 알지네이트 하이드로젤을 포함할 경우, 알지네이트염 용액을 칼슘 클로라이드와 같은 전구체 용액으로서 사용하여 알지네이트 하이드로젤을 형성시킬 수 있다. In one embodiment, when the fibrin hydrogel is included as the first hydrogel, the fibrin hydrogel may be formed by using the fibrinogen as a hydrogel precursor solution and adding thrombin as a cross-linking agent. In addition, when the alginate hydrogel is included as the second hydrogel, the alginate salt solution can be used as a precursor solution such as calcium chloride to form the alginate hydrogel.
상기 하이드로젤은 전기방사 나노섬유와 마찬가지로 3 차원의 다공성 구조를 가지므로, 내부로부터 약물의 방출을 통한 약물전달 시스템으로서 기능할 수 있다. 상기 하이드로젤은 지속적인 약물의 방출이 가능할 수 있다. 하이드로젤에 약물을 도입하기 위해서는, 하이드로젤 형서을 위한 가교반응 전에 약물을 부가한 다음 가교반응시키면 하이드로젤 내부에 약물을 함입시킬 수 있고, 하이드로젤로부터 함입된 약물의 지속적인 전달이 가능하다. 또한, 하이드로젤에 약물을 도입하기 위한 다른 방법으로서, 하이드로젤을 이용한 세포 배양 과정에서 외부의 배지에 약물을 부가하여 배지로부터 하이드로젤 내부로 약물을 함입시킬 수 있다. Since the hydrogel has a three-dimensional porous structure like the electrospun nanofibers, it can function as a drug delivery system through the release of drug from the inside. The hydrogel may be capable of sustained release of the drug. In order to introduce the drug into the hydrogel, it is possible to introduce the drug into the hydrogel after the addition of the drug before the cross-linking reaction for the hydrogel gel, and to continuously transfer the drug from the hydrogel. As another method for introducing the drug into the hydrogel, a drug may be added from the medium to the inside of the hydrogel by adding the drug to the external medium during the cell culture using the hydrogel.
일 구체예에서는, 혈관형성에 도움이 되는 성장인자인 VEGF(Vascular endothelial growth factor) 또는 S1P(Sphingosin-1-phosphate)를 배지에 섞어 하이드로젤 내부로 전달시킬 수 있으며, 상기 성장인자는 제 1 하이드로젤층에서의 혈관 형성을 촉진시킬 수 있다. In one embodiment, VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) or S1P (Sphingosin-1-phosphate), which is a growth factor that contributes to angiogenesis, may be mixed in the medium and transferred to the inside of the hydrogel, It can promote angiogenesis in the gel layer.
상기 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체는 조직 재생을 위해 생체 내에서 이식되는 과정에서 쉽게 파손되지 않을 정도의 충분한 강도를 가질 수 있다. 상기 복합체는 나노섬유를 캡슐화 하는 제1하이드로젤층 및 제2하이드로젤층을 포함하는 것으로 인해 보다 우수한 강도를 가질 수 있으며 상기 강도는 하이드로젤의 가교 정도, 나노섬유의 두께, 하이드로젤의 두께, 등에 따라 통상의 기술자가 공지된 방법에 따라 조절할 수 있다. 이에 따라 상기 복합체가 충분한 정도의 강도를 가질 경우, 재생하고자 하는 각 조직의 세포외기질의 물리적 강도와 비슷하게 조직 재생용 스캐폴드를 제작할 수 있고, 이와 같이 물리적 강도가 유사할 경우 스캐폴드 내의 세포의 조직특이적 특이성이 쉽게 부여될 수 있다는 장점이 있다, The composite of the nanofibers and the hydrogel may have sufficient strength not to be easily broken during transplantation in vivo for tissue regeneration. Since the composite includes a first hydrogel layer and a second hydrogel layer that encapsulate nanofibers, the strength of the composite may be improved depending on the crosslinking degree of the hydrogel, the thickness of the nanofiber, the thickness of the hydrogel, etc. Conventional descriptors can be adjusted according to known methods. Accordingly, when the complex has a sufficient strength, a scaffold for tissue regeneration similar to the physical strength of the extracellular matrix of each tissue to be regenerated can be produced. If the physical strength is similar, the tissue of the cells in the scaffold There is an advantage that specific specificity can be easily given,
일 구체예에서, 상기 복합체는 0.1 내지 0.5 MPa의 강도를 가질 수 있다. 상기 강도보다 높을 경우, 혈관 재생이 원활하게 이루어지지 않을 수 있으며, 낮은 경우에는 줄기세포의 분화를 조절하기가 어려워질 수 수 있다. In one embodiment, the composite may have an intensity of 0.1 to 0.5 MPa. If it is higher than the above strength, blood vessel regeneration may not be smoothly performed, and if it is lower, it may become difficult to control the differentiation of stem cells.
상기 복합체는 조직 재생용 스캐폴드로서 사용되기 위해 상기 나노섬유 상에 부착배양된 조직 재생용 세포를 포함할 수 있다. The complex may include tissue regenerating cells adhered to the nanofibers for use as a tissue regeneration scaffold.
상기 조직 재생용 세포는 목적하는 임의의 조직 재생에 필요한 세포가 사용될 수 있으며, 예를 들어 심근세포, 평활근세포, 연골 세포, 뼈세포, 피부세포, 섬유아세포, 혈관내피세포, 신경세포, 슈반세포, 줄기세포, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 일 구체예에서, 상기 나노섬유 상에 심근세포 및 줄기세포를 공배양시켜 도입할 수 있다. The tissue regeneration cell may be any cells required for tissue regeneration, including cardiomyocytes, smooth muscle cells, cartilage cells, bone cells, skin cells, fibroblasts, vascular endothelial cells, neurons, Schwann cells , Stem cells, and any combination thereof. In one embodiment, cardiomyocytes and stem cells can be co-cultured on the nanofibers.
상기 제 1 하이드로젤층은 세포, 생체물질, 또는 이들의 임의의 조합을 함유할 수 있다. 상기 세포 및/또는 생체물질은, 조직 재생에 기여할 수 있는 임의의 세포 또는 생체물질 일 수 있다. 이러한 세포로는 섬유아세포, 혈관내피세포, 신경세포, 슈반세포, 줄기세포, 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택된 간질세포가 조합되어 사용될 수 있다. 상기 생체 물질은 조직 재생에 기여할 수 있의의 생체 물질일 수 있으며, 예를 들어 혈관세포의 증식을 촉진시키는 앞서 언급한 VEGF 또는 S1P와 같은 성장인자일 수 있다. The first hydrogel layer may contain cells, biomaterials, or any combination thereof. The cell and / or the biomaterial may be any cell or biological material that can contribute to tissue regeneration. Such cells may be used in combination with interstitial cells selected from fibroblasts, vascular endothelial cells, neurons, Schwann cells, stem cells, and any combination thereof. The biomaterial may be a biomaterial capable of contributing to tissue regeneration, and may be, for example, a growth factor such as VEGF or S1P mentioned above which promotes the proliferation of vascular cells.
일 구체예에서, 상기 제 1 하이드로젤층은 사람제대혈정맥내피세포 (HUVEC)를 함유할 수 있으며, HUVEC를 함유하는 것으로 인해 혈관형성이 촉진될 수 있어 조직 재생을 현저히 유리하게 할 수 있다. 추가적으로, 상기 제 1 하이드로젤층은 성장인자를 함유할 수 있으며, 성장인자의 함유로 인해 나노섬유 상의 부착배양되는 세포의 증식 및 제 1 하이드로젤층에서의 혈관세포의 증식을 촉진시킬 수 있다. 일 구체예에서, 성장인자는 혈관내피세포 성장인자(VEGF) 이다. In one embodiment, the first hydrogel layer may contain human umbilical vein endothelial cells (HUVEC), which can promote angiogenesis by containing HUVEC, which can significantly improve tissue regeneration. Additionally, the first hydrogel layer may contain a growth factor, which may promote cell proliferation on the nanofibers due to the presence of growth factors and proliferation of vascular cells in the first hydrogel layer. In one embodiment, the growth factor is vascular endothelial growth factor (VEGF).
일 구체에에서, 상기 복합체는 나노섬유 상에 부착배양된 심근세포 및 줄기세포를 함유하고, 상기 제 1 하이드로젤층은 HUVEC를 함유하는 것인 복합체이다. In one embodiment, the complex is a complex containing cardiomyocytes and stem cells adhered to nanofibers, wherein the first hydrogel layer contains HUVEC.
일 구체에에서, 상기 복합체는 나노섬유 상에 부착배양된 심근세포 및 줄기세포를 함유하고, 상기 제 1 하이드로젤층은 HUVEC 및 VEGF를 함유하는 것인 복합체이다.In one embodiment, the complex is a complex comprising cardiomyocytes and stem cells adhered to nanofibers, wherein the first hydrogel layer contains HUVEC and VEGF.
본 발명은 다른 일 양상에 있어서, 상기 일 양상에 따른 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체를 포함하는 조직 재생용 스캐폴드를 제공한다. In another aspect, the present invention provides a scaffold for tissue regeneration comprising a composite of nanofibers and a hydrogel according to the above aspect.
상기 조직 재생용 스캐폴드의 상세는 상기 본 발명의 일 양상에 따른 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다.The details of the tissue regeneration scaffold may be applied to the composite of the nanofiber and the hydrogel according to one aspect of the present invention.
본 명세서에서 용어 "스캐폴드"는 조직 재생 공학 분야에서 중요한 기본 요소 중의 하나로서 세포의 부착, 분화 및 조직 주변으로부터 이동되는 세포의 증식과 분화에 적합한 환경을 제공하는 역할을 하는 구조물을 의미한다. As used herein, the term "scaffold" is an essential element in the field of tissue regeneration engineering, and refers to a structure that serves to provide an environment suitable for cell adhesion, differentiation, and proliferation and differentiation of cells migrated from around the tissue.
상기 조직 재생용 스캐폴드는 나노섬유 상에 부착배양된 세포의 종류에 따라 재생 가능한 조직이 결정될 수 있다. 예를 들어, 심혈관 조직 재생을 위해 심근세포, 연골 조직 재생을 위해 연골세포, 뼈 조직의 재생을 위해 뼈세포, 피부조직 재생을 위해 피부세포, 상처 조직 재생을 위해 섬유아세포 등을 사용할 수 있다. In the tissue regeneration scaffold, a regenerable tissue can be determined depending on the kind of cells adhered to the nanofibers. For example, cardiomyocytes for cardiovascular tissue regeneration, cartilage cells for cartilage tissue regeneration, bone cells for regeneration of bone tissue, skin cells for regeneration of skin tissue, and fibroblasts for wound tissue regeneration can be used.
일 구체예에서, 상기 조직 재생용 스캐폴드는 심혈관 조직 재생용 스캐폴드이며, 나노섬유 상에는 부착배양된 심근세포 또는 추가적으로 줄기세포를 함유한다. In one embodiment, the tissue regeneration scaffold is a scaffold for cardiovascular tissue regeneration, and the nanofiber contains adherent cultured myocardial cells or, additionally, stem cells.
일 구체예에서, 상기 조직 재생용 스캐폴드는 상처 치료용 스캐폴드이며, 나노섬유 상에는 섬유아세포, 또는 추가적으로 줄기세포를 함유한다. In one embodiment, the tissue regeneration scaffold is a scaffold for wound healing, and the nanofibers contain fibroblasts, or additionally stem cells.
종래에는 세포를 함유하는 스캐폴드를 생체 내에 이식할 경우, 생체 내에서 섬유화로 인한 이식 실패 사례가 많이 보고되었다. 그러나, 상기 본 발명에 따른 조직 재생용 스캐폴드는 2차 하이드로젤층의 도입에 의한 패시베이션으로 인해 그 스캐폴드로의 생체의 섬유아세포 및 콜라겐의 부착을 막아 섬유화 과정을 차단할 수 있어 원활한 이식이 가능하다. Conventionally, when a scaffold containing cells is transplanted into a living body, many cases of transplantation failure due to fibrosis in vivo have been reported. However, the tissue regeneration scaffold according to the present invention can prevent the fibroblasts and collagen from adhering to the scaffold by the passivation due to the introduction of the secondary hydrogel layer, thereby blocking the fibrosis process, thereby allowing smooth transplantation .
또한, 상기 조직 재생용 스캐폴드는 제 1 하이드로젤층에 혈관세포를 배양시켜 혈관조직을 형성시킬 수 있어, 스캐폴드의 생체 내 이식 시 안정적이고 효과적으로 생체 조직을 재생할 수 있다. In addition, the tissue regeneration scaffold can form vascular tissue by cultivating vascular cells in the first hydrogel layer, and can regenerate living tissue stably and effectively when the scaffold is transplanted in vivo.
따라서, 본 발명의 일 양상에 따른 복합체는 조직 재생에 필수적인 혈관의 형성이 충분히 이루어지면서, 스캐폴드 이식 과정에서 발생될 수 있는 섬유화와 같은 생체의 거부반응을 회피할 수 있으므로, 보다 효과적인 조직재생용 스캐폴드, 특히 심혈관조직 재생용 스캐폴드로서 사용될 수 있다. Therefore, the complex according to one aspect of the present invention can sufficiently prevent the rejection reaction of the living body, such as fibrosis, which may occur in the scaffold transplantation process, by sufficiently forming blood vessels essential for tissue regeneration, Can be used as a scaffold, particularly as a scaffold for cardiovascular tissue regeneration.
또한, 상기 조직 재생용 스캐폴드는 전기방사 나노섬유 및 하이드로젤 내에 원하는 약물을 함입시켜 지속적인 약물 방출을 가능하게 할 수 있으며, 세포외기질(Extracellular matrix, ECM) 구성에 효과적인 약물을 함입시킴으로써 스캐폴드를 이식하는 주변 조직의 원활한 세포외기질의 형성을 촉진시킬 수 있다. 이러한 약물의 함유로 인해 상처치료(wound healing) 등의 분야에 보다 효과적인 응용이 가능하다.In addition, the tissue regeneration scaffold is capable of introducing a desired drug into the electrospun nanofibers and hydrogel to enable continuous drug release, and by incorporating a drug effective for constructing an extracellular matrix (ECM) Can facilitate the formation of smooth extracellular matrix in the surrounding tissue. Due to the inclusion of these drugs, more effective applications are possible in areas such as wound healing.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 조직 재생용 스캐폴드의 개요도를 나타낸 것이다. 1 is a schematic diagram of a tissue regeneration scaffold according to one embodiment of the present invention.
도 1에 따른 조직 재생용 스캐폴드는 전기방사 나노섬유, 그 나노섬유를 캡슐화한 피브린 하이드로젤층, 및 그 피브린 하이드로젤층을 캡슐화한 알지네이트 하이드로젤층을 가진다. 상기 알지네이트 하이드로젤층에서는 생체물질의 방출 및 교환이 이루어질 수 있으며, 외부로부터의 단백질 및 세포침습을 방지 혹은 제어할 수 있으며, 전기방사 나노섬유 상에서는 세포의 공배양이 이루어질 수 있으며, 피브린 하이드로젤에 혈관 조직의 생성이 가능하다. The tissue regeneration scaffold according to Fig. 1 has an electrospun nanofiber, a fibrin hydrogel layer encapsulating the nanofibers, and an alginate hydrogel layer encapsulating the fibrin hydrogel layer. In the alginate hydrogel layer, release and exchange of biomaterials can be performed, protein and cell invasion from the outside can be prevented or controlled, coexistence of cells can be achieved on the electrospun nanofibers, It is possible to create an organization.
본 발명은 또 다른 일 양상에 있어서, According to another aspect of the present invention,
틀에 나노섬유를 넣고 제 1 하이드로젤 전구체 용액을 가한 다음 가교반응시켜 상기 나노섬유를 캡슐화하는 제 1 하이드로젤층을 형성시키는 단계; 및 Forming a first hydrogel layer for encapsulating the nanofibers by adding a nanofiber into a mold, adding a first hydrogel precursor solution, and then performing a crosslinking reaction; And
상기 제 1 하이드로젤층에 제 2 하이드로젤 전구체 용액을 가한 다음 가교반응시켜 상기 제 1 하이드로젤층을 캡슐화하는 제 2 하이드로젤층을 형성시키는 단계를 포함하는, 상기 본 발명의 일 양상에 따른 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체의 제조방법을 제공한다. Forming a second hydrogel layer for encapsulating the first hydrogel layer by adding a second hydrogel precursor solution to the first hydrogel layer and then performing a crosslinking reaction; Gel, comprising the steps of:
상기 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체의 제조방법의 상세는 상기 본 발명의 일 양상에 따른 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다.The method of preparing the composite of nanofibers and hydrogel according to an aspect of the present invention can be applied as it is to the composite of nanofiber and hydrogel.
일 구체예에서, 상기 제 1 하이드로젤 전구체는 피브리노겐이고, 상기 가교반응은 트롬빈을 가교제로 하여 가교반응 시킬 수 있다. 또한, 상기 제 2 하이드로젤 전구체는 알긴산염 수용액이고, 상기 가교반응은 칼슘클로라이드를 가교제로 하여 가교반응 시킬 수 있다. 상기 알긴산염 수용액은 예를 들어 일간산 나트륨이다. In one embodiment, the first hydrogel precursor is fibrinogen and the cross-linking reaction can be cross-linked using thrombin as a cross-linking agent. Also, the second hydrogel precursor is an alginate aqueous solution, and the crosslinking reaction can be carried out using calcium chloride as a crosslinking agent. The alginate aqueous solution is, for example, sodium diacetate.
상기 나노섬유는 나노섬유 상에 앞서 설명한 바와 같은 조직 재생용 세포의 세포분산액을 시딩한 다음 배양한 다음 사용할 수 있다. The nanofibers can be used after seeding a cell dispersion of tissue regeneration cells as described above on the nanofibers, followed by culturing.
일 구체예에서, 상기 세포분산액은 심근세포 및 줄기세포의 혼합 분산액이고, 제 1 하이드로젤 전구체 용액은 HUVEC를 함유할 수 있으며, 추가적으로 VEGF를 더 함유할 수 있다. In one embodiment, the cell dispersion is a mixed dispersion of cardiomyocytes and stem cells, the first hydrogel precursor solution may contain HUVEC, and may further contain VEGF.
일 구체예에 따른 상기 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체의 제조방법의 단계별 과정을 나타낸 모식도를 도 2에 나타내었다. 도 2에 따르면, 전기방사에 의한 나노섬유의 제조(단계 1), 나노섬유의 소독(단계 2), 나노섬유를 캡슐화하는 피브린 하이드로젤층의 형성(단계 3), 및 그 피브린 하이드로젤층을 캡슐화하는 알지네이트 하이드로젤층의 형성(단계 4) 과정을 포함한다. FIG. 2 is a schematic view showing a step-by-step process of the method for producing the composite of the nanofibers and the hydrogel according to one embodiment. According to Fig. 2, the preparation of nanofibers by electrospinning (step 1), disinfection of nanofibres (step 2), formation of a fibrin hydrogel layer encapsulating nanofibers (step 3), and encapsulating the fibrin hydrogel layer And formation of an alginate hydrogel layer (step 4).
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.
실시예 1: 전기방사법을 이용한 PCL-젤라틴 섬유층의 형성Example 1: Formation of PCL-gelatin fiber layer by electrospinning
폴리카프로락톤(PCL, Sigma) 0.5g과 젤라틴(Gelatin, Sigma) 0.5g을 트리플루오로에탄올(TFE, Sigma) 5ml에 혼합한 후 용매가 증발하지 않도록 완전히 밀봉하여 80 ℃에서 12시간 두어 PCL과 젤라틴을 완전히 녹였다. 이 제조 된 고분자 용액을 상온에서 식힌 후, 완전히 섞어 주기 위해 볼텍싱(Voltexing) 하였다.After mixing 0.5 g of polycaprolactone (PCL, Sigma) and 0.5 g of gelatin (Sigma) in 5 ml of trifluoroethanol (TFE, Sigma), the solution was completely sealed so that the solvent did not evaporate, I completely dissolved the gelatin. The polymer solution thus prepared was cooled at room temperature and then subjected to voltexing so as to be thoroughly mixed.
전기방사를 하기 위하여 용액을 주사기에 넣고 전기방사 시스템 내에 탑재한 후, 시린지펌프(Syringe pump) 을 이용하여 0.7ml/hr의 일정한 유량(Flow rate)으로 용액을 밀어주어 금속으로 이루어진 원통형 바늘(Needle tip)로 흘려주었다. 금속으로 이루어진 원통형 바늘에 고전압 장치(Power supply)를 이용하여 8kV의 전압을 흘려주었다. 전기방사로 얻어지는 섬유를 받기 위한 집진판(Collecting plate)을 접지한 뒤, 그 위에 알루미늄 호일(Aluminium foil)을 깔고 일정한 크기의 전기방사 나노섬유 스캐폴드를 만들기 위하여 1.8 cm × 1.8 cm 크기의 커버글라스(Cover glass)를 알루미늄 호일로 감싼 틀을 집진판 위에 두고 30분 간 전기방사를 통해 섬유층(Fibrous sheet)을 얻었다. 전압이 가해지는 원통형 바늘과 집진판과의 거리는 약 10 cm였다. 전압차이로 인해 고분자 용액의 용매가 증발되면서 접지된 집진판으로 용액이 잡아당겨지면서 섬유층을 형성하였다. 생성된 전기방사 나노섬유는 잔여 용매를 제거하기 위해서 60 ℃, 진공 상태에서 24 시간정도 두었다.The solution was placed in a syringe and placed in an electrospinning system. The solution was then pumped at a constant flow rate of 0.7 ml / hr using a syringe pump to form a cylindrical needle tip. A voltage of 8 kV was applied to a cylindrical needle made of metal using a high-voltage power supply. A collecting plate for receiving the fibers obtained by electrospinning was grounded, and an aluminum foil was laid on the collecting plate. Then, a cover glass (size 1.8 cm x 1.8 cm) Cover glass was wrapped with aluminum foil on a dust collecting plate to obtain a fibrous sheet by electrospinning for 30 minutes. The distance between the cylindrical needle on which the voltage is applied and the dust collecting plate was about 10 cm. As the solvent of the polymer solution evaporated due to the voltage difference, the solution was pulled to the grounded dust collecting plate to form the fiber layer. The resulting electrospun nanofibers were left in a vacuum at about 60 DEG C for about 24 hours to remove residual solvent.
도 3의 a,b는 상기 방법에서 진공상태에서 잔여 용매를 제거한 전기방사 섬유를 핸드폰 카메라를 이용해 촬영한 모습이고, c,d는 전기방사 섬유를 15mA의 백금으로 1 분간 코팅한 후 주사형 전자현미경을 통해 촬영한 사진 이다.Figs. 3 (a) and 3 (b) are photographs of the electrospun fiber obtained by removing the residual solvent in a vacuum state using a cellphone camera, c and d show the results of coating the electrospun fiber with 15 mA of platinum for 1 minute, It is a photograph taken through a microscope.
실시예 2: 전기방사 나노섬유 및 피브린 하이드로젤의 복합체 제작Example 2: Fabrication of a composite of electrospun nanofiber and fibrin hydrogel
실시예 1에서 제조된 전기방사 나노섬유를 잔존 용매를 완벽하게 제거하기 위하여 PBS(Phosphate-buffered saline) 용액으로 2번 세척한 뒤, 5 mm × 5 mm 크기로 잘라 96 well plate에 넣었다.The electrospun nanofibers prepared in Example 1 were washed twice with phosphate-buffered saline (PBS) to completely remove residual solvent, and then cut into a size of 5 mm × 5 mm and placed in a 96-well plate.
피브린 하이드로젤 전구 용액(즉, 피브리노겐 용액)을 제조하기 위해, 소듐클로라이드(NaCl) 0.1 mg을 증류수(Distilled water) 5 ml에 넣고 상온에서 30 분간 볼텍싱하여 녹인 뒤, 이 용액에 피브리노겐(Fibrinogen from human plasma, Sigma) 100 mg을 넣어 상온에서 10분간 녹였다. To prepare a fibrin hydrogel precursor solution (ie, a fibrinogen solution), 0.1 mg of sodium chloride (NaCl) was dissolved in 5 ml of distilled water by vortexing at room temperature for 30 minutes. Fibrinogen human plasma, Sigma) was added and dissolved at room temperature for 10 minutes.
또한, 피브리노겐을 피브린으로 가교시키기 위하여 가교제로서 트롬빈(Thrombin)을 사용하였는데, 트롬빈 용액을 제조하기 위하여 칼슘클로라이드(CaCl2) 0.2 mmol을 증류수 5 ml에 넣고 상온에서 30분간 볼텍싱하여 녹인 뒤, 이 용액에 트롬빈을 100 U(Enzyme unit)을 넣어 상온에서 10 분간 녹여 피브린 용액을 제조하였다. Thrombin was used as a crosslinking agent for crosslinking fibrinogen to fibrin. To prepare thrombin solution, 0.2 mmol of calcium chloride (CaCl 2 ) was added to 5 ml of distilled water, and the mixture was vortexed at room temperature for 30 minutes. 100 U (Enzyme unit) was added to the solution and thrombin was dissolved at room temperature for 10 minutes to prepare a fibrin solution.
먼저 전기방사 나노섬유를 96 well plate 안에 넣고 그 전기방사 나노섬유가 잠길 정도로 상기 제조된 피브리노겐 용액을 가하고 상기 제조된 트롬빈 용액을 피브리노겐 용액과 1:1의 부피 비를 갖는 양만큼 넣어주고 피펫팅(Pipetting) 하여 잘 섞어주었다. 섞인 용액을 피브리노겐의 가교를 위해 37 ℃에서 30 분간 보관하였고, 이를 통해 전기방사 나노섬유와 피브린 하이드로젤의 복합체가 제작되었다. First, the electrospun nanofibers were placed in a 96-well plate, and the prepared fibrinogen solution was added to such an extent that the electrospun nanofibers were locked, and the prepared thrombin solution was added to the fibrinogen solution in an amount having a volume ratio of 1: 1, followed by pipetting Pipetting). The solution was stored at 37 ° C for 30 minutes for crosslinking of fibrinogen, thereby producing a composite of electrospun nanofiber and fibrin hydrogel.
실시예Example 3: 전기방사 나노섬유, 피브린 3: electrospun nanofiber, fibrin 하이드로젤Hydrogel , 및 , And 알지네이트Alginate 하이드로젤의Hydrogel 복합체 제작 Composite production
알지네이트 하이드로젤 전구 용액을 제조하기 위해, 소듐 알지네이트(Sodium alginate, Wako) 0.1 g을 증류수 5 ml에 넣고 증류수가 증발하지 않도록 밀봉하여 37 ℃에서 2 시간 동안 완전히 녹였다. 또한, 가교제로서 칼슘클로라이드(CaCl2) 0.1 g을 증류수 10 ml에 넣고 상온에서 30 분간 완전히 녹였다.To prepare the alginate hydrogel precursor solution, 0.1 g of sodium alginate (Wako) was added to 5 ml of distilled water. The distilled water was sealed to prevent evaporation and completely dissolved at 37 ° C for 2 hours. Further, 0.1 g of calcium chloride (CaCl 2 ) as a crosslinking agent was added to 10 ml of distilled water and completely dissolved at room temperature for 30 minutes.
상기 방법을 이용하여 제작된 알지네이트 하이드로젤 전구 용액을 96 well plate에 100 μl을 넣고 그 안에 실시예 2에서 제조된 전기방사 나노섬유 및 피브린 하이드로젤의 복합체를 넣었다. 그런 다음, 알지네이트 하이드로젤을 형성시키기 위해 가교제로서 칼슘클로라이드 용액 50 μl을 소듐 알지네이트 수용액 안에 넣고 상온에서 5 분간 두었다. 그 결과, 전기방사 나노섬유, 피브린 하이드로젤, 및 알지네이트 하이드로젤의 복합체인 나노케이지가 제조되었다. 100 μl of the alginate hydrogel precursor solution prepared using the above method was placed in a 96-well plate, and the complex of the electrospun nanofiber and fibrin hydrogel prepared in Example 2 was placed therein. Then, to form an alginate hydrogel, 50 μl of a calcium chloride solution as a cross-linking agent was placed in a sodium alginate aqueous solution and left at room temperature for 5 minutes. As a result, a nanocage, which is a composite of electrospun nanofiber, fibrin hydrogel, and alginate hydrogel, was prepared.
상기 실시예 1, 2 및 3에서 제조된 피브린 하이드로젤 (a), 전기방사 나노섬유 및 피브린 하이드로젤의 복합체(b), 전기방사 나노섬유, 피브린 하이드로젤, 및 알지네이트 하이드로젤의 복합체(c)의 사진을 도 4에 나타내었다. (C) of fibrin hydrogel (a), electrospun nanofiber and fibrin hydrogel complex (b), electrospun nanofiber, fibrin hydrogel, and alginate hydrogel prepared in Examples 1, 2 and 3, Is shown in Fig.
실험예Experimental Example 1: 피브린 1: fibrin 하이드로젤Hydrogel , 전기방사 나노섬유와 피브린 , Electrospun nanofibers and fibrin 하이드로젤Hydrogel 복합체, 및 나노케이지 물성 평가 Composite and Nanocage Properties Evaluation
상기 조건에서 만들어진 피브린 하이드로젤, 전기방사 섬유와 피브린 하이드로젤의 복합체, 및 나노케이지를 잔존 하이드로젤 전구체를 제거하기 위하여 PBS 용액으로 세척한 뒤 압축 응력(Compressive stress) 및 압축 변형(Compressive strain)을 측정하기 위하여 instron(Instron corporation) 장비 기판 위에 놓았다.The fibrin hydrogel, the complex of the electrospun fiber and the fibrin hydrogel, and the nanocage made in the above conditions were washed with PBS solution to remove the residual hydrogel precursor, and then subjected to a compressive stress and a compressive strain It was placed on an instron (Instron corporation) equipment substrate for measurement.
각 스캐폴드의 압축 응력 및 압축 변형을 측정하는데 있어서 각 스캐폴드의 기존 높이에서 80%가 될 때까지 압축하여 압축 응력과 압축 변형을 측정하였다. 상기 방법으로 얻어진 압축 응력과 압축 변형을 수식을 이용하여 실제 압축 응력과 실제 압축 변형을 측정하고 그래프를 그린 뒤, 그래프의 일정한 구간에서의 기울기를 측정하여 압축 탄성율(Compressive modulus)를 계산하였다. 실제 압축 응력과 실제 압축 변형을 계산하는 수식은 다음과 같다.Compressive stress and compressive strain were measured by compressing each scaffold to 80% of the existing height of each scaffold in the measurement of compressive stress and compressive strain. Compressive modulus was calculated by measuring the actual compressive stress and the actual compressive strain using the equation, and then measuring the slope of the graph in a certain section of the graph. The formula for calculating the actual compressive stress and the actual compressive strain is as follows.
s : 측정된 압축 응력, e : 측정 압축 변형, σ : 실제 압축 응력, ε : 실제 압축 변형 s: measured compressive stress, e: measured compressive strain, σ: actual compressive stress, ε: actual compressive strain
도 5는 실시예 1, 2 및 3에서 제조된 제작된 전기방사 나노섬유(Fibrin), 전기방사 나노섬유 및 피브린 하이드로젤의 복합체(Fibrin-PCL), 그리고 전기방사 나노섬유, 피브린 하이드로젤, 및 알지네이트 하이드로젤의 복합체(Fibrin-PCL-알지네이트)의 기계적 강도의 그래프를 나타낸다. FIG. 5 is a graph showing the results of a comparison between the prepared electrospun nanofibers (Fibrin), electrospun nanofibers and fibrin-hydrogel complexes (Fibrin-PCL) prepared in Examples 1, 2 and 3 and electrospun nanofibers, fibrin hydrogel, (Fibrin-PCL-alginate) of alginate hydrogel.
실험예 2: 나노케이지 단면 확인 시험Experimental Example 2: Nano cage cross-section identification test
상기 제조된 나노케이지의 단면을 관찰하였다. 우선, 액체 질소를 사용하여 나노케이지를 급랭 냉각(quenching cooling) 시킨 후, 수직으로 절단하여 동결주사전자현미경(Cryo-Scanning electron microscopy, Cryo-SEM)을 이용해 나노케이지의 수직 단면을 관찰하였다. 그 결과를 도 6에 나타내었다.The section of the nanocage was observed. First, the nanocage was quenched by liquid nitrogen, and then cut vertically. The vertical cross section of the nanocage was observed using a cryo-scanning electron microscope (Cryo-SEM). The results are shown in Fig.
도 6은 동결주사전자현미경(Cryo-Scanning electron microscopy, Cryo-SEM)을 이용해 실시예 3 에서 제조된 나노케이지의 단면을 관찰하고 촬영한 사진이다. 6 is a photograph of a cross section of the nanocage prepared in Example 3 using a cryo-scanning electron microscopy (Cryo-SEM).
도 6의 사진에 따르면, 나노케이지의 피브린 하이드로젤 및 알지네이트 하이드로젤 사이의 단면(a, b), 그리고 피브린 하이드로젤 및 전기방사 나노섬유 사이의 단면(c, d)이 확인되었고, 피브린 하이드로젤은 다공성을 나타내었으며, 알지네이트 하이드로젤은 평평한 모습의 단면을 나타내었다. 6, cross-sections (a, b) between the fibrin hydrogel and the alginate hydrogel of the nanocage and cross-sections (c, d) between the fibrin hydrogel and the electrospun nanofiber were confirmed, and fibrin hydrogel Showed porosity, and the alginate hydrogel showed a flat cross-section.
실시예 4: 세포가 포함된 나노케이지 제작Example 4: Fabrication of nanocage containing cells
지방조직유래 중간엽줄기세포(Adipose-derived mesenchymal stem cells, ADSC)와 심근세포(Cardiomyocyte)를 배양하기 위한 배지는 DMEM(Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium)에 10 % FBS(Fetal bovine serum)와 1 %의 Penicillin/streptomycin을 혼합한 DMEM 혼합배지를 사용하였다. 또한 사람제대혈정맥내피세포(Human umbilical vein endothelial cells, HUVEC)를 배양하기 위한 배지는 EGM-2 Bullekit(Endothelial Cell Growth Medium)에 2 % FBS와 1 % Penicillin/streptomycin을 혼합한 용액을 사용하였다.The culture medium for culturing adipose-derived mesenchymal stem cells (ADSC) and cardiomyocytes was prepared by adding 10% FBS (Fetal bovine serum) and 1% penicillin (DMEM) to Dulbecco's Modified Eagle's Medium / streptomycin were used. The medium used for culturing human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) was a mixture of 2% FBS and 1% penicillin / streptomycin in EGM-2 Bullekit (Endothelial Cell Growth Medium).
ADSC와 심근세포의 공배양을 위해 DMEM 혼합 배지에 총 세포가 1 × 105 cells/ml의 비율이 되도록 1:1로 분산시켜 세포 분산액을 제조하였다. 상기 실시예 1에서 제조된 전기방사 나노섬유를 96 well plate에 넣고 그 위에 앞서 제조한 세포 분산액을 시딩하였다. 세포 부착을 위해 세포가 시딩된 전기방사 나노섬유를 37 ℃에서 2시간 동안 배양하였다.For co-culture of ADSCs and myocardial cells, a cell suspension was prepared by dispersing 1: 1 total cells in a DMEM mixed medium at a ratio of 1 × 10 5 cells / ml. The electrospun nanofibers prepared in Example 1 were placed in a 96-well plate and seeded with the cell dispersion prepared above. Cell-seeded electrospun nanofibers were incubated at 37 占 폚 for 2 hours for cell attachment.
ADSC와 심근세포가 전기방사 나노섬유에 부착 배양한 뒤, HUVEC을 EGM-2 Bullekit 혼합 배지에 1 × 105 cells/ml의 비율이 되도록 분산시켜 HUVEC 분산액을 제조하고, 상기 세포가 부착배양된 전기방사 나노섬유와 피브리노겐 하이드로젤 전구 용액 40 μl, 세포 분산액 10 μl, 트롬빈 용액 40 μl을 96 well plate에 넣고 잘 섞어준 뒤 37 ℃ 에서 30 분간 가교시켰다.After the ADSC and myocardial cells were adhered to the electrospun nanofibers, HUVEC was dispersed in a mixed medium of EGM-2 Bullekit at a concentration of 1 × 10 5 cells / ml to prepare a HUVEC dispersion. 40 μl of radial nanofibers and fibrinogen hydrogel precursor solution, 10 μl of cell dispersion, and 40 μl of thrombin solution were mixed in a 96-well plate, followed by mixing at 37 ° C. for 30 minutes.
그리하여 제조된 세포가 배양된 전기방사 나노섬유 및 피브린 하이드로젤 복합체를 알지네이트 하이드로젤로 코팅하기 위해, 2 wt%의 알지네이트 하이드로젤 전구 용액 100μl를 96 well plate에 넣고, 상기 제조된 세포가 배양된 전기방사 나노섬유 및 피브린 하이드로젤 복합체를 넣은 뒤, 칼슘클로라이드 용액 50 μl를 가했다. 37 ℃에서 5분간 가교시켜 세 가지 세포가 공배양 되어 있는 전기방사 나노섬유, 피브린 하이드로젤, 및 알지네이트 하이드로젤의 복합체인 세포가 포함된 나노케이지가 제조되었다. In order to coat the cultured electrospun nanofibers and the fibrin hydrogel complex with the alginate hydrogel, 100 μl of a 2 wt% alginate hydrogel precursor solution was placed in a 96-well plate, The radial nanofibers and the fibrin hydrogel complex were placed and 50 μl of calcium chloride solution was added. Nano cages were prepared containing cells that were complexed with electrospun nanofiber, fibrin hydrogel, and alginate hydrogel in which three cells were co-cultured at 37 ° C for 5 minutes.
실험예 3: 피브린 하이드로젤 내부에서의 HUVEC의 생존능 확인 Experimental Example 3: Determination of the viability of HUVEC in the fibrin hydrogel
HUVEC 의 피브린 하이드로젤 내부에서의 생존 능력을 확인하기 위해, HUVEC을 EGM-2 Bullekit 혼합 배지에 1 × 105 cells/ml의 비율이 되도록 분산시켜 HUVEC 분산액을 제조하고, 나노섬유의 존재 없이, 피브리노겐 하이드로젤 전구 용액 40 μl, 상기 세포 분산액 10 μl, 및 트롬빈 용액 40 μl을 96 well plate에 넣고 잘 섞어준 뒤 37 ℃ 에서 30 분간 가교시킨 다음 일주일간 배양(EGM-2 Bullekit 혼합 배지에서 배양) 하고 세포의 생존성을 확인하였다. 일주일간 배양 후 Live/Dead cell viability assay를 이용해 세포를 염색한 후 형광현미경을 통해 확인하였다. 그 결과를 도 7에 나타내었다 To confirm the viability of the HUVEC in the fibrin hydrogel, HUVEC was dispersed in a mixed medium of EGM-2 Bullekit at a concentration of 1 x 10 5 cells / ml to prepare a HUVEC dispersion. In the absence of nanofibers, fibrinogen 40 μl of the hydrogel precursor solution, 10 μl of the above cell dispersion, and 40 μl of the thrombin solution were mixed well and blended at 37 ° C. for 30 minutes, followed by culture for one week (cultured in EGM-2 Bullekit mixed medium) Cell viability was confirmed. After incubation for one week, cells were stained using Live / Dead cell viability assay and confirmed by fluorescence microscopy. The results are shown in Fig. 7
도 7은 HUVEC 의 피브린 하이드로젤 내부에서의 생존 능력을 확인하기 위해, 전기방사 나노섬유가 없이 피브린 하이드로젤 내부에 HUVEC을 1 × 105 cells/ml의 비율이 되도록 분산시켜 일주일 간 배양하고 세포의 생존성을 Live/Dead cell viability assay법으로 염색하여 확인한 결과를 촬영한 사진이다. 살아있는 세포는 초록색, 죽은 세포는 붉은색을 나타낸다. FIG. 7 shows that HUVEC was dispersed in fibrin hydrogel at a concentration of 1 × 10 5 cells / ml in a fibrin hydrogel without electrospun nanofibers for one week in order to confirm the viability of the HUVEC in the fibrin hydrogel. Survival was assessed by Live / Dead cell viability assay. Living cells are green, dead cells are red.
상기 결과에 따르면, 피브린 하이드로젤 내부에서 HUVEC가 높은 생존율을 나타내는 것으로 확인되었다. According to the results, it was confirmed that HUVEC in the fibrin hydrogel exhibits a high survival rate.
실험예 4: 세포가 포함된 나노케이지의 구조 확인 시험Experimental Example 4: Examination of structure of nanocage containing cells
세포가 포함되지 않은 나노케이지 단면을 확인하기 위해, 상기 실시예 4에서 단지 전기방사 나노섬유가 없는 것을 제외하고, 동일한 방법으로 피브린 하이드로젤을 알지네이트 하이드로젤로 코팅한 후, EGM-2 Bullekit 혼합 배지에서 1, 4, 및 7일 동안 배양 후에 광학현미경을 통해 두 하이드로젤의 단면을 확인하였다. 그 결과를 도 8에 나타내었다.In order to confirm the cross-section of the nanocage not containing cells, the fibrin hydrogel was coated with alginate hydrogel in the same manner as in Example 4 except that only the electrospun nanofibers were not used, and then the mixture was mixed with EGM-2 Bullekit mixed medium After 1, 4, and 7 days of incubation, the cross sections of the two hydrogels were examined through an optical microscope. The results are shown in Fig.
도 8은 1차 하이드로젤과 2차 하이드로젤의 복합체 모습을 확인하기 위해, 전기방사 나노섬유가 없이 HUVEC함유 피브린 하이드로젤을 알지네이트 하이드로젤로 코팅한 후, EGM-2 Bullekit 혼합 배지에서 1, 4, 및 7일동안 배양한 후에 광학현미경을 통해 두 하이드로젤의 단면을 촬영한 사진이다. 경계를 기준으로 내측은 세포가 존재하는 피브린 하이드로젤 , 외측은 세포가 없는 알지네이트 하이드로젤을 나타낸다. FIG. 8 is a graph showing the results of the comparison between the primary hydrogel and the secondary hydrogel in view of the composite appearance. The fibrin hydrogel containing HUVEC without the electrospun nanofibers was coated with alginate hydrogel, , And a photograph of a cross section of two hydrogels through an optical microscope after culturing for 7 days. On the border, the inside shows the fibrin hydrogel in which the cells are present, and the outside shows the cell-free alginate hydrogel.
도 8에 따르면, HUVEC가 피브린 하이드로젤 내부에만 잘 캡슐화된 것으로 확인되었다. According to FIG. 8, it was found that HUVEC was well encapsulated only in the fibrin hydrogel.
실험예 5: 세포가 포함된 피브린 하이드로젤의 혈관생성능 확인Experimental Example 5: Determination of vascular capacity of fibrin hydrogel containing cells
피브린 하이드로젤에서의 혈관생성능을 확인하기 위하여 HUVEC을 EGM-2 Bullekit 혼합 배지에 1 × 105 cells/ml의 비율이 되도록 분산시켜 HUVEC 분산액을 제조하고, 피브리노겐 하이드로젤 전구 용액 40 μl, 세포 분산액 10 μl, 트롬빈 용액 40 μl을 96 well plate에 넣고 잘 섞어준 뒤 37 ℃ 에서 30 분간 가교시켰다. 상기 방법으로 제조된 세포가 포함된 피브린 하이드로젤을 EGM-2 Bullekit 혼합 배지에 1 주일간 배양한 뒤 HUVEC의 혈관생성을 광학현미경을 통해 확인하였다. 그 결과를 도 9에 나타내었다.In order to confirm the vascularity in fibrin hydrogel, HUVEC was dispersed in a mixed medium of EGM-2 Bullekit at a concentration of 1 × 10 5 cells / ml to prepare a HUVEC dispersion. 40 μl of the fibrinogen hydrogel precursor solution, μl, and thrombin solution (40 μl) were mixed in a 96-well plate, followed by crosslinking at 37 ° C for 30 minutes. The fibrin hydrogel containing the cells prepared by the above method was incubated in a mixed medium of EGM-2 Bullekit for 1 week, and the angiogenesis of HUVEC was confirmed by an optical microscope. The results are shown in Fig.
도 9는 피브린 하이드로젤의 혈관 생성의 적합성을 확인하기 위해 전기방사 나노섬유 없이 HUVEC가 포함된 피브린 하이드로젤을 제작한 뒤, 1일, 4일, 및 7일의 시점에서 광학 현미경을 통해 HUVEC의 혈관 생성 과정을 관찰하였다.FIG. 9 is a graph showing the results of measurement of HUVEC-containing fibrin hydrogel without radiofrequency nanofibers in order to confirm the suitability of fibrin hydrogel for angiogenesis. After the fibrin hydrogel was prepared at 1 day, 4 days, and 7 days, The angiogenesis process was observed.
실험예 6: 세포가 포함된 나노케이지에서의 세포 활성 확인 시험Experimental Example 6: Test for confirming cell activity in a nanocage containing cells
나노케이지에서의 ADSC의 세포 활성을 확인하기 위하여 ADSC를 DMEM 혼합 배지에 총 세포가 1 × 105 cells/ml의 비율이 되도록 1:1로 분산시켜 세포 분산액을 제조하였다. 상기 실시예 1에서 제조된 전기방사 섬유를 96 well plate에 넣고 그 위에 앞서 제조한 세포 분산액을 시딩하였다. 세포 부착을 위해 세포가 시딩된 전기방사 나노섬유를 37 ℃에서 2시간 동안 배양하였다. 그 후에 상기 실시예 2에서의 방법과 동일하게 피브린 하이드로젤 복합체를 제작하고 실시예 3에서의 방법과 동일하게 나노케이지를 제작하였다. 이렇게 제작된 ADSC가 포함된 나노케이지를 EGM-2 Bullekit 혼합 배지에 1 주일간 배양하고 CCK-8 시약을 이용하여 ADSC의 활성을 측정하였다.In order to confirm the cell activity of ADSCs in the nanocage, ADSCs were dispersed in a DMEM mixed medium at a ratio of 1 × 10 5 cells / ml to 1 × 10 5 cells / ml to prepare a cell dispersion. The electrospun fiber prepared in Example 1 was placed in a 96-well plate and seeded with the cell dispersion prepared above. Cell-seeded electrospun nanofibers were incubated at 37 占 폚 for 2 hours for cell attachment. Thereafter, a fibrin hydrogel composite was prepared in the same manner as in Example 2, and a nanocage was prepared in the same manner as in Example 3. [ The nano cage containing the ADSCs thus prepared was cultured in a mixed medium of EGM-2 Bullekit for 1 week and the activity of ADSC was measured using CCK-8 reagent.
별도로, 나노케이지에서의 HUVEC의 세포 활성을 확인하기 위해 HUVEC을 EGM-2 Bullekit 혼합 배지에 1 × 105 cells/ml의 비율이 되도록 분산시켜 HUVEC 분산액을 제조하고, 상기 실시예 1에서 제조된 세포가 없는 전기방사 나노섬유와 피브리노겐 하이드로젤 전구 용액 40 μl, 세포 분산액 10 μl, 트롬빈 용액 40 μl을 96 well plate에 넣고 잘 섞어준 뒤 37 ℃ 에서 30 분간 가교시켰다. 그 후에 실시예 3에서의 방법대로 나노케이지를 제작하였다. 이렇게 제작된 HUVEC가 포함된 나노케이지를 EGM-2 Bullekit 혼합 배지에 1 주일간 배양하고 CCK-8 시약을 이용하여 ADSC의 활성을 측정하였다. 그 결과를 도 10에 나타내었다.Separately, in order to confirm the cell activity of HUVEC in the nanocage, HUVEC was dispersed in a mixed medium of EGM-2 Bullekit at a concentration of 1 × 10 5 cells / ml to prepare a HUVEC dispersion, and the cells prepared in Example 1 40 μl of the radioactive nanofibers and the fibrinogen hydrogel precursor solution, 10 μl of the cell dispersion and 40 μl of the thrombin solution were mixed in a 96-well plate, followed by mixing at 37 ° C. for 30 minutes. Thereafter, a nanocage was prepared according to the method in Example 3. [ The nano-cage containing the HUVEC thus prepared was cultured in a mixed medium of EGM-2 Bullekit for 1 week and the activity of ADSC was measured using CCK-8 reagent. The results are shown in Fig.
도 10은 나노케이지 내부에서 세포의 활성을 관찰하기 위해 HUVEC과 ADSC를 각각 피브린 하이드로젤과 전기방사 나노섬유에 1 주일간 배양하여 세포의 활성을 측정한 결과로서, 이 결과에 따르면 1 주일 동안의 배양에서도 세포의 활성이 유지되는 것으로 확인되었다. 10 shows the results of measuring the cell activity by incubating HUVEC and ADSC on fibrin hydrogel and electrospun nanofibers for 1 week in order to observe cell activity in the nanocage. As a result, The activity of the cells was confirmed to be maintained.
Claims (21)
제 1 하이드로젤 내에 상기 나노 섬유를 캡슐화하는, 혈관세포 배양을 위한 1um - 100um의 공극을 갖는 다공성의 제 1 하이드로젤층; 및
제 2 하이드로젤 내에 상기 제1하이드로젤층을 캡슐화하는, 세포의 부착배양 차단을 위한 1nm - 10nm 의 공극을 갖는 다공성의 제 2 하이드로젤층을 포함하는, 나노섬유 및 하이드로젤의 복합체. Nanofibers for culturing tissue regenerating cells;
A porous first hydrogel layer encapsulating the nanofibers in a first hydrogel, wherein the porous first hydrogel layer has a pore size of 1 um to 100 um for vascular cell culture; And
A composite of nanofibers and hydrogels comprising a porous second hydrogel layer having a pore size of 1 nm to 10 nm for blocking cell adhesion incubation, encapsulating said first hydrogel layer in a second hydrogel.
나노섬유 상에 부착배양된 심근세포 및 줄기세포를 함유하고,
상기 제 1 하이드로젤층은 HUVEC를 함유하는 것인 복합체.The method according to claim 1,
A fibroblast containing stem cells and myocardial cells adhered to nanofibers,
Wherein the first hydrogel layer contains HUVEC.
상기 제 1 하이드로젤층에 제 2 하이드로젤 전구체 용액을 가한 다음 가교반응시켜 상기 제 1 하이드로젤층을 캡슐화하는 제 2 하이드로젤층을 형성시키는 단계를 포함하는, 청구항 청구항 1-3, 5, 및 7-13 중 어느 한 항에 따른 복합체의 제조방법. Forming a first hydrogel layer for encapsulating the nanofibers by adding a nanofiber into a mold, adding a first hydrogel precursor solution, and then performing a crosslinking reaction; And
And forming a second hydrogel layer for encapsulating the first hydrogel layer by adding a second hydrogel precursor solution to the first hydrogel layer and then performing a crosslinking reaction. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102025401B1 (en) * | 2017-11-29 | 2019-09-25 | 전북대학교산학협력단 | Drug releasable nano fiber structure |
KR102132807B1 (en) * | 2017-12-13 | 2020-07-13 | 연세대학교 산학협력단 | A stem cell culture composition comprising a copolymer capable of controlling stemness |
KR102224683B1 (en) * | 2019-01-18 | 2021-03-08 | 경북대학교 산학협력단 | Wound dressing comprising h2o2 embedded plga microspheres into hydrogel sponge and manufacturing method thereof |
KR102430543B1 (en) * | 2019-01-18 | 2022-08-05 | 경북대학교 산학협력단 | Wound dressing comprising h2o2 embedded plga microspheres into hydrogel sponge and manufacturing method thereof |
WO2020204230A1 (en) * | 2019-04-04 | 2020-10-08 | 서울대학교산학협력단 | Composite of nanofiber and hydrogel, and scaffold for tissue regeneration comprising same |
CN111671975A (en) * | 2020-07-01 | 2020-09-18 | 江南大学 | Composite artificial skin material for repairing skin injury |
CN114146227B (en) * | 2021-10-09 | 2023-05-05 | 昆明理工大学 | Preparation method of flexible directional nanofiber composite membrane capable of promoting vascular regeneration |
KR20240103611A (en) | 2022-12-27 | 2024-07-04 | 주식회사 매트릭셀바이오 | Kaolin reinforced alginate-chitosan hydrogel composition and method for manufacturing scaffold using the same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140271843A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-18 | Massachusetts Institute Of Technology | Multi-Layer Hydrogel Capsules for Encapsulation of Cells and Cell Aggregates |
KR101694625B1 (en) | 2015-07-07 | 2017-01-09 | 성균관대학교산학협력단 | 3d scaffold for tissue regeneration and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2356227B1 (en) | 2008-11-14 | 2018-03-28 | Viacyte, Inc. | Encapsulation of pancreatic cells derived from human pluripotent stem cells |
CN116212115A (en) | 2013-03-07 | 2023-06-06 | 韦尔赛特公司 | Three-dimensional high-capacity cell encapsulation device assembly |
KR101685248B1 (en) * | 2014-01-14 | 2016-12-09 | 연세대학교 산학협력단 | Multi-layered electrospun fiber incorporated hydrogel |
KR20160035316A (en) * | 2014-09-23 | 2016-03-31 | 한국산업기술대학교산학협력단 | Method for forming monolayers of vascular endothelial cell using nanofibrous mats and hydrogel |
-
2017
- 2017-06-29 KR KR1020170082919A patent/KR102001120B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140271843A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-18 | Massachusetts Institute Of Technology | Multi-Layer Hydrogel Capsules for Encapsulation of Cells and Cell Aggregates |
KR101694625B1 (en) | 2015-07-07 | 2017-01-09 | 성균관대학교산학협력단 | 3d scaffold for tissue regeneration and manufacturing method thereof |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
LI, Y. et al., The Scientific World Journal(2015) Vol.2015, Article ID 685690, 10 pages* |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20230006662A (en) * | 2021-07-01 | 2023-01-11 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | A medical device for cartilage regeneration-protection by mechanical stimulation and biodegradability |
KR102611664B1 (en) | 2021-07-01 | 2023-12-12 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | A medical device for cartilage regeneration-protection by mechanical stimulation and biodegradability |
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