KR102152946B1 - 세포 지지체 및 세포 지지체의 제조 방법 - Google Patents

세포 지지체 및 세포 지지체의 제조 방법 Download PDF

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이진우
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이재익
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Abstract

본 발명은 세포 지지체 및 세포 지지체의 제조 방법에 관한 것으로, 분자 용액이 전기방사되어 형성된 제1 돌출부 및 고분자 용액이 전기방사되어 형성되고 상기 제1 돌출부에 이격 배치된 제2 돌출부를 포함하고, 상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 한 쌍을 이루며, 한 쌍의 돌출부는 세포 지지체에 복수 개 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

세포 지지체 및 세포 지지체의 제조 방법{The Cell Scaffold and the Method of Making Cell Scaffold}
본 발명은 세포 지지체 및 세포 지지체의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 조직공학은 질병, 사고 등으로 인하여 인체 기관이 갖고 있던 특수한 기능을 상실하게 되었을 때, 생체대용품을 만들어 이식함으로써 사고나 질병에 의해 손상된 환자의 조직을 대체하거나 복원하는 것을 주 목적으로 하고 있는 학문이다. 그 중에서도 특히 세포가 자랄 수 있도록 지지체 역할을 하는 스캐폴드(scaffold)는 조직공학의 주요 분야 중 하나이다.
스캐폴드는 세포가 분화 및 배양과정을 거쳐 완전한 조직으로 성장할 때까지 세포의 배양기 역할을 해야 하므로, 독성이 없고 생체적합성(biocompatibility)이 우수한 생체재료로 만들어져야 한다. 또한 세포가 다 자라 조직으로서의 역할을 수행할 수 있을 때까지 지지체 역할을 해야 하므로 적절한 기계적 강도도 가져야 하며, 세포가 다 자라 조직이 복원된 시점에서는 스스로 분해되어 소멸해 없어지는 생분해성(biodegradability)을 갖고 있어야 한다.
세포 지지체가 환자 몸에 이식 후 분해되어 사라질 동안, 세포 지지체는 연골 조직이 배양되어 기관지가 재생될 수 있도록 하여야 한다.
그러나, 기관지는 호흡을 통해 양압과 음압이 반복해서 걸리는 구조를 갖고 있으며, 또한 환자가 목을 움직일 때 세포 지지체는 굽힘이나 회전도 수행되어야 한다.
상기 서술한 특성 때문에, 인공 세포 지지체는 무너짐 현상이 발생하여 파괴될 수 있으며 재 협착을 야기할 수 있다.
(KR) 등록특허 제 10-1562366 호 (KR) 등록특허 제 10-1363573 호
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 연골 조직이 잘 배양 될 수 있는 구조를 갖는 인공 세포 지지체 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체는 분자 용액이 전기방사되어 형성된 제1 돌출부 및 고분자 용액이 전기방사되어 형성되고 상기 제1 돌출부에 이격 배치된 제2 돌출부를 포함하고, 상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 한 쌍을 이루며, 한 쌍의 돌출부는 세포 지지체에 복수 개 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체는 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부 사이의 공간에 분사된 하이드로젤을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 전도성 봉에 전기 방사되어 형성되고, 상기 전도성 봉의 원주를 따라 일부 돌출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체의 하이드로젤은 연골세포를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체의 하이드로젤은 바이오프린팅되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체의 제조방법은 고분자 용액을 전도성 봉에 전기방사하여 내피를 생성하는 단계; 상기 내피에 고분자 용액을 전기방사하여 제1 돌출부를 형성하는 단계 및 상기 제1 돌출부에 이격 배치하고, 상기 내피에 고분자 용액을 전기방사하여 제2 돌출부를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체의 제조방법은 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부 사이의 공간에 하이드로젤을 분사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제1 돌출부 및 제2 돌출부를 형성하는 단계는, 전도성 봉에 고분자 용액을 전기 방사하여 형성하고, 상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 상기 전도성 봉의 원주를 따라 일부 돌출되도록 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체 및 세포 지지체의 제조 방법은 연골세포를 포함하는 하이드로젤이 바이오프린팅 된 후, 융해되거나 이탈되는 현상을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체는 하이드로젤을 잡아주며, 세포 부착력을 향상시킴으로써, 종래의 세포 지지체보다 연골 재생에 더욱 효과적이며, 기관지의 신속한 조직화를 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체 구조는 실제 기관지와 유사한 운동성을 가짐으로써, 손상된 환자의 조직을 대체하거나 복원하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체 구조의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체 구조의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체를 제작하는 과정의 일 부분을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체의 정면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세포 지지체의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세포 지지체의 후면도이다.
도 8a 및 도 8b는 비교 실험에 사용된 종래의 세포 지지체 구조를 나타낸다.
도 8c는 비교 실험에 사용된 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체 구조를 나타낸다.
도 9는 종래의 세포 지지체 구조와 본 발명의 회전각 성능을 비교실험한 결과를 나타낸다.
도 10은 하이드로젤의 융해 정도를 실험하는 방법을 나타낸다.
도 11a는 종래의 세포 지지체 구조(Cylinder type)의 도 10에 따른 실험의 결과를 나타낸다.
도 11b는 종래의 세포 지지체 구조(Bellows type)의 도 10에 따른 실험의 결과를 나타낸다.
도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체 구조의 도 10에 따른 실험 결과를 나타낸다.
도 12는 내부 하이드로젤 융해 정도를 비교실험한 결과를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
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.
또한, "제 1"및 "제 2"라는 용어는 본 명세서에서 구별 목적으로만 사용되며, 어떠한 방식으로도 서열 또는 우선 순위를 나타내거나 예상하는 것을 의미하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체 구조의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체 구조의 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체는 제1 돌출부(101) 및 제2 돌출부(102)를 포함하며, 제1 돌출부(101) 및 제2 돌출부(102)가 이격 배치될 수 있다. 제1 돌출부(101) 및 제2 돌출부(102)가 한 쌍의 돌출부를 구성하며 세포 지지체(100)에 복수개 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 돌출부(101, 102, 111, 112)는 내피 세포 배양층(103) 상에 배치될 수 있다. 내피 세포 배양층(103)은 전도성 봉 위에 전기 방사되어 적층되어, 내경을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 돌출부(101)와 제2 돌출부(102)의 이격공간(T1)은 인접한 한 쌍의 돌출부들 간의 거리(T2)보다 짧을 수 있다.
예컨대, 제1 돌출부(101)와 제2 돌출부(102)의 이격공간(T1)은 1mm 이하 일 수 있고, 인접한 한 쌍의 돌출부들 간의 거리(T2)는 3mm 이하 일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체를 제작하는 과정의 일 부분을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 제1 돌출부(101) 및 제2 돌출부(102)는 내피 세포 배양층(103)에 생분해성 고분자 용액이 전기 방사되어 형성될 수 있다.
상기 생분해성 고분자는 PCL(Poly(caprolactone)), PLLA(Poly(L-lactic acid)), PCLA(Poly(caprolactone-co-lactide)), PU(Polyurethane) 및 실크(Silk)로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나, 생체에 적합하고 생분해성을 나타내는 고분자라면, 이에 한정되지 않는다.
상기 생분해성 고분자는 분자량에 상관없이 사용될 수 있으나, 분자량이 40,000 내지 50,000 MW, 구체적으로 42,000 내지 48,000 MW일 수 있다. 상기 범위의 분자량을 가진 생분해성 고분자으로 본 발명의 세포 지지체 제조시 바람직한 효과를 얻을 수 있다.
상기 생분해성 고분자 용액은 상기 생분해성 고분자를 유기용매에 용해시킨 것일 수 있다. 상기 생분해성 고분자를 용해시키기 위한 유기용매로는 클로로폼, 메틸렌클로라이드, 아세트산, 에틸아세테이트, 다이메틸카보네이트, 테트라하이드로퓨란, 포름산, 빙초산 등이 사용될 수 있다.
상기 생분해성 고분자 용액 내 생분해성 고분자는 3 내지 20 wt%, 구체적으로 5 내지 15 wt%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체는 튜브형으로 구성될 수 있으며, 내경은 전도성 봉의 직경에 의해 결정될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체의 직경은 5mm 일 수 있다.
전기방사는 생분해성 고분자 용액에 강한 전기장을 인가함으로써 생분해성 고분자를 마이크로 또는 나노 굵기의 섬유 형태로 제조할 수 있다. 상기 전기방사 공정은 통상의 전기방사 장치를 이용하여 수행할 수 있다. 또한, 전기방사는 전기방사 조건(전압, 방사거리, 유속 등)을 조절하여 제조되는 섬유의 굵기를 조절할 수 있다.
섬유의 굵기는 내피에 포함된 배양되는 세포의 종류에 따라 조절되며 해당 세포에 적합한 부착성 및 방향성을 부가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체는 FDM(Fused Deposition Modeling) 3차원 프린팅 적층방식과 회전체 장비를 사용하여 제작되어, 돌출부의 3차원 형태를 제작할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체의 정면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체는 제1 돌출부(101) 및 제2 돌출부(102) 사이에 하이드로젤을 포함할 수 있다.
하이드로젤은 연골 세포(cartilage cell)를 포함할 수 있고, 하이드로젤은 바이오프린팅 기법으로 제1 돌출부(101) 및 제2 돌출부(102) 사이에 분사될 수 있다.
따라서, 하이드로젤은 제1 돌출부(101) 및 제2 돌출부(102) 사이에서 보호되고 사다리꼴 형태를 띌 수 있다. 이러한 세포 지지체의 구조 및 형태는 하이드로젤에 포함된 연골 세포가 세포 지지체 내에서 조직으로 충분히 만들어 질 수 있는 환경을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체의 구조는 하이드로젤이 세포 지지체에 지지되어 연골 세포는 세포 지지체에 부착되는 부착력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체에 바이오 프린팅된 하이드로젤은 추후 연골 조직이 완전히 형성될 때까지 연골기능을 대신하여, 목의 회전, 굽힘, 인장 등의 움직임을 가능하게 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세포 지지체의 측면도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세포 지지체의 후면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 세포 지지체의 돌출부 및 하이드로젤은 전도성 봉의 원주를 따라 일부만 돌출되는 구조를 갖는다. 즉, 돌출부 및 하이드로젤은 C 자 타입으로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 세포 지지체의 돌출부 및 하이드로젤을 C자 타입으로 형성하는 이유는 해부학적 및 생체역학적 인공기관지 형태를 구현하기 위함이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 봉에 전기 방사된 내피는 기관지 내피 융모세포가 잘 형성될 수 있도록 표면 개질이 수행되었다. 이러한 내피의 표면 개질과 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체의 구조는 연골 세포를 포함하는 하이드로젤을 장기간 유지할 수 있어서 조직화가 효과적으로 이루어질 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체는 손상된 기관지를 대체할 수 있는 인공장기로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체의 우수성을 실험 비교 예를 들어 설명한다.
도 8a 및 도 8b는 비교 실험에 사용된 종래의 세포 지지체 구조를 나타내고, 도 8c는 비교 실험에 사용된 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체 구조를 나타낸다. 보다 구체적으로, 도 8a는 실린더 타입(Cylinder Type)의 세포 지지체를 나타내고, 도 8b는 벨로우 타입(Bellows Type)의 세포 지지체를 나타낸다. 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체로, 돌출부가 한 쌍으로 구비된 연골 타입(Cartilage Type)의 세포 지지체를 나타낸다.
<제1 비교실험예: 회전 성능>
도 9는 종래의 세포 지지체 구조와 본 발명의 회전각 성능을 비교실험한 결과를 나타낸다.
세포 지지체는 목의 굽힘, 이완, 회전운동을 고려하여 설계되므로, 세포 지지체의 성능은 이완, 회전, 탄성 등으로 평가될 수 있다. 따라서, 회전각이 높으면 높을수록 세포 지지체의 성능은 좋다고 할 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연골 타입(Cartilage Type)의 세포 지지체(c)의 회전각은 약 250°이며, 종래의 실린더 타입의 세포 지지체(a)는 100°이하이고, 종래의 벨로우 타입의 세포 지지체(b)의 회전각은 약 100°이다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 연골 타입(Cartilage Type)의 세포 지지체(c)의 해부학적 성능이 종래의 세포 지지체 구조인 실린더 타입의 세포 지지체(a) 및 벨로우 타입의 세포 지지체(b)의 해부학적 성능보다 우수하다고 평가할 수 있다.
<제2 비교실험예: 연골세포/수화젤 친화적 세포지지체의 성능>
도 10은 하이드로젤의 융해 정도를 실험하는 방법을 나타낸다.
기관지는 호흡을 통해 양압과 음압이 반복해서 걸리는 환경이기 때문에, 이러한 환경에서도 연골 조직이 인공 세포 지지체에 잘 부착되어 배양되어야 한다. 따라서, 도 10과 같이 하이드로젤이 무너지는 정도인 융해 정도를 실험하였다.
도 10에 나타낸 하이드로젤 융해 실험은 체외(in vitro) 실험이며, 세포 지지체에 물과 같은 유체를 흘려보내고, 유량의 속도, 시간, 젤라틴(연골 세포에 대응)의 함유량에 따라 하이드로젤의 융해 정도를 확인하였다. 하이드로젤의 융해 정도는 남은 젤라틴의 잔여량으로 확인하였는데, 남은 젤라틴의 잔여량이 많을수록 세포 지지체의 성능이 높다고 할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체 구조는 수화젤이 녹는 현상을 방지하기 위한 장벽 구조를 갖고 있기 때문에, 수화젤이 녹지 않고 연골세포를 붙잡아둘 수 있도록 하여 연골세포끼리 조직화가 잘 될 수 있도록 한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체 구조는 수화젤이 녹는데 시간을 벌 수 있는 구조를 가지는데, 수화젤이 잘 녹지 않는다면 젤라틴의 잔여량은 많게 된다.
도 10에 나타난 실험에서 유량은 분당 각각 1cc/min, 5cc/min, 10cc/min 인가하여 30분. 1시간, 2시간 후 남은 하이드로젤의 량을 측정하였다. 실험은 세포 지지체들에 각각 15% 및 20%의 젤라틴(연골 세포에 대응)을 함유하는 하이드로젤을 분사한 순환 모델 시험(circulation mock up)을 적용하여 2가지의 모델(15% 젤라틴 함유한 모델, 20% 젤라틴 함유한 모델)에 대한 시험 결과를 각각 얻었다.
도 11a는 종래의 세포 지지체 구조(Cylinder type)의 도 10에 따른 실험의 결과를 나타내고, 도 11b는 종래의 세포 지지체 구조(Bellows type)의 도 10에 따른 실험의 결과를 나타내며, 도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체 구조(Cartillage type) 의 도 10에 따른 실험 결과를 나타낸다. 도 11a 내지 도 11c에서 왼쪽 그래프는 15% 젤라틴 함유한 모델에서의 실험 결과를, 오른쪽 그래프는 20% 젤라틴 함유한 모델에서의 실험 결과를 의미한다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c를 참조하면, 30분, 1시간, 2시간 순으로 잔여 젤라틴량이 줄어드는 것을 확인할 수 있었고, 유량이 1cc/min, 5cc/min, 10cc/min 인 경우 순으로 젤라틴량이 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 시간이 지날수록 그리고 유량이 셀수록 젤라틴량은 줄어드는 것을 의미한다.
그리고 젤라틴 20% 함유한 모델에서의 잔여 젤라틴 량은 젤라틴 15% 함유한 모델보다 많은데, 시간이 경과할수록 양 모델의 잔여 젤라틴량 차이가 드러나는 것을 확인할 수 있다.
젤라틴 15% 함유한 모델에서 유량이 1cc/min이고 30분 경과한 때, 서로 다른 종류의 세포 지지체에서의 실험 결과를 비교해 보면, 도 11a에서와 같이 실린더 타입의 종래 세포 지지체는 잔여 젤라틴량이 약 0.03g이고, 도 11b에서와 같이 벨로우 타입의 종래 세포 지지체는 잔여 젤라틴량은 약 0.48g이며, 도 11c에서와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체는 약 0.65g이다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체 구조(Cartillage type)의 잔여 젤라틴량이 비교군인 종래 세포 지지체 구조보다 현격히 높은 것을 확인할 수 있다.
이러한 결과는 젤라틴 20% 함유한 모델에서도 마찬가지이다. 유량이 1cc/min이고 2시간 경과한 때, 서로 다른 종류의 세포 지지체에서의 실험 결과를 비교해 보면, 도 11a에서와 같이 실린더 타입의 종래 세포 지지체는 잔여 젤라틴량이 거의 0g이고, 도 11b에서와 같이 벨로우 타입의 종래 세포 지지체는 잔여 젤라틴량은 약 0.14g이며, 도 11c에서와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체는 약 0.45g이다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체의 구조는 분사된 하이드로젤이 세포 지지체에 부착되어 융해되거나 이탈되지 않도록 하여 하이드로젤에 포함된 연골 세포가 효과적으로 재생되도록 할 수 있다.
<제3 비교실험예: 내피세포/수화젤 친화적 세포지지체의 성능>
도 12는 내부 하이드로젤 융해 정도를 비교실험한 결과를 나타낸다. 즉, 도 12는 내피 세포 내의 하이드로젤 융해 정도를 나타낸다.
내부 하이드로젤 융해 정도도 젤라틴 함유량 각각 15%, 20%인 모델(mock up)을 적용하여 평가되었다. 도 12의 왼쪽 그래프는 15% 젤라틴 함유한 모델에서의 실험 결과를, 오른쪽 그래프는 20% 젤라틴 함유한 모델에서의 실험 결과를 의미한다.
제3 비교 실험예도 체외(in vitro) 실험이며, 실험 조건은 호흡량(tidal volume) 170ml, 호흡수 분당 30회를 세포 지지체에 인가하는 조건이며, 실험 결과는 1일과 2일 경과시 젤라틴 잔여율(%)을 각각 비교하였다. 젤라틴 잔여율(%)은 모델 적용시에 포함된 젤라틴 함유량을 100% 기준으로 하였다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체의 돌출부는 고분자 용액의 전기 방사로 형성되어 표면을 개질한 것인데, 전기 방사를 통해 나노/마이크로 섬유의 표면적을 넓힐 수 있으며, 세포가 세포끼리 붙거나 다른 조직에 붙기 위한 세포발이 뻗어서 세포의 생착성을 높일 수 있게 한다.
전기 방사된 나노/마이크로 섬유는 친수성으로 변하게 되므로, 수화젤이 부착될 수 있는 장점이 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체의 돌출부의 벽면은 수화젤이 잘 부착될 수 있도록 하여 세포가 돌출부 벽면에 붙어서 조직으로 잘 형성될 수 있도록 한다.
따라서, 제3 비교 실험예는 상기 효과를 검증할 수 있도록 내피세포에 공기를 통과시키고, 표면에 남은 수화젤의 잔여량을 측정하는 것이다.
도 12를 참조하면, 젤라틴 15% 함유 모델에서 1일 및 2일 경과한 모든 경우, 실린더 타입의 종래 세포 지지체(A) 및 벨로우 타입의 종래 세포 지지체(B)는 젤라틴 잔여율이 20% 이하이고, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체(C)는 젤라틴 잔여율이 20% 이상인 결과를 달성하였다.
또한 젤라틴 20% 함유 모델의 실험 결과를 설명하면, 1일 및 2일 경과한 모든 경우, 실린더 타입의 종래 세포 지지체(A) 및 벨로우 타입의 종래 세포 지지체(B)는 젤라틴 잔여율이 20% 이하이고, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체(C)는 젤라틴 잔여율이 100% 가까운 결과를 달성하였다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체(C) 를 사용한 경우에서 기존의 세포 지지체(A, B)보다 젤라틴을 포함하는 하이드로젤의 잔여량이 현저하게 높은 것을 알 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 지지체 구조는 연골 세포의 융해나 이탈을 방지함으로써 연골 형성 및 조직화를 신속하게 달성할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 세포 지지체
101 : 제1 돌출부
102 : 제2 돌출부
103 : 내피 세포 배양층
104 : 하이드로젤

Claims (10)

  1. 세포 지지체에 있어서,
    고분자 용액이 전기방사되어 형성된 제1 돌출부 및
    고분자 용액이 전기방사되어 형성되고 상기 제1 돌출부에 이격 배치된 제2 돌출부를 포함하고,
    상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 한 쌍을 이루며, 한 쌍의 돌출부는 세포 지지체에 복수 개 배치되는 것을 특징으로 하는 세포 지지체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부 사이의 공간에 분사된 하이드로젤을 더 포함하는 세포 지지체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 전도성 봉에 전기 방사되어 형성되고, 상기 전도성 봉의 원주를 따라 일부 돌출되는 것을 특징으로 하는 세포 지지체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 하이드로젤은 연골세포를 포함하는 세포 지지체.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 하이드로젤은 바이오프린팅되는 것을 특징으로 하는 세포 지지체.
  6. 세포 지지체의 제조방법에 있어서,
    고분자 용액을 전도성 봉에 전기방사하여 내피를 생성하는 단계;
    상기 내피에 고분자 용액을 전기방사하여 제1 돌출부를 형성하는 단계 및
    상기 제1 돌출부에 이격 배치하고, 상기 내피에 고분자 용액을 전기방사하여 제2 돌출부를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 한 쌍을 이루며, 한 쌍의 돌출부는 세포 지지체에 복수 개 배치되는 것을 특징으로 하는 세포 지지체의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부 사이의 공간에 하이드로젤을 분사하는 단계를 더 포함하는 세포 지지체의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    제1 돌출부 및 제2 돌출부를 형성하는 단계는,
    전도성 봉에 고분자 용액을 전기 방사하여 형성하고,
    상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 상기 전도성 봉의 원주를 따라 일부 돌출되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 세포 지지체의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 하이드로젤은 연골세포를 포함하는 세포 지지체의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 하이드로젤은 바이오프린팅되는 것을 특징으로 하는 세포 지지체의 제조 방법.
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