KR102170467B1 - Cell scaffold with fiber bundle structure and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 섬유다발 구조를 갖는 세포지지체 및 이의 제조방법 등에 관한 것으로서, 본 발명의 세포지지체 제조방법은 PVA와 고분자를 혼합하여 구조체를 제작하고 PVA를 제거함에 따라 체내 근조직과 유사한 표면 구조를 갖는 세포지지체를 제조할 수 있으며, 섬유다발 구조를 갖는 세포지지체는 근육세포의 성장 및 성숙과 근원세포의 근육세포로의 분화에 최적화된 3차원 미세환경을 제공한다. 따라서, 본 발명의 세포지지체는 근육조직 재생을 위한 근육세포 배양 기판 골조를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.The present invention relates to a cell scaffold having a fibrous bundle structure and a method for manufacturing the same, wherein the cell scaffold manufacturing method of the present invention prepares a structure by mixing PVA and a polymer, and removes PVA, so that cells having a surface structure similar to that of muscle tissue in the body A scaffold can be prepared, and a cell scaffold having a fibrous bundle structure provides a three-dimensional microenvironment optimized for growth and maturation of muscle cells and differentiation of myoblasts into muscle cells. Therefore, it is expected that the cell support of the present invention can provide a muscle cell culture substrate skeleton for regeneration of muscle tissue.

Figure R1020180044138
Figure R1020180044138

Description

섬유다발 구조를 갖는 세포지지체 및 이의 제조방법{Cell scaffold with fiber bundle structure and method of manufacturing the same}Cell scaffold with fiber bundle structure and method of manufacturing the same}

본 발명은 섬유다발 구조를 갖는 세포지지체 및 이의 제조방법 등에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 생체 적합성 고분자와 PVA의 혼합물을 이용하여 스트럿 제조 후 PVA를 제거하는 방법에 의해 제조된 섬유다발 구조를 갖는 세포 지지체 등에 관한 것이다.The present invention relates to a cell support having a fiber bundle structure and a method for preparing the same, and more specifically, a cell support having a fiber bundle structure prepared by a method of removing PVA after preparing a strut using a mixture of a biocompatible polymer and PVA. Etc.

근육은 우리 몸을 지탱하고 생명현상을 유지하는 필수 조직이다. 근육은 근원세포(myoblast)가 분화하여 다핵의 근관세포(multinucleated myotube)를 형성하고 근육세포(myocyte)를 만든다. 근육, 인대, 및 힘줄 등을 포함하는 근육 골격 조직은 다양한 3차원의 배열 또는 패턴을 갖는다. 세포는 세포의 거동에 영향을 미치는 지형 신호를 감지할 수 있으며, 세포의 유형, 크기 및 형태를 비롯한 다양한 요인을 제어할 수 있다. 조직의 기능적 특성을 회복하기 위하여 조직의 미세 환경을 모방한 생체모방 지지체 (biomimetic scaffold)가 이용되고 있으며, 최근 마이크로-/나노-기술의 발전에 따라 2차원의 마이크로-/나노-토폴로지(topological) 구조가 개발되었다.Muscles are essential tissues that support our body and maintain life phenomena. In the muscle, myoblasts differentiate to form multinucleated myotubes and create myocytes. Musculoskeletal tissues, including muscles, ligaments, and tendons, have various three-dimensional arrangements or patterns. Cells can detect topographical signals that affect cell behavior and control a variety of factors, including cell type, size, and shape. In order to restore the functional properties of tissues, a biomimetic scaffold that mimics the microenvironment of tissues is used, and according to the recent development of micro-/nano-technology, a two-dimensional micro-/nano-topology The structure was developed.

한편, 매우 조밀하게 정렬되어 있는 섬유다발로 구성되어 있어 섬유다발이 뻗어 나가는 방향으로 수축하는 기능을 수행하는 골격 근육 조직은 단일 근육 세포의 조합에 의해 차례로 형성되는 근섬유로 구성된 근육 조직의 위상 구조를 가지며, 근육세포의 정렬은 근관세포(myotubes)를 형성하며, 이러한 정렬이 근육 발생에 영향을 미치는 것으로 고려된다. 즉, 근육조직의 재생을 위해서는 근육세포의 정렬이 매우 중요함을 의미한다. On the other hand, the skeletal muscle tissue that performs the function of contracting in the direction in which the fiber bundle extends because it is composed of very densely aligned fiber bundles is a phase structure of muscle tissue consisting of muscle fibers sequentially formed by a combination of single muscle cells. And the alignment of muscle cells forms myotubes, which is considered to affect muscle development. In other words, it means that the alignment of muscle cells is very important for the regeneration of muscle tissue.

Electrospun 기술을 이용한 나노 섬유는 근육세포의 정렬을 유도할 수 있으며, electrospun chitosan-PCL [PCL, poly (ε-caprolactone)] 나노 섬유는 세포의 정렬을 유도하고 근관세포를 형성하는 것이 확인되었다(Jana, S.; Leung, M.; Chang, J.; Zhang, M. Effect of nano- and micro-scale topological features on alignment of muscle cells and commitment of myogenic differentiation. Biofabrication 2014, 6 (3), 035012.). 또한, 포토 리소그래피를 통해 제조된 마스터 몰드를 주형으로 음각을 임프린트한 폴리스티렌(polystyrene) 기판에서 세포를 배양하는 경우 근육세포의 정렬이 가능함이 밝혀졌다. 그러나 임프린트 공정으로 제작한 기판에서 세포 배양은 근육세포의 정렬에는 영향을 미치지만 근원세포의 근육세포로의 분화에는 유의한 영향이 없다는 결점이 있다. Nanofibers using electrospun technology can induce alignment of muscle cells, and it was confirmed that electrospun chitosan-PCL [PCL, poly (ε-caprolactone)] nanofibers induce cell alignment and form myotubes (Jana , S.; Leung, M.; Chang, J.; Zhang, M. Effect of nano- and micro-scale topological features on alignment of muscle cells and commitment of myogenic differentiation.Biofabrication 2014, 6 (3), 035012.) . In addition, it has been found that when cells are cultured on a polystyrene substrate imprinted with an intaglio using a master mold manufactured through photolithography as a template, it is possible to align muscle cells. However, cell culture on the substrate produced by the imprint process has a drawback that although it affects the alignment of muscle cells, it does not significantly affect the differentiation of myoblasts into muscle cells.

근육세포를 정렬하는 다른 방법으로는 세포접착 단백질이 마이크로 패턴화된 기판에서 세포를 배양하는 것이다. 이는 세포배양 접시에 microcontact printing 기법을 사용하여 피브로넥틴, 라미닌, 또는 콜라젠을 부착시킴으로서 근육세포로의 분화 및 근관세포 형성에 영향을 미치는 지형적 특성을 제공하는 것이다. Another way to align muscle cells is to culture the cells on a micropatterned substrate with cell adhesion proteins. This is to provide topographic characteristics that affect the differentiation into muscle cells and the formation of myotube cells by attaching fibronectin, laminin, or collagen to the cell culture dish using a microcontact printing technique.

그러나, 기 연구된 패턴 형성 방법은 2차원(2D) 표면 구조를 제공하는 것에 그치며, 2D 표면 구조는 근원세포의 정렬은 가능하나, 근관세포 및 근섬유(myofiber) 형성에는 효율적이지 않은 문제가 있다. 이러한 2D 표면 구조의 한계를 극복하기 위하여 3차원(3D) 표면 구조를 개발하고자 하는 다양한 연구가 진행되고 있다.However, the previously studied pattern formation method only provides a two-dimensional (2D) surface structure, and the 2D surface structure allows the alignment of myoblasts, but there is a problem in that it is not efficient for the formation of myotubes and myofibers. In order to overcome the limitation of the 2D surface structure, various studies are being conducted to develop a three-dimensional (3D) surface structure.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 궁극적으로 근육조직의 재생을 위한 것으로서, 근육세포 배양시 근육세포의 일축 정렬을 유도하여 근관(myotubes)을 형성할 수 있도록 미세패턴을 갖는 3차원 구조의 세포지지체를 제공하는 것이다. The technical task to be achieved by the present invention is ultimately for regeneration of muscle tissue, and a three-dimensional structure of a cell support having a fine pattern to form myotubes by inducing uniaxial alignment of muscle cells during muscle cell culture. To provide.

따라서, 본 발명의 목적은 근육 조직과 유사한 섬유 구조를 갖는 세포지지체(scaffold) 제조방법과 상기 제조방법에 의해 제조된 세포지지체를 제공하는 것이다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for producing a cell scaffold having a fibrous structure similar to that of muscle tissue and a cell support prepared by the method.

또한. 본 발명의 다른 목적은 상기 세포지지체에 근원세포를 배양하는 단계를 포함하는 근원세포의 근육세포로의 분화 촉진 방법과 상기 방법에 의해 분화된 근육세포 포함하는 세포치료제의 제공하는 것이다. In addition. Another object of the present invention is to provide a method for promoting differentiation of myoblasts into muscle cells, including culturing myoblasts on the cell support, and a cell therapy product comprising muscle cells differentiated by the method.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 (a) 비결정질 폴리비닐알코올(Poly(vinyl alcohol): PVA) 용액에 생체적합성 고분자를 첨가하여 PVA/고분자 혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 PVA/고분자 혼합물을 압출하여 단축(單軸) 배열하는 단계; (c) 상기 배열된 PVA/고분자 혼합물을 동결건조하는 단계; 및 (d) 상기 PVA/고분자 혼합물을 세척하여 PVA를 제거하는 단계를 포함하는, 섬유다발 구조를 갖는 세포지지체(scaffold) 제조방법을 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention comprises the steps of: (a) preparing a PVA/polymer mixture by adding a biocompatible polymer to an amorphous polyvinyl alcohol (PVA) solution; (b) extruding the PVA/polymer mixture to uniaxially arrange it; (c) lyophilizing the arranged PVA/polymer mixture; And (d) it provides a method for producing a cell scaffold having a fiber bundle structure comprising the step of removing the PVA by washing the PVA/polymer mixture.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 (a) 단계에서 PVA/고분자 혼합물은 고분자와 PVA가 1 내지 5: 5 내지 9 비율로 혼합된 것일 수 있다. In another embodiment of the present invention, in the step (a), the PVA/polymer mixture is PVA It may be mixed in a ratio of 1 to 5: 5 to 9.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 (b) 단계에서 압출시 PVA/고분자 혼합물의 유속은 0.01 내지 0.2 μL/s일 수 있으며, 바람직하게는 0.02 내지 0.08 μL/s 일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the flow rate of the PVA/polymer mixture during extrusion in step (b) may be 0.01 to 0.2 μL/s, and preferably 0.02 to 0.08 μL/s.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 (b)단계의 압출은 회전압출일 수 있다. In another embodiment of the present invention, the extrusion of step (b) may be rotational extrusion.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 제조방법은 (c)단계 이후에 상기 동결건조된 PVA/고분자 혼합물에 EDC (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride) 용액을 첨가하여 상기 고분자를 가교결합시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. In yet another embodiment of the present invention, the manufacturing method comprises adding an EDC (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride) solution to the lyophilized PVA/polymer mixture after step (c) to obtain the polymer. It may further comprise the step of crosslinking.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 가교결합시키는 단계는 실온에서 10 내지 50분 동안 수행될 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 40분, 더욱 바람직하게는 약 30분 동안 수행될 수 있다. In another embodiment of the present invention, the crosslinking step may be performed at room temperature for 10 to 50 minutes, preferably 20 to 40 minutes, more preferably for about 30 minutes.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 생체적합성 고분자는 합성 고분자 또는 천연 고분자일 수 있다. In another embodiment of the present invention, the biocompatible polymer may be a synthetic polymer or a natural polymer.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 합성 고분자는 폴리-ε-카프로락톤(polycarprolactone, PCL), 폴리-락틱-코-글리코릭산(poly(lactic-co-glycolic acid): PLGA) 및 폴리락틱산 (polylactic acid: PLLA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자일 수 있다. In another embodiment of the present invention, the synthetic polymer is poly-ε-caprolactone (PCL), poly-lactic-co-glycolic acid (poly(lactic-co-glycolic acid): PLGA), and polylactic acid. It may be one or more polymers selected from the group consisting of (polylactic acid: PLLA).

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 천연 고분자는 콜라젠(collagen), 키토산(chitosan), 알지네이트(alginate), 및 젤라틴(gelatin)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자일 수 있다. In another embodiment of the present invention, the natural polymer may be one or more polymers selected from the group consisting of collagen, chitosan, alginate, and gelatin.

또한, 본 발명은 비결정질 폴리비닐알코올(Poly(vinyl alcohol): PVA)과 생체적합성 고분자를 혼합하여 제조한 구조체에서 폴리비닐알코올이 제거되어 섬유다발 구조를 갖는 세포지지체를 제공한다. In addition, the present invention provides a cell support having a fiber bundle structure by removing polyvinyl alcohol from a structure prepared by mixing amorphous polyvinyl alcohol (PVA) and a biocompatible polymer.

또한, 본 발명은 상기 세포지지체에 근원세포(myoblast)를 배양하는 단계를 포함하는, 근원세포의 근육세포로의 분화 유도 또는 분화 촉진 방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for inducing differentiation or promoting differentiation of myoblasts into muscle cells, comprising culturing myoblasts on the cell support.

본 발명의 일 구현예로, 상기 근육세포는 골격근세포일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the muscle cells may be skeletal muscle cells.

본 발명의 세포지지체 제조방법에 따르면 PVA와 고분자를 혼합하여 구조체를 제작하고 PVA를 제거하여 근섬유 다발로 이루어진 체내 근조직과 유사한 표면 구조를 갖는 세포지지체를 제조할 수 있다. 본 발명의 세포지지체에서 근육세포를 배양하는 경우 그 증식이 활발하고, 근육세포의 증식과 유사하게 양극 신장하는 형태를 나타내며, 근관 형성이 촉진되어 근섬유로의 배양이 가능한 장점이 있다. 또한, 본 발명의 세포지지체에 근원세포를 배양하는 경우 근육세포로의 분화가 촉진되는 효과가 있는바, 본 발명의 섬유다발 구조를 갖는 세포지지체는 근육세포의 성장 및 성숙과 근원세포의 근육세포로의 분화에 최적화된 3차원 미세환경을 제공하여, 근육조직 재생을 위한 근육세포 배양 기판에 골조를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 본 발명의 세포지지체는 근육 재생뿐만 아니라 척수, 신경조직, 인대 등 배열된 구조로 이루어진 조직 재생에 유용하게 이용될 것으로 기대된다.According to the method for producing a cell scaffold of the present invention, a structure is prepared by mixing PVA and a polymer, and PVA is removed to prepare a cell scaffold having a surface structure similar to that of the muscle tissue in the body composed of a bundle of muscle fibers. In the case of culturing muscle cells in the cell scaffold of the present invention, the proliferation is active and bipolar extension is similar to that of muscle cells, and root canal formation is promoted to enable culture into muscle fibers. In addition, when culturing myoblasts on the cell scaffold of the present invention, the differentiation into muscle cells is promoted. The cell scaffold having a fibrous bundle structure of the present invention includes growth and maturation of muscle cells and muscle cells of myoblasts. By providing a three-dimensional microenvironment that is optimized for differentiation into a furnace, it is expected to be able to provide a skeleton for a muscle cell culture substrate for muscle tissue regeneration. In addition, the cell support of the present invention is expected to be usefully used not only for muscle regeneration, but also for tissue regeneration consisting of an array of structures such as spinal cord, nerve tissue, and ligaments.

도 1a는 반결정질(semi-crystalline) PVA에 고온을 가하여 비결정질(amorphous) PVA로 상을 전이시켜 섬유화된 PVA 용액을 제조하는 단계의 모식도이다.
도 1b는 PVA/콜라젠 혼합물을 노즐을 통해 압출하여 단축배열하고, 동결건조하고, EDC를 첨가하여 콜라젠의 가교결합을 유도하고, 증류수로 세척하여 PVA를 제거하여 섬유 구조를 갖는 콜라젠 세포지지체를 제조하는 방법의 모식도이다.
도 2는 PVA 함량을 달리하여 제조된 세포지지체 표면의 주사전자현미경(SEM) 이미지(a 내지 d)와 PVA 함량에 따른 세포지지체의 토폴로지 특성(e), Storage modulus(f), 및 complex viscosity(g)의 차이를 비교한 그래프이다.
도 3a는 순수한 콜라젠으로 제조한 콜라젠 스트럿(strut)와 PVA/콜라젠 혼합물(PVA:콜라젠=1:1)로 제조한 콜라젠 스트럿의 주사전자현미경 이미지이다.
도 3b는 순수한 콜라젠으로 제조한 콜라젠 스트럿과 PVA/콜라젠 혼합물(PVA:콜라젠=1:1)로 제조한 콜라젠 스트럿의 distribution of orientation(d)과 PVA 성분이 PVA/콜라젠 스트럿으로부터 완전히 침출되었는지 확인한 푸리에 변환 적외선 (FT-IR) 결과(e)를 비교한 그래프이다.
도 4a는 콜라젠과 PVA의 비율을 달리한 혼합물로 제조한 콜라젠 스트럿 표면의 주사전자현미경 이미지이다.
도 4b는 콜라젠과 PVA의 비율을 달리한 혼합물로 제조한 콜라젠 스트럿의 distribution of orientation(e)과 유변학적 특성(f)의 차이를 비교한 그래프이다.
도 4c는 PVA/고분자 혼합물을 압출할 때의 유속을 달리하여 제조된 스트럿 표면의 주사전자현미경 이미지(g 내지 j)와 유속에 따른 스트럿의 distribution of orientation(k)과 직경(l)의 차이를 비교한 그래프이다.
도 5는 PCL과 PVA의 함량비를 달리하여 제조한 PCL 스트럿의 표면과 단면의 이미지((d) pure PCL, (e) PCL: PVA = 7:3, (f) PCL: PVA = 3:7), 함량비에 따른 distribution of orientation(c)의 차이를 비교한 그래프, PVA/고분자 혼합물을 회전압출하는 프린팅 방법의 모식도(h), 및 회전압출 프린팅 방법에 의해 제조된 PCL 구조의 이미지(i 및 j)이다.
도 6은 CCS(a) 및 CSAT(b) 세포지지체의 광학현미경 및 주사전자현미경 이미지와 distribution of orientation(c)를 비교한 그래프이다.
도 7a는 CCS 또는 CSAT 세포지지체에 세포를 배양하고 1일 및 3일이 경과한 후 live 세포(초록색)와 dead 세포(빨간색)를 형광염색하여 획득한 이미지(a 및 b)와 MTT assay 분석을 통해 1, 3, 및 7일 경과한 후 세포 증식을 평가한 그래프(c)이다.
도 7b는 CCS 또는 CSAT 세포지지체에 세포를 배양하고 7일 및 14일이 경과한 후 핵(파란색)과 F-actin(빨간색)을 형광염색하여 획득한 이미지(d 및 e)와 14일 경과 후 distribution of orientation(f)의 차이를 비교한 그래프이다.
도 8a는 CCS 또는 CSAT 세포지지체에 세포를 배양하고 7, 14, 및 21일이 경과한 후 핵(파란색)과 MHC(초록색)를 형광염색하여 획득한 이미지이다.
도 8b는 CCS 또는 CSAT 세포지지체에 세포를 배양하고 7일 및 14일이 경과한 후 distribution of orientation의 차이를 비교한 그래프이다.
도 8c는 CCS 또는 CSAT 세포지지체에 세포를 배양하고 MHC(myosin heavy chain)을 분석한 그래프((f) MHC positive area, (g) myotube length, (h) myotube diameter, (i) fusion index, and (j) maturation index)와 Myod1, Myf5, myogenin (Myog), 및 Myh2의 발현 정도를 비교한 그래프이다. 유전자 발현은 β-actin과 비교하고 CCS 세포지지체에서 배양한 세포의 값으로 표준화하였다.
1A is a schematic diagram of a step of preparing a fibrous PVA solution by applying a high temperature to a semi-crystalline PVA to transfer a phase to an amorphous PVA.
Figure 1b is a PVA/collagen mixture extruded through a nozzle to uniaxially arrange, freeze-dry, and add EDC to induce crosslinking of collagen, and wash with distilled water to remove PVA to prepare a collagen cell support having a fiber structure. It is a schematic diagram of how to do it.
2 is a scanning electron microscope (SEM) image (a to d) of the surface of a cell support prepared by varying the PVA content, and topology characteristics (e), storage modulus (f), and complex viscosity of the cell support according to the PVA content ( This is a graph comparing the difference between g).
3A is a scanning electron microscope image of a collagen strut prepared with pure collagen and a collagen strut prepared with a PVA/collagen mixture (PVA: collagen=1:1).
3B is a Fourier showing distribution of orientation (d) and PVA components of collagen struts prepared with pure collagen and collagen struts prepared with PVA/collagen mixture (PVA: collagen=1:1) and PVA components completely leached from PVA/collagen struts. This is a graph comparing the converted infrared (FT-IR) result (e).
4A is a scanning electron microscope image of the surface of a collagen strut prepared with a mixture of collagen and PVA in different ratios.
FIG. 4B is a graph comparing the distribution of orientation (e) and rheological properties (f) of collagen struts prepared with a mixture of different ratios of collagen and PVA.
Figure 4c shows the difference between the distribution of orientation (k) and diameter (l) of the strut according to the flow rate and the scanning electron microscope image (g to j) of the strut surface prepared by varying the flow rate when extruding the PVA/polymer mixture. This is a comparison graph.
5 is an image of the surface and cross-section of the PCL strut prepared by varying the content ratio of PCL and PVA ((d) pure PCL, (e) PCL: PVA = 7:3, (f) PCL: PVA = 3:7. ), a graph comparing the difference in distribution of orientation (c) according to the content ratio, a schematic diagram of a printing method for rotationally extruding a PVA/polymer mixture (h), and an image of the PCL structure manufactured by the rotational extrusion printing method (i And j).
6 is a graph comparing the distribution of orientation (c) with optical and scanning electron microscope images of CCS (a) and CSAT (b) cell scaffolds.
Figure 7a shows images (a and b) obtained by fluorescence staining of live cells (green) and dead cells (red) after 1 and 3 days of culturing cells on a CCS or CSAT cell support, and MTT assay analysis. It is a graph (c) evaluating cell proliferation after 1, 3, and 7 days have elapsed.
7B is an image (d and e) obtained by fluorescence staining of nuclei (blue) and F-actin (red) after 7 and 14 days of culturing cells on a CCS or CSAT cell support, and after 14 days. This is a graph comparing the difference in distribution of orientation(f).
Figure 8a is an image obtained by culturing cells on a CCS or CSAT cell support, and fluorescently staining the nuclei (blue) and MHC (green) after 7, 14, and 21 days have elapsed.
8B is a graph comparing the difference in distribution of orientation after 7 and 14 days of culturing cells on a CCS or CSAT cell support.
Figure 8c is a graph of culturing cells on CCS or CSAT cell support and analyzing myosin heavy chain (MHC) ((f) MHC positive area, (g) myotube length, (h) myotube diameter, (i) fusion index, and (j) maturation index) is a graph comparing the expression levels of Myod1, Myf5, myogenin (Myog), and Myh2. Gene expression was compared with β-actin and normalized to the value of cells cultured on the CCS cell support.

본 발명자들은 세포 배양에 있어 미세한 위상 패턴이 중요한 영향을 미침에 착안하여, 근육세포의 분화 및 배양에 최적화된 3차원 미세패턴 구조체를 개발하기 위하여 예의 연구한 결과, PVA를 이용함으로써 근 조직내에서 근섬유가 다발을 이루듯 일축 배열된 섬유 구조체를 제작할 수 있음을 확인하고, 제작된 구조체에서 근육세포 배양시 활발하게 증식하고, 근관(myotube)을 형성하며, 근원세포(myoblast)의 근육세포(myocyte)로의 분화가 빠르게 진행됨을 확인하여 본 발명을 완성하였다. The present inventors focused on the important influence of the fine phase pattern in cell culture, and as a result of intensive research to develop a three-dimensional fine pattern structure optimized for differentiation and cultivation of muscle cells, PVA was used in muscle tissue. It was confirmed that a fibrous structure that is uniaxially arranged as a bundle of muscle fibers can be produced, actively proliferates when culturing muscle cells from the produced structure, forms a myotube, and forms the myoblast's myocyte. ) By confirming that the differentiation proceeds rapidly to complete the present invention.

보다 구체적으로, 본 발명자들은 결정질(crystalline) 또는 반결정질(semi-crystallin)의 폴리비닐알코올(polyvinyl-achohlo: PVA)을 고온 또는 고압을 가하여 비결정질(amorphous) 구조의 PVA로 상전이 하여 섬유화된 PVA를 획득하고, 이를 고분자와 혼합하여 프린팅 공정을 통해 압출하여 PVA/고분자 구조체를 제조하였다. 이어서, 제조된 PVA/고분자 구조체를 증류수로 세척하여 PVA를 제거함으로써 근육세포의 배양 또는 분화에 최적화된 섬유다발 표면 구조를 갖는 세포지지체(scaffold)를 획득하였다. More specifically, the present inventors applied high temperature or high pressure to crystalline or semi-crystallin polyvinyl-achohlo (PVA) to form a fibrous PVA by phase transition to PVA of an amorphous structure. It was obtained, mixed with a polymer, and extruded through a printing process to prepare a PVA/polymer structure. Subsequently, the prepared PVA/polymer structure was washed with distilled water to remove PVA, thereby obtaining a cell scaffold having a fiber bundle surface structure optimized for culturing or differentiation of muscle cells.

본 발명의 구체적인 실시예에서는 PVA와 콜라겐을 혼합하여 프린팅 공정, 동결건조 공정, 가교결합 공정, 및 PVA 제거 공정을 통해 제작된 콜라겐 구조체와, 순수한 콜라겐 구조체, 및 PVA가 제거되지 않은 PVA/콜라겐 구조체의 표면을 주사전자현미경을 통해 확인하고 그 정렬의 정도를 FWHM(full width at half maximum)으로 정량한 결과, 순수한 콜라겐 구조체 및 PVA가 제거되지 않은 PVA/콜라겐 구조체의 표면은 보다 표면이 매끄러운 반면, PVA가 제거된 후 콜라겐 구조체의 경우 섬유다발의 표면과 유사한 일축 배열된 미세 패턴을 형성하였고, 그 정렬의 정도(FWHM)또한 14.7°로 상당히 높았다(실시예 2-2 및 도 3a 참조). In a specific embodiment of the present invention, a collagen structure produced through a printing process, a lyophilization process, a crosslinking process, and a PVA removal process by mixing PVA and collagen, a pure collagen structure, and a PVA/collagen structure in which PVA is not removed The surface of is confirmed through a scanning electron microscope and the degree of alignment was quantified by FWHM (full width at half maximum). As a result, the surface of the pure collagen structure and the PVA/collagen structure from which PVA was not removed has a smoother surface, whereas After the PVA was removed, in the case of the collagen structure, a uniaxially arranged micro pattern similar to the surface of the fiber bundle was formed, and the degree of alignment (FWHM) was also considerably high at 14.7° (see Example 2-2 and FIG. 3A).

이에 본 발명은 (a) 비결정질 폴리비닐알코올(Poly(vinyl alcohol): PVA) 용액에 생체적합성 고분자를 첨가하여 PVA/고분자 혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 PVA/고분자 혼합물을 압출하여 단축(單軸) 배열된 스트럿(strut)을 제조하는 단계; (c) 상기 배열된 PVA/고분자 스트럿을 동결건조하는 단계; 및 (d) 상기 PVA/고분자 스트럿을 세척하여 PVA를 제거하는 단계를 포함하는, 섬유다발 표면 구조를 갖는 세포지지체(scaffold) 제조방법을 제공하는 것이다. Accordingly, the present invention comprises the steps of: (a) preparing a PVA/polymer mixture by adding a biocompatible polymer to an amorphous polyvinyl alcohol (PVA) solution; (b) extruding the PVA/polymer mixture to produce a single uniaxially arranged strut; (c) lyophilizing the arranged PVA/polymer struts; And (d) washing the PVA/polymer strut to remove the PVA, to provide a method for producing a cell scaffold having a fiber bundle surface structure.

한편, PVA 제거 후에도 고분자간의 결합이 유지될 수 있도록, 본 발명은 (c)단계 이후에 상기 동결건조된 PVA/고분자 스트럿에 EDC (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride) 용액을 첨가하여 상기 고분자를 가교결합시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. On the other hand, so that the binding between polymers can be maintained even after PVA is removed, the present invention provides an EDC (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride) solution to the lyophilized PVA/polymer strut after step (c). It may further include the step of crosslinking the polymer by adding.

또한, 상기 (b)단계에서 PVA/고분자 혼합물의 압출은 3D 프린터를 이용하여 수행할 수 있고, 이때 노즐(nozzle) 또는 노즐의 팁(nozzle tip)이 회전하는 회전압출일 수 있다. In addition, the extrusion of the PVA/polymer mixture in step (b) may be performed using a 3D printer, and at this time, a nozzle or a nozzle tip may be rotationally extruded.

본 발명의 구체적인 실시예에서는 배열된 3차원 섬유다발 구조를 갖는 세포 배양 지지체 제조에 있어 상기 미세 표면 구조형성에 최적의 조건을 세밀하게 분석하였다. 보다 구체적으로, 상기 (a)단계에서 PVA의 함량 및 PVA와 고분자의 혼합비율과 상기 (b)단계에서 PVA/고분자 혼합물의 압출시 압력, 즉 유속의 조건을 각각 달리하여, 세포지지체를 제조하고 그 표면을 관찰하여 보다 근조직 유사 표면을 갖는 세포지지체를 확인하여 그 최적 조건을 판별하였다(실시예 2 및 3 참조). In a specific embodiment of the present invention, the optimal conditions for formation of the microsurface structure in the manufacture of a cell culture scaffold having an arranged three-dimensional fiber bundle structure were analyzed in detail. More specifically, by varying the content of PVA and the mixing ratio of PVA and polymer in step (a) and the pressure when extruding the PVA/polymer mixture in step (b), that is, the conditions of flow rate, respectively, to prepare a cell support, By observing the surface, a cell scaffold having a more muscle tissue-like surface was identified to determine the optimum conditions (see Examples 2 and 3).

본 발명자들은 일축 배열된 섬유다발 표면구조 제작에 최적의 PVA 함량을 확인하기 위하여, PVA/콜라겐 혼합물에서 PVA의 함량을 5, 10, 15, 및 20 중량%로 달리하여 세포지지체를 제조하고 그 표면을 확인한 결과, PVA의 함량이 15-20 중량%인 경우 PVA가 제거된 후 콜라겐 구조체의 섬유 다발 구조가 뚜렷하게 나타남을 확인할 수 있었다(실시예 2-1 참조). The present inventors prepared a cell scaffold by varying the content of PVA to 5, 10, 15, and 20% by weight in a PVA/collagen mixture in order to confirm the optimal PVA content for fabricating the surface structure of a uniaxially arranged fiber bundle, and the surface As a result of confirming, when the content of PVA was 15-20% by weight, it was confirmed that the fiber bundle structure of the collagen structure was clearly displayed after the PVA was removed (see Example 2-1).

따라서, 상기 PVA의 중량퍼센트는 PVA 제거 후 획득되는 세포 배양 지지체의 표면이 섬유다발 모양의 패턴을 갖도록 하는 것이라면 제한되지 아니하나, PVA가 너무 적게 포함된 경우 PVA 제거 후 블록 모양의 패턴이 형성되고, PVA가 너무 많이 포함되는 경우 PVA 점도가 너무 높아져 콜라겐과의 결합이 용이하지 않다는 점에 문제가 있다. 따라서, 상기 제조방법에서 (a) 단계의 PVA/고분자 혼합물은 PVA를 12 내지 25 wt%로 포함할 수 있으며, 바람직하게는 15 내지 22 wt%, 더욱 바람직하게는 20(±1) wt% 포함할 수 있다.Therefore, the weight percent of the PVA is not limited as long as the surface of the cell culture support obtained after PVA removal has a fiber bundle pattern, but when too little PVA is included, a block-shaped pattern is formed after PVA removal. If too much PVA is included, there is a problem in that the PVA viscosity is too high to facilitate binding to collagen. Therefore, in the preparation method, the PVA/polymer mixture of step (a) may contain 12 to 25 wt% of PVA, preferably 15 to 22 wt%, more preferably 20 (±1) wt% can do.

또한, 본 발명자들은 일축 배열된 섬유다발 표면구조 제작에 최적의 PVA/고분자 혼합비율을 확인하기 위하여, 콜라겐과 PVA를 각각 7:3, 5:5, 3:7, 및 1:9로 혼합한 콜라겐/PVA 혼합물을 이용하여 세포지지체를 제조하고 그 표면을 분석한 결과, 7:3의 비율의 경우 일축 배열된 위상패턴을 관찰할 수 없었으나, 그 외의 비율의 경우 일축 배열된 섬유 다발 모양의 위상 패턴이 관찰할 수 있었다. 한편, 1:9의 비율의 경우 일축 배열된 위상 패턴을 확인할 수는 있었으나 PVA 침출 후 불안정한 스트럿의 구조를 보였다(실시예 2-3 참조). In addition, the present inventors mixed collagen and PVA at 7:3, 5:5, 3:7, and 1:9, respectively, in order to confirm the optimal PVA/polymer mixing ratio for fabricating the surface structure of uniaxially arranged fiber bundles. As a result of preparing a cell scaffold using a collagen/PVA mixture and analyzing its surface, in the case of a ratio of 7:3, a uniaxial phase pattern could not be observed, but in the case of other ratios, a uniaxially arranged fiber bundle was formed. The phase pattern could be observed. On the other hand, in the case of the ratio of 1:9, it was possible to confirm the uniaxially arranged phase pattern, but the structure of the unstable strut was shown after PVA leaching (see Example 2-3).

따라서, 상기 고분자/PVA 혼합비율은 PVA 제거 후 획득되는 세포 배양 지지체의 표면이 섬유다발 모양의 패턴을 갖도록 하는 것이라면 제한되지 아니하나, 1 내지 5: 5 내지 9의 비율일 수 있다. 즉, 고분자 1 중량부를 기준으로 PVA는 0.5 내지 9 중량부, 바람직하게는 1 내지 9 중량부, 더욱 바람직하게는 1 내지 2.3 중량부로 포함될 수 있다. Therefore, the polymer/PVA mixing ratio is not limited as long as the surface of the cell culture support obtained after PVA removal has a fiber bundle pattern, but may be a ratio of 1 to 5: 5 to 9. That is, PVA may be included in an amount of 0.5 to 9 parts by weight, preferably 1 to 9 parts by weight, and more preferably 1 to 2.3 parts by weight, based on 1 part by weight of the polymer.

또한, 본 발명자들은 일축 배열된 섬유다발 표면구조 제작에 압출시 최적의 유속을 확인하기 위하여, 압출시 혼합물의 유속을 0.02-0.11 μL/s으로 달리하여 세포지지체를 제조하고 그 표면을 분석한 결과, 유속이 느리면 불안정한 섬유 패턴을 나타내고 유속이 빠르면 일축 배열된 각 패턴의 직경이 증가함을 확인할 수 있었다(실시예 2-4 참조). In addition, the present inventors prepared a cell scaffold by varying the flow rate of the mixture to 0.02-0.11 μL/s during extrusion in order to confirm the optimum flow rate during extrusion for the fabrication of the surface structure of a uniaxially arranged fiber bundle, and analyzed the surface. , When the flow rate was low, an unstable fiber pattern was indicated, and when the flow rate was high, it was confirmed that the diameter of each pattern arranged uniaxially increased (see Example 2-4).

따라서, 상기 압출시 혼합물의 유속은 PVA 제거 후 획득되는 세포 배양 지지체의 표면이 섬유다발 모양의 패턴을 갖도록 하는 것이라면 제한되지 아니하나, 바람직하게는 0.01 내지 0.2 μL/s, 바람직하게는 0.02 내지 0.11 μL/s, 더욱 바람직하게는 0.08(±0.02) μL/s일 수 있다. Therefore, the flow rate of the mixture during extrusion is not limited as long as the surface of the cell culture support obtained after PVA removal has a fiber bundle-like pattern, but is preferably 0.01 to 0.2 μL/s, preferably 0.02 to 0.11 μL/s, more preferably 0.08 (±0.02) μL/s.

PVA의 함량이 15-20 중량 %인 경우 PVA가 제거된 후 콜라겐 구조체의 섬유 다발 구조가 뚜렷하게 나타남을 확인할 수 있었다(실시예 2-1 참조). When the content of PVA was 15-20% by weight, it could be confirmed that the fiber bundle structure of the collagen structure was clearly displayed after PVA was removed (see Example 2-1).

한편, 본 발명에서 '고분자(polymer)'는 세포 배양 기판의 골격을 형성하는 것으로서 수용성인 생체적합성 고분자(biocompatibie polymer)인 것이 바람직하고, 합성 고분자 및 천연 고분자를 포함한다. 상기 생체적합성 고분자란 생체 조직이나 그로부터 획득될 수 있는 세포, 체액 등과 접촉하였을 때 거부반응이 나타나지 않는 특성의 고분자를 의미한다. Meanwhile, in the present invention, the'polymer' is a water-soluble biocompatibie polymer that forms the skeleton of a cell culture substrate, and includes synthetic polymers and natural polymers. The biocompatible polymer refers to a polymer having a characteristic that does not exhibit rejection when contacted with biological tissues, cells obtained therefrom, and body fluids.

본 발명에서 '합성 고분자'란 유기화학 공학적으로 제조된 것으로서 수용성 중합체라면 제한되지 아니하며, 그 비제한적인 예로서, Polycaprolactone (PCL), Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA), 및 Polylatic acid (PLLA) 등이 있다. In the present invention, the term'synthetic polymer' is an organic chemical engineering and is not limited as long as it is a water-soluble polymer, and non-limiting examples thereof include Polycaprolactone (PCL), Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA), and Polylatic acid. (PLLA), etc.

또한, 본 발명에서 '천연 고분자'란 콜라겐(collagen), 셀룰로오스(cellulose), 전분(starch), 키토산(chitosan), 알지네이트(alginate) 및 젤라틴(gelatin) 등일 수 있다. In addition, in the present invention, the'natural polymer' may be collagen, cellulose, starch, chitosan, alginate, and gelatin.

한편, 본 발명의 구체적인 실시예에서는 폴리비닐알코올을 비결정질 PVA와 혼합하여, 압출 공정, 및 PVA 제거 공정을 수행하여 PCL 세포지지체를 제작하여 그 표면을 분석한 결과, 섬유다발 형태의 미세패턴 표면을 갖음을 확인하였으며, 특히 압출시 노즐을 회전하는 경우 섬유다발 형태의 미세패턴이 형성된 나선형 세포지지체를 획득할 수 있음을 확인하였다(실시예 1-5 및 실시예 3 참조).On the other hand, in a specific embodiment of the present invention, polyvinyl alcohol was mixed with amorphous PVA, an extrusion process, and a PVA removal process were performed to prepare a PCL cell support, and the surface was analyzed. As a result, a micropatterned surface in the form of a fiber bundle It was confirmed that, in particular, when the nozzle is rotated during extrusion, it was confirmed that a helical cell support having a fine pattern in the form of a fiber bundle can be obtained (see Examples 1-5 and Example 3).

또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서는, 상기 방법으로 제조된 세포지지체에 근원세포를 배양하여 세포 생존의 정도를 MTT assay와 형광염색을 통해 관찰한 결과, 상기 세포지지체에서 세포가 높은 수준으로 생존하고 증식할 수 있음을 확인하였다. 특히, 핵과 세포골격(F-actin)의 형광염색 결과로부터 본원의 일축 배열된 패턴 구조를 갖는 세포지지체에서 배양하는 경우 근육 조직에서의 세포 신장과 유사하게 평행하게 정렬된 양극 신장 형태로 증식함을 확인하였다. 또한, 근육세포 마커 유전자의 발현을 분석한 결과로부터 본원발명이 제공하는 세포지지체가 근원세포(myoblast)의 근육세포로의 분화를 촉진하는 것을 확인하였으며, 이때 신체 내에 근조직이 다핵의 근섬유로 구성되어 있는 것과 동일하게 MHC 양성 영역에서 수개의 핵이 확인되어 근관(myotube) 형성에 유리한 것을 알 수 있었다(실시예 4). In addition, in a specific embodiment of the present invention, as a result of culturing myoblasts on the cell support prepared by the above method and observing the degree of cell survival through MTT assay and fluorescent staining, the cells survive at a high level in the cell support. It was confirmed that it can proliferate. In particular, from the results of fluorescence staining of the nucleus and cytoskeleton (F-actin), it was found that when cultured on a cell support having a uniaxially arranged pattern structure of the present application, it proliferates in the form of bipolar kidneys aligned in parallel similar to the cell elongation in muscle tissue. Confirmed. In addition, from the results of analyzing the expression of the muscle cell marker gene, it was confirmed that the cell scaffold provided by the present invention promotes the differentiation of myoblast into muscle cells, and the muscle tissue in the body is composed of multinuclear muscle fibers. As in the case, several nuclei were identified in the MHC-positive region, and it was found that it is advantageous for myotube formation (Example 4).

상기로부터, 본원발명이 제공하는 세포지지체는 근원세포의 근육세포로의 분화를 촉진하기 위한 세포 배양 기판으로 이용될 수 있으며, 본 발명의 세포지지체에서 배양한 근육세포는 그 대사활동이 활발한바, 본원의 세포지지체에 배양하여 수득된 근육세포는 근육질환의 예방 또는 치료가 필요한 개체에 투여할 수 있는 세포치료제로 이용될 수 있다. From the above, the cell scaffold provided by the present invention can be used as a cell culture substrate for promoting differentiation of myoblasts into muscle cells, and the muscle cells cultured in the cell scaffold of the present invention have active metabolic activity, The muscle cells obtained by culturing on the cell support of the present application can be used as a cell therapy agent that can be administered to an individual in need of prevention or treatment of muscle diseases.

한편, 본 발명의 세포지지체는 생체적합성 고분자로 구성되어 근육조직의 재생을 위한 생체 삽입 소자로 이용될 수 있다. 생체 삽입 소자로 이용되는 경우 상기 세포지지체는 생분해성 고분자로 구성되는 것이 바람직하다.On the other hand, the cell support of the present invention is composed of a biocompatible polymer and can be used as a bio-insertion device for regeneration of muscle tissue. When used as a biological device, the cell support is preferably made of a biodegradable polymer.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment is presented to aid the understanding of the present invention. However, the following examples are provided for easier understanding of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.

실시예 1. 실험 방법 및 재료Example 1. Experimental method and material

1-1. Materials1-1. Materials

PVA (밀도 = 1.27g/cm3, Mn = 89000-98000g mol-1) 및 PCL (Mn = 45000g mol-1, Tm = 60 ℃)는 Sigma-Aldrich Co. (St. Louis, USA)에서 구입하였다. I 형 콜라겐 4 % (MatrixPSP, 순도: 98 % 이상, Bioland, Cheonan-city, South Korea)를 돼지 피부에서 얻었다. 콜라겐을 가교 결합시키기 위한 EDC (Mw = 191.7) 용액은 Sigma-Aldrich에서 구입하여 사용하였다.PVA (density = 1.27 g/cm 3 , Mn = 89000-98000 g mol -1 ) and PCL (Mn = 45000 g mol -1 , T m = 60 °C) were obtained from Sigma-Aldrich Co. (St. Louis, USA). Type I collagen 4% (MatrixPSP, purity: 98% or higher, Bioland, Cheonan-city, South Korea) was obtained from pig skin. EDC (Mw = 191.7) solution for crosslinking collagen was purchased from Sigma-Aldrich and used.

1-2. PVA의 in situ 섬유화 방법1-2. In situ fibrosis method of PVA

일축 정렬된 표면 구조를 갖는 콜라겐 스트럿을 제조하기 위하여 PVA 섬유화 공정을 수행하였다. 보다 구체적으로 PVA를 120℃의 오토클레이브(autoclave)에서 증류수에 10 분간 용해하여 섬유화하였다. 기 수행된 연구에 따르면 PVA의 수산화기는 물과 결합하고, 하이드로겔(hydrogel)의 구조는 3D 프린팅 노즐 내에서 물과 PVA의 결합력을 약화시키는 벽 전단 응력 (wall shear stress)을 통해 마이크로피브릴(microfibrill) 형태로 개질된다. A PVA fibrosis process was performed to prepare a collagen strut having a uniaxially aligned surface structure. More specifically, PVA was dissolved in distilled water for 10 minutes in an autoclave at 120° C. to form fibers. According to previously conducted studies, the hydroxyl groups of PVA combine with water, and the structure of the hydrogel is microfibrils through wall shear stress that weakens the bonding force between water and PVA in the 3D printing nozzle. microfibrill) form.

1-3. 미세패턴이 형성된 콜라겐 구조체의 제조 방법1-3. Method for producing a collagen structure with a fine pattern

PVA를 120℃의 오토클레이브(autoclave)에서 증류수에 10 분간 용해하여 섬유화시키고, 4 중량% 콜라겐을 5, 10, 15 또는 20 중량% PVA 용액과 혼합하였다. 비결정질의 PVA와 콜라겐을 혼합하는 경우 PVA의 하이드록실기 사이로 콜라겐이 혼합된다. 세포지지체 제작에는 저온 플레이트(-10 ℃)를 사용하였으며, PVA/고분자 혼합물을 압출하는 노즐의 이동속도가 20mm/s인 three-axis printing system (DTR3-2210 T-SG, DASA Robot, Seoul, South Korea)을 이용하였다. PVA/콜라겐 스트럿(strut) 제조에는 150㎛의 내경을 갖는 30G 노즐을 이용하였고, 압출시 혼합물의 유속은 0.08μL/s로 조절하였다. PVA/콜라겐 스트럿은 SFDSM06 동결건조기(Samwon, Busan, South Korea)를 사용하여 -76℃에서 12 시간 동안 동결 건조하였고, 이어서 50mM EDC 용액을 95% 에탄올(ethanol)과 함께 첨가하여 실온에서 24시간 동안 콜라겐 가교결합을 형성시켰다. 이어서 4시간 동안 37℃의 증류수로 3회 세척하여 PVA/콜라겐 스트럿에서 PVA를 제거하였다. PVA가 제거된 콜라겐 구조체는 다시 -76 ℃에서 12 시간 동안 동결 건조하였다.PVA was dissolved in distilled water for 10 minutes in an autoclave at 120° C. to form fibers, and 4 wt% collagen was mixed with 5, 10, 15 or 20 wt% PVA solution. When amorphous PVA and collagen are mixed, collagen is mixed between the hydroxyl groups of PVA. A low-temperature plate (-10 ℃) was used to fabricate the cell scaffold, and a three-axis printing system (DTR3-2210 T-SG, DASA Robot, Seoul, South) with a moving speed of 20mm/s of the nozzle extruding the PVA/polymer mixture. Korea) was used. A 30G nozzle having an inner diameter of 150 μm was used to manufacture PVA/collagen struts, and the flow rate of the mixture was adjusted to 0.08 μL/s during extrusion. PVA/collagen struts were freeze-dried at -76°C for 12 hours using an SFDSM06 freeze dryer (Samwon, Busan, South Korea), and then 50mM EDC solution was added together with 95% ethanol for 24 hours at room temperature. Collagen crosslinks were formed. Subsequently, by washing three times with distilled water at 37° C. for 4 hours, PVA/collagen struts were removed from PVA. The collagen structure from which PVA was removed was freeze-dried again at -76°C for 12 hours.

1-4. 미세패턴이 형성된 PCL 구조체의 제조 방법1-4. Method of manufacturing PCL structure with fine pattern formed

위상적으로 미세패턴이 형성된 합성 고분자 구조체를 제조하기 위하여, 120 ℃의 오토클레이브에서 20 중량%의 PVA를 증류수에 10분간 용해하고, PVA 용액에 다양한 중량%의 PCL을 첨가하여 PVA/PCL 용액을 제조하였다. 이어서 120℃에서 PVA/PCL 용액내의 물을 증발시켜 PVA/PCA 혼합물을 획득하였다. 혼합물을 압출하는 노즐의 이동속도가 20mm/s로 조절되었으며, 노즐은 22G 노즐을 이용하였다. 프린터의 가열 배럴 온도는 85℃로 설정하였고, 공기의 압력 250 kPa로 설정하였다. PCL/PVA 구조체를 제작한 후 4시간 동안 37℃의 증류수로 3회 세척하여 PVA를 제거하였고, PVA가 제거된 PCL 구조체는 다시 -76 ℃에서 12 시간 동안 동결 건조하였다. In order to prepare a synthetic polymer structure in which a fine pattern is topologically formed, 20% by weight of PVA is dissolved in distilled water for 10 minutes in an autoclave at 120° C., and various% by weight of PCL is added to the PVA solution to prepare a PVA/PCL solution. Was prepared. Then, water in the PVA/PCL solution was evaporated at 120° C. to obtain a PVA/PCA mixture. The moving speed of the nozzle for extruding the mixture was adjusted to 20mm/s, and a 22G nozzle was used as the nozzle. The heating barrel temperature of the printer was set to 85° C., and the air pressure was set to 250 kPa. After preparing the PCL/PVA structure, PVA was removed by washing three times with distilled water at 37° C. for 4 hours, and the PCL structure from which PVA was removed was freeze-dried again at -76° C. for 12 hours.

1-5. 미세패턴이 형성된 나선형 PCL 구조체의 제조 방법1-5. Method of manufacturing spiral PCL structure with fine pattern

방광 조직의 경우 나선형의 근섬유 구조를 갖는다. 이에 방광 조직을 모방한 나선형 PCL 구조체를 제작하기 위하여, PCL/PVA 용액 (PCL:PVA = 7:3, w/w)을 22G 노즐과 500rpm의 회전체(rotator)를 갖는 용융 인쇄 시스템을 사용하여 압출하여 나선형 PCL/PVA 구조체를 제조하였으며, 이때 노즐의 이동 속도는 10 mm/s, 공기압력은 250 kPa로 조절하였다. 이어서, 상기 실시예 1-4의 방법과 동일한 동결건조 및 세척과정을 수행하여 나선형 PCL 구조체를 제조하였다. The bladder tissue has a helical muscle fiber structure. Thus, in order to fabricate a spiral PCL structure that mimics the bladder tissue, a PCL/PVA solution (PCL:PVA = 7:3, w/w) was used with a melt printing system having a 22G nozzle and a rotator of 500 rpm. A spiral PCL/PVA structure was manufactured by extrusion, and at this time, the moving speed of the nozzle was adjusted to 10 mm/s and the air pressure was adjusted to 250 kPa. Subsequently, the same lyophilization and washing processes as in the method of Example 1-4 were performed to prepare a spiral PCL structure.

1-6. 콜라겐 및 PCL 구조체의 특성 분석 방법1-6. Method for characterizing collagen and PCL structures

미세 패턴이 형성된 스트럿의 표면 형태를 확인하기 위하여 SEM (SNE-3000M, SEC, Inc., Korea)을 이용하여 이미지를 획득하였다. 이미지 획득을 위한 샘플 준비는 제조사의 지침에 따라, 이미지 획득 전에 미세 패턴화된 콜라겐 구조를 -76 ℃에서 12 시간 동안 완전히 동결 건조하였다. 또한, ImageJ 소프트웨어 (National Institutes of Health, Bethesda, MD, U.S.A.)를 사용하여 콜라겐 섬유의 분포(distribution of the orientation collagen fiber)를 측정하였다. 순수 콜라겐, PVA, 콜라겐 / PVA 혼합물, 및 PVA이 제거된 콜라겐의 화학 구조를 비교하기 위해 FT-IR 분광기(모델 6700, Nicolet, West Point, PA, USA)를 사용하였으며, 이때, IR 스펙트럼은 500-4000 cm-1에서 30 회 스캔의 평균을 나타낸다.An image was acquired using SEM (SNE-3000M, SEC, Inc., Korea) to confirm the surface shape of the strut on which the fine pattern was formed. Sample preparation for image acquisition according to the manufacturer's instructions, before image acquisition, the fine patterned collagen structure was completely freeze-dried at -76 °C for 12 hours. In addition, the distribution of the orientation collagen fibers was measured using ImageJ software (National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA). To compare the chemical structures of pure collagen, PVA, collagen / PVA mixture, and collagen from which PVA was removed, an FT-IR spectrometer (model 6700, Nicolet, West Point, PA, USA) was used, in which case, the IR spectrum was 500. Shows the average of 30 scans at -4000 cm -1 .

1-7. 유변학적 측정(Rheological Measurement) 방법1-7. Rheological Measurement Method

원뿔-플레이트 형상 (직경 40mm, 4° cone angle, 및 150㎛ 간격)으로 설정된 회전 레오미터(rotational rheometer) (Bohlin Gemini HR Nano, Malvern Instruments, Surrey, UK)를 사용하여 복합 점도(complex viscosity) (n*) 및 저장 모듈러스(storage modulus) (G')를 측정하였다. 0.1 내지 10 Hz 동적 주파수 스윕 범위는 선형 점탄성 영역(linear viscoelastic region) 내 25℃에서 1 % 변형으로 수행되었다.Using a rotational rheometer (Bohlin Gemini HR Nano, Malvern Instruments, Surrey, UK) set to a conical-plate shape (diameter 40 mm, 4° cone angle, and 150 μm intervals), the complex viscosity ( n * ) and storage modulus (G') were measured. The 0.1-10 Hz dynamic frequency sweep range was performed with 1% strain at 25° C. in a linear viscoelastic region.

1-8. 세포 배양 1-8. Cell culture

패턴화된 콜라겐 망 구조체 (7.5 × 3 × 0.5 mm3)를 자외선과 70% 에탄올을 1시간 동안 가하여 멸균하였다. 근원세포(myoblast)인 C2C12 세포는 FBS(Gemini Bio-Products, Sacramento, CA, USA)과 1% 항생제(Antimycotic; Cellgro, Manassas, VA)를 함유한 DMEM(Sigma- Aldrich, St. Louis) Manassas, VA) 배지에서 37 ℃, 5 % CO2 조건 하에서 배양하였다. 배지는 2일에 한번씩 교체하였으며, 근원세포의 분화유도에는 2% horse serum과 1% 항생제를 함유하는 DMEM 배지를 이용하였다. The patterned collagen network structure (7.5 × 3 × 0.5 mm 3 ) was sterilized by adding ultraviolet rays and 70% ethanol for 1 hour. C2C12 cells, myoblasts, are DMEM (Sigma-Aldrich, St. Louis) Manassas, containing FBS (Gemini Bio-Products, Sacramento, CA, USA) and 1% antibiotics (Antimycotic; Cellgro, Manassas, VA). VA) cultured in a medium under conditions of 37° C. and 5% CO 2 . The medium was changed every 2 days, and DMEM medium containing 2% horse serum and 1% antibiotic was used to induce differentiation of myoblasts.

1-9. 형광이미지 획득 방법1-9. How to acquire fluorescence images

각 콜라겐 구조체에서 근원세포(myoblast)를 1일 및 3일 배양한 후 37 ℃에서 30 분 동안 0.15 mM calcein AM 및 2 mM ethidium homodimer-1을 처리하여 염색하고, 살아있는 세포(초록색)와 죽은 세포(빨간색)를 현광현미경으로 측정하였다.In each collagen construct, myoblasts were cultured for 1 and 3 days, and then stained with 0.15 mM calcein AM and 2 mM ethidium homodimer-1 at 37° C. for 30 minutes, and then live cells (green) and dead cells ( Red) was measured with a fluorescence microscope.

또한, 각 콜라겐 구조체에서 배양한 세포의 미오신 중쇄 (myosin heavy chain: MHC) 이미지 획득을 위하여, 배양 7일 및 14일 경과 후 PBS로 2회 상기 구조체를 세척하고, 상기 세포를 3.7% 파라포름알데하이드(paraformaldehyde)를 처리하여 실온에서 고정하였다. 상기 세포 고정 후, 다시 PBS로 상기 구조체를 2회 세척하고, 0.3% Triton X-100에 30분 동안 담갔다. 이어서, 1% BSA로 90분 동안 처리한 후, 상기 샘플을 1:50으로 희석한 토끼 항-MHC 항체 (Santa Cruz)로 처리하고 4℃에서 밤새 보관하였다. Alexa Fluor 488 (1:50, Molecular Probes)와 접합된 2차 항체를 실온에서 1시간 동안 처리하였고, 5 μM diamidino-2-phenylindole (DAPI; Invitrogen, Carlsbad, CA) 및 phalloidin (15 U/mL) (Invitrogen, Carlsbad, CA)를 Alexa Fluor 568에 접합하여 대조 염색하였다. CKX41 형광현미경(Olympus)을 이용하여 이미지를 획득하였고, ImageJ 소프트웨어는 세포의 방향을 계산하는데 사용하였다(cell orientation).In addition, in order to acquire the myosin heavy chain (MHC) image of cells cultured in each collagen structure, the structure was washed twice with PBS after 7 and 14 days of culture, and the cells were 3.7% paraformaldehyde. It was fixed at room temperature by treatment with (paraformaldehyde). After fixing the cells, the construct was washed twice with PBS and immersed in 0.3% Triton X-100 for 30 minutes. Subsequently, after treatment with 1% BSA for 90 minutes, the sample was treated with rabbit anti-MHC antibody (Santa Cruz) diluted 1:50 and stored at 4° C. overnight. Secondary antibody conjugated with Alexa Fluor 488 (1:50, Molecular Probes) was treated at room temperature for 1 hour, 5 μM diamidino-2-phenylindole (DAPI; Invitrogen, Carlsbad, CA) and phalloidin (15 U/mL) (Invitrogen, Carlsbad, CA) was conjugated to Alexa Fluor 568 and counter-stained. Images were acquired using a CKX41 fluorescence microscope (Olympus), and ImageJ software was used to calculate the cell orientation (cell orientation).

1-10. 실시간 연쇄 중합효소 반응(Real-Time Polymerase Chain Reaction)1-10. Real-Time Polymerase Chain Reaction

myogenic 마커인 Myod1, Myof5, Myogin, 및 Myh2의 발현 정도를 정량적으로 측정하기 위해 배양 7, 14, 21 일 후에 RT-PCR (Real-time polymerase chain reaction)을 수행하였다. RT-PCR에 이용하기 위한 총 RNA는 TRI reagent (Sigma-Aldrich)를 사용하여 분리하였고, 분리된 RNA의 순도와 농도는 분광 광도계 (FLX800T, Biotek, Winooski, VT, USA)로 측정하였다. 역전사 시스템을 사용하여 RNase-free DNase 처리 총 RNA (500 ng)로부터 cDNA를 합성하였으며, Fast Universal PCR Master Mix (Applied Biosystems)를 사용하여 StepOnePlus Real-Time PCR System (Applied Biosystems, Foster City, CA)으로 qRT-PCR을 수행하였다. TaqMan Gene Expression Assays (Applied Biosystems)를 사용하여 myogenic 마커 발현을 정량하였다. 이용된 마커 정보는 하기 표 1에 나타내었다. In order to quantitatively measure the expression levels of myogenic markers Myod1, Myof5, Myogin, and Myh2, RT-PCR (Real-time polymerase chain reaction) was performed after 7, 14 and 21 days of culture. Total RNA for use in RT-PCR was isolated using a TRI reagent (Sigma-Aldrich), and the purity and concentration of the isolated RNA were measured with a spectrophotometer (FLX800T, Biotek, Winooski, VT, USA). CDNA was synthesized from RNase-free DNase-treated total RNA (500 ng) using a reverse transcription system, and the StepOnePlus Real-Time PCR System (Applied Biosystems, Foster City, CA) was used using Fast Universal PCR Master Mix (Applied Biosystems). qRT-PCR was performed. Myogenic marker expression was quantified using TaqMan Gene Expression Assays (Applied Biosystems). The marker information used is shown in Table 1 below.

GeneGene Catalog numberCatalog number beta actin (Actb)beta actin (Actb) Mm00607939_s1Mm00607939_s1 myogenic differentiation 1 (Myod1)myogenic differentiation 1 (Myod1) Mm00435125_m1Mm00435125_m1 myogenic factor 5 (Myf5)myogenic factor 5 (Myf5) Mm00440387_m1Mm00440387_m1 myogenin (Myog)myogenin (Myog) Mm01332564_m1Mm01332564_m1 myosin heavy chain 2 (Myh2)myosin heavy chain 2 (Myh2) Mm00446194_m1Mm00446194_m1

1-11. 통계 분석1-11. Statistical analysis

모든 데이터는 평균 ± 표준 편차로 나타내었으며, 통계 분석은 SPSS (SPSS, Chicago, IL, USA)를 사용하여 수행되었고, 단일 요인 분산(ANOVA)으로 분석하였다. 모든 분석에서, * p <0.05, ** p <0.01 및 *** p <0.001은 통계적 유의성을 나타내는 것으로 간주하였다.All data were expressed as mean ± standard deviation, statistical analysis was performed using SPSS (SPSS, Chicago, IL, USA), and analyzed by single factor variance (ANOVA). In all analyzes, * p <0.05, ** p <0.01 and *** p <0.001 were considered to indicate statistical significance.

실시예 2. 미세패턴이 형성된 콜라겐 구조체 제조에 최적의 조건 분석Example 2. Analysis of optimal conditions for manufacturing collagen structures with fine patterns

2-1. 섬유구조의 패턴화를 위한 최적의 PVA 함량 분석2-1. Analysis of optimal PVA content for patterning fiber structure

콜라겐 구조체의 제조에 있어서 PVA의 함량이 미세패턴에 미치는 영향과 세포 배양 지지체의 제조에 있어 최적의 PVA 함량을 확인하고자 하였다. 이를 위해 상기 실시예 1-3의 방법으로 제조한 콜라겐 구조체의 표면을 주사전자현미경으로 관찰하였다. In the preparation of the collagen structure, the effect of the PVA content on the micropattern and the optimal PVA content in the preparation of the cell culture support was investigated. To this end, the surface of the collagen structure prepared by the method of Example 1-3 was observed with a scanning electron microscope.

도 2에 (a) 내지 (d)에 나타난 바와 같이, PVA의 함량이 15-20 중량 %인 경우 PVA가 제거된 후 콜라겐 구조체의 섬유 다발 구조가 뚜렷하게 나타났으며, 이때 섬유 구조의 직경은 약 1 내지 2.7 ㎛임을 확인할 수 있었다. 한편, 낮은 함량의 PVA을 이용하는 경우 콜라겐 구조체의 패턴이 블록 형식으로 나타나 세포 배열에 적합하지 않음을 확인할 수 있었다. As shown in (a) to (d) in Figure 2, when the content of PVA is 15-20% by weight, the fiber bundle structure of the collagen structure was clearly shown after PVA was removed, and at this time, the diameter of the fiber structure was about It was confirmed that it was 1 to 2.7 μm. On the other hand, when using a low amount of PVA, it was confirmed that the pattern of the collagen structure appeared in a block format, which was not suitable for cell arrangement.

또한, 상기 실시예 1-3의 방법으로 제조한 콜라겐 구조체의 유변학적 분석을 상기 실시예 1-7의 방법으로 실시한 결과, 도 2에 (e) 내지 (g)에 나타난 바와 같이, 20 중량%를 초과하는 PVA의 경우 점도가 너무 높아 콜라겐과의 혼합이 곤란하였고, full width at half-maximum (FWHM), 및 complex viscosity (0.1-10 Hz)로 부터 20 중량%의 PVA가 압출시 노즐에서 유동방향으로 배향에 가장 적절함을 알 수 있었다. 상기로부터 PVA의 적절한 소섬유 형성을 위하여 20 중량%의 PVA을 이용하여 제조한 고분자 구조체를 이하 분석하였다. In addition, as a result of performing rheological analysis of the collagen structure prepared by the method of Example 1-3 by the method of Example 1-7, as shown in (e) to (g) in Figure 2, 20% by weight In the case of PVA exceeding, the viscosity was too high to mix with collagen, and 20% by weight of PVA from full width at half-maximum (FWHM) and complex viscosity (0.1-10 Hz) flowed from the nozzle during extrusion. It was found that the orientation is most appropriate for orientation. From the above, a polymer structure prepared using 20% by weight of PVA was analyzed below in order to form an appropriate microfiber of PVA.

2-2. PVA 제거 후 콜라겐 구조체의 섬유구조 패턴 확인2-2. Checking the fiber structure pattern of the collagen structure after removing PVA

단축 배열된 표면 구조를 갖는 콜라겐 스트럿을 얻기 위해, PVA 섬유형성 과정을 이용하고, 콜라겐/PVA 혼합물에서 섬유화된 PVA를 침출시켰다. 도 3a는 순수한 콜라겐 스트럿(4 wt%), PVA 침출 전 PVA/콜라겐 스트럿, 및 PVA가 제거된 콜라겐 스트럿의 표면을 주사전자현미경을 통해 관찰한 것이다. 표면의 이미지와 도 3b의 정렬분포 비교 그래프에서 확인할 수 있듯이, PVA가 제거된 콜라겐 스트럿은 PVA/콜라겐 스트럿과 순수한 콜라겐 스트럿과 비교하여 상당히 높은 단축 정렬 (FWHM: 14.7°) 정도를 나타내었다. To obtain collagen struts with a uniaxially arranged surface structure, a PVA fibrosis process was used, and the fibrous PVA was leached from the collagen/PVA mixture. FIG. 3A shows the surfaces of pure collagen struts (4 wt%), PVA/collagen struts before PVA leaching, and collagen struts from which PVA has been removed through a scanning electron microscope. As can be seen from the image of the surface and the comparison graph of the alignment distribution of FIG. 3B, the collagen strut from which PVA was removed showed a significantly higher degree of uniaxial alignment (FWHM: 14.7°) compared to the PVA/collagen strut and the pure collagen strut.

2-3. 섬유구조의 패턴화를 위한 최적의 콜라겐/PVA 혼합 비율 분석2-3. Analysis of optimal collagen/PVA mixing ratio for patterning fiber structure

콜라겐 스트럿의 단축 배열된 표면 구조에 콜라겐과 PVA 혼합 비율이 미치는 영향과 단축 배열된 표면 구조를 얻기 위한 최적의 혼합 비율을 확인하기 위하여 콜라겐과 PVA를 각각 7:3, 5:5, 3:7, 및 1:9로 혼합한 콜라겐/PVA 혼합물을 이용하여 콜라겐 스트럿을 제작하여 그 표면과 단축 정렬 정도를 확인하였다. 콜라겐 스트럿 제작 방법은 콜라겐과 PVA 혼합 비율을 제외하고 상기 실시예 1-3의 방법과 동일하게 하였다. Collagen and PVA were added to 7:3, 5:5, and 3:7, respectively, to determine the effect of the mixing ratio of collagen and PVA on the uniaxially arranged surface structure of the collagen strut and the optimal mixing ratio to obtain the uniaxially arranged surface structure. , And a collagen/PVA mixture mixed at 1:9 was used to prepare a collagen strut, and the degree of uniaxial alignment with the surface was confirmed. The collagen strut production method was the same as in Example 1-3 except for the mixing ratio of collagen and PVA.

도 4a에 나타난 바와 같이, 콜라겐/PVA을 7:3의 비율로 혼합하여 제작한 스트럿은 일축 배열된 위상 패턴이 나타나지 않았으며, 그 외의 혼합비율의 경우 일축 배열된 섬유 다발 모양의 위상 패턴이 관찰되었다. 상기 결과는 PVA의 농도가 낮으면 PVA의 소섬유 형성 과정이 원할하게 이루어 지지 아니한 것으로 추측된다. 한편, 콜라겐/PVA을 1:9의 비율로 혼합하여 제작한 스트럿은 PVA 침출 후에 불안정한 스트럿 구조를 형성하는 것을 확인할 수 있었고, 5:5 혼합비율에이 3:7 혼합비율의 스트럿보다 단축 배열된 위상의 패턴이 보다 뚜렷하게 나타남을 확인할 수 있었는바, 5:5의 혼합비율이 단축 배열된 섬유 다발 구조의 위상 패턴을 갖는 스트럿의 제조에 가장 적절한 것으로 판별하였다. 이하 분석은 콜라겐과 PVA를 1:1로 혼합하여 제조된 구조체로 하였다. . As shown in Figure 4a, the strut produced by mixing collagen/PVA at a ratio of 7:3 did not show a uniaxial phase pattern, and in the case of other mixing ratios, a phase pattern in the shape of a uniaxially arranged fiber bundle was observed. Became. The above result is presumed that when the concentration of PVA is low, the process of forming fibrils of PVA is not smoothly performed. On the other hand, it was confirmed that the struts produced by mixing collagen/PVA at a ratio of 1:9 formed an unstable strut structure after PVA leaching, and the phases arranged uniaxially than the struts of the 5:5 mixing ratio and 3:7 mixing ratio It was confirmed that the pattern of was more clearly indicated, and it was determined that the mixing ratio of 5:5 was most appropriate for the manufacture of struts having a phase pattern of a uniaxially arranged fiber bundle structure. The following analysis was performed as a structure prepared by mixing collagen and PVA 1:1. .

2-4. 섬유구조의 패턴화를 위한 혼합물 압출시 최적의 유속 분석2-4. Analysis of optimal flow rate when extruding mixtures for patterning fiber structures

PVA의 소섬유 형성과정은 벽 전단 응력 (wall shear stress)에 영향을 받는바, 단축 배열된 표면 구조를 얻기 위한 PVA/고분자 혼합물의 압출시 최적의 유속(공기압)을 확인하기 위하여 0.02-0.11 μL/s로 유속을 달리하여 콜라겐 스트럿을 제조하여 그 표면과 단축 정렬 정도를 확인하였다.Since the microfiber formation process of PVA is affected by wall shear stress, 0.02-0.11 μL is used to confirm the optimum flow rate (air pressure) when extruding the PVA/polymer mixture to obtain a uniaxially arranged surface structure. Collagen struts were prepared by varying the flow rate at /s and the degree of uniaxial alignment with the surface was confirmed.

도 4b에 나타난 바와 같이, 압력이 증가함에 따라 스트럿의 직경이 증가함을 알 수 있었다. 또한, 낮은 유속(0.02 및 0.05 μL/s)을 적용한 콜라겐 스트럿은 불안정한 섬유 패턴을 나타내었다. 이는 프린터 노즐에서 불충분한 압출 유속에 의한 것으로 추정된다. 한편, 유속의 증가는 콜라겐 표면의 위상 패턴의 정렬을 촉진시킴을 확인할 수 있었다. 다양한 유속에 따른 FWHM 및 스트럿의 직경 분석을 통해 콜라겐 스트럿의 일축 배열 구조에 0.08 μL/s의 유속이 가장 적절함을 알 수 있었다. As shown in FIG. 4B, it was found that the diameter of the strut increased as the pressure increased. In addition, collagen struts applied with low flow rates (0.02 and 0.05 μL/s) showed an unstable fiber pattern. This is presumed to be due to insufficient extrusion flow rate at the printer nozzle. On the other hand, it was confirmed that the increase in flow rate promotes alignment of the phase pattern on the collagen surface. Through analysis of the diameter of FWHM and struts according to various flow rates, it was found that a flow rate of 0.08 μL/s is most appropriate for the uniaxial arrangement of collagen struts.

실시예 3. 미세패턴이 형성된 PCL 구조체 제조에 최적의 조건 분석Example 3. Analysis of Optimal Conditions for Manufacturing PCL Structures with Fine Patterns

PCL과 PVA의 혼합비가 단축 정렬 구조에 미치는 영향을 관찰하기 위해 프린팅 노즐에 적용된 공기압력 250 kPa으로 조절하고, 다양한 비율로 혼합한 PCL/PVC 혼합물을 이용하여 PCL 구조체를 제조하여 주사전자현미경을 통해 그 표면과 단면 이미지를 획득하여 도 5에 (d) 내지 (f)나타내었다. In order to observe the effect of the mixing ratio of PCL and PVA on the uniaxial alignment structure, the air pressure applied to the printing nozzle was adjusted to 250 kPa, and a PCL structure was prepared using a PCL/PVC mixture mixed in various ratios, through a scanning electron microscope. The surface and cross-sectional images were obtained and shown in (d) to (f) in FIG. 5.

도 5에 (d)는 순수한 PCL을 이용한 스트럿이고, (e)는 PCL과 PVA를 7:3으로 혼합한 혼합물을 이용한 스트럿이며, (f)는 상기 혼합비율을 3:7로 한 혼합물을 이용한 스트럿의 표면과 단면의 이미지이다. 상기로부터 PCL과 PVA의 7:3 비율의 혼합물을 이용한 스트럿이 보다 섬유다발 구조의 표면 특성을 나타냄을 확인할 수 있고, 정렬 수준을 분석한 도 5에 (g)에서 확인할 수 있는 바와 같이, PCL 구조체 제조에 있어 최적의 PCL/PVA 혼합비율은 7:3인 것을 알 수 있었다. In Figure 5, (d) is a strut using pure PCL, (e) is a strut using a mixture of 7:3 PCL and PVA, and (f) is a mixture having the mixing ratio of 3:7. This is an image of the strut's surface and cross section. From the above, it can be seen that the strut using a mixture of PCL and PVA in a ratio of 7:3 shows the surface characteristics of the fiber bundle structure more, and as can be seen in (g) in FIG. 5 which analyzed the alignment level, the PCL structure It was found that the optimal PCL/PVA mixing ratio for manufacturing was 7:3.

나아가, 도 5에 (h) 내지 (j)에 나타낸 바와 같이, 상기 판별한 최적의 PCL/PVA 혼합비율을 이용하여 방광의 근육조직과 같은 나선형 섬유다발 구조의 표면을 갖는 PCL 구조체의 제조가 가능함을 확인하였다. Further, as shown in (h) to (j) in Fig. 5, it is possible to manufacture a PCL structure having a surface of a spiral fiber bundle structure such as the muscle tissue of the bladder by using the determined optimal PCL/PVA mixing ratio. Was confirmed.

실시예 4. 미세패턴이 형성된 고분자 세포지지체에서 근원세포의 배양Example 4. Culture of myoblasts on a polymeric cell scaffold with a fine pattern

4-1. 미세패턴이 형성된 고분자 세포지지체의 제조4-1. Preparation of polymeric cell scaffolds with fine patterns

근육 조직 재생을 위한 일축 정렬된 섬유 다발 구조의 표면을 갖는 콜라겐 및 PCL 세포지지체를 제조하여 그 표면 특성을 확인하였다. 보다 구체적으로, 상기 실시예 2에서 확인된 미세 패턴 형성을 위한 최적의 조건 하에서 단축 정렬 구조를 갖는 콜라겐 망 구조체(collagen structure with an aligned topological surface structure: CSAT)를 제조하여 광학현미경 및 주사전자현미경을 이용하여 그 표면 이미지를 획득하였다. 대조군으로는 저온 프린팅 공정을 이용하여 제조된 종래의 콜라겐 구조체(conventional collagen structure:CCS)를 이용하였다. 프린팅 공정은 working plate temperature: -10 ℃, 프린팅 노즐의 이동 속도: 20 mm/s, 유속: 0.08 μL/s의 조건 하에서 수행되었다. CCS의 표면 이미지는 도 6의 (a)에 나타내었고, CSAT의 표면 이미지는 도 6의 (b)에 나타내었다. 도 6의 (c)에서 확인할 수 있듯이 단축 정렬의 정도(FWHM)는 CSAT가 더 높았다.Collagen and PCL cell scaffolds having a uniaxially aligned fiber bundle structure for muscle tissue regeneration were prepared and their surface properties were confirmed. More specifically, a collagen structure with an aligned topological surface structure (CSAT) was prepared under the optimal conditions for formation of a fine pattern identified in Example 2 to perform an optical microscope and a scanning electron microscope. Was used to obtain an image of the surface. As a control, a conventional collagen structure (CCS) manufactured using a low-temperature printing process was used. The printing process was performed under the conditions of a working plate temperature: -10 °C, a moving speed of the printing nozzle: 20 mm/s, and a flow rate: 0.08 μL/s. The surface image of CCS is shown in Fig. 6(a), and the surface image of CSAT is shown in Fig. 6(b). As can be seen in (c) of Figure 6, the degree of uniaxial alignment (FWHM) was higher in CSAT.

4-2. 생포 증식 및 생존 확인4-2. Confirmation of cell proliferation and survival

세포의 생존과 세포의 증식 형태를 분석하기 위하여 CCS와 CSAT에서 C2C12 세포를 배양하고 일정 기간이 경과한 후 MTT assay를 수행하고, 상기 실시예 1-9의 방법으로 형광염색하여 이미지를 획득하였다. 이때 Live 세포는 초록색으로, dead 세포는 빨간색으로 염색된다. In order to analyze the survival and proliferation of cells, C2C12 cells were cultured in CCS and CSAT, and after a certain period of time, MTT assay was performed, and images were obtained by fluorescent staining by the method of Example 1-9. Live cells are stained green and dead cells are stained red.

그 결과, 도 7a에 나타난 바와 같이, CCS와 CSAT에서 배양한 세포 모두 배양 기간 동안에 높은 수준의 생존을 나타내었다. 그러나 배양된 세포의 형태에 있어서 차이가 나타났는데, CCS 세포지지체에서 배양된 세폰느 무작외로 퍼져서 증식하는 것과 대조적으로 CSAT 세포지지체에서 배양된 세포는 스트럿의 방향과 일치하는 일축 방향으로 증식하는 것을 확인할 수 있었다.As a result, as shown in Figure 7a, both cells cultured in CCS and CSAT showed a high level of survival during the culture period. However, there was a difference in the morphology of the cultured cells. It was confirmed that the cells cultured on the CSAT cell support proliferated in the uniaxial direction coincident with the direction of the strut, as opposed to the cepons cultured on the CCS cell support and proliferating randomly. Could

4-3. 세포의 핵(nuclei)과 세포골격(cytoskeleton) 관찰4-3. Observation of cell nuclei and cytoskeleton

CCS와 CSAT에서 배양한 C2C12 세포의 핵과 세포골격을 관찰하기 위하여 상기 실시예 1-9의 방법으로 핵과 F-actic을 형광염색하여 이미지를 획득하였다. 이때 핵은 파란색으로, 세포골격은 빨간색으로 염색된다. In order to observe the nuclei and cytoskeleton of C2C12 cells cultured in CCS and CSAT, the nucleus and F-actic were fluorescently stained by the method of Example 1-9 to obtain images. At this time, the nucleus is stained blue and the cytoskeleton is stained red.

그 결과, 도 7b에 나타난 바와 같이, 배양된 세포의 세포골격은 다극 형태의 구조를 나타내고, 특히 CSAT 세포 지지체에서 배양한 세포의 경우 평행하게 정렬된 구조의 양극 신장 형태로 증식된 것을 확인할 수 있었다. As a result, as shown in Fig. 7b, the cytoskeleton of the cultured cells exhibited a multipolar structure, and in particular, in the case of the cells cultured on the CSAT cell support, it was confirmed that the cells were proliferated in the bipolar elongation of a structure aligned in parallel. .

나아가, imageJ를 사용하여 배양된 세포의 F-actin의 정렬 수준 (FWHM)을 분석한 결과, 도 7b의 (f)에서 확인할 수 있듯이, CSAT가 FWHM: 5.1°로 28.5°의 FWHM을 갖는 CCS보다 정렬 수준이 유의하게 높았다. Further, as a result of analyzing the alignment level (FWHM) of F-actin in the cultured cells using imageJ, as can be seen in (f) of FIG. 7b, CSAT is FWHM: 5.1° than CCS having FWHM of 28.5° The level of alignment was significantly higher.

4-4. 세포의 MHC 발현 분석 및 근육세포 마커 유전자의 발현 분석4-4. Cellular MHC expression analysis and muscle cell marker gene expression analysis

MHC(Myosin heavy chain)는 근섬유의 단백질로서 근육세포를 개발하는데 필수적이라는 것이 알려져 있다. 이에 CCS와 CSAT에서 배양한 C2C12 세포의 MHC를 상기 실시예 1-9의 방법으로 형광염색하여 이미지를 획득하여 도 8a에 나타내었고, MHC의 정렬 수준을 분석하여 도 8b에 나타내었다. It is known that MHC (Myosin heavy chain) is a protein of muscle fibers and is essential for the development of muscle cells. Accordingly, MHCs of C2C12 cells cultured in CCS and CSAT were fluorescently stained by the method of Example 1-9 to obtain an image and shown in FIG. 8A, and the alignment level of MHC was analyzed and shown in FIG. 8B.

도 8a 및 도 8b에 나타낸 바와 같이, 배양 7, 14, 21일 후 CSAT 세포지지체에서 배양한 세포의 경우 CCS에서 배양한 세포보다 MHC의 발현이 높게 나타났으며, MHC의 정렬 수준 또한 높게 나타났다. 보다 구체적으로 배양 14일 후 CSAT에서 배양한 세포의 MHC 정렬 수준(FWHM)은 1.3°이고, CCS는 20.9°였으며, 배양 21일 후 CSAT에서 배양한 세포의 MHC 정렬 수준(FWHM)은 2.2°이고, CCS는 31.1°이었다. 특히 배양 후 21일 째의 세포 증식의 정도에 있어, CSAT는 세포가 세포지지체를 완전히 덮는 수준으로 증식하였으나, CCS는 그렇지 못하였다. As shown in FIGS. 8A and 8B, in the case of cells cultured on the CSAT cell scaffold after 7, 14, and 21 days of culture, the expression of MHC was higher than that of cells cultured in CCS, and the level of MHC alignment was also high. More specifically, after 14 days of culture, the MHC alignment level (FWHM) of the cells cultured in CSAT was 1.3°, the CCS was 20.9°, and the MHC alignment level (FWHM) of the cells cultured in CSAT 21 days after culture was 2.2°. , CCS was 31.1°. Particularly in the degree of cell proliferation at the 21st day after culture, CSAT proliferated to a level where the cells completely covered the cell support, but CCS did not.

MHC 정렬 수준 분석에 더 나아가, MHC 양성 영역, myotubes의 길이 및 직경, 융합지수, 및 성숙지수를 정량화하여 비교분석하였다. In addition to the MHC alignment level analysis, the MHC positive region, the length and diameter of myotubes, the fusion index, and the maturity index were quantified and analyzed for comparison.

도 8c에 나타난 바와 같이, CSAT 세포지지체에서 MHC 양성 영역이 유의하게 넓었으며(f), myotube의 직경은 CCS와 유의한 차이를 나타내지 못했으나(h) 그 길이는 CSAT가 보다 길게 나타났다(g), 또한, MHC 양성 영역에서의 핵의 개수의 비(ratio)를 이용한 융합지수에 있어서 CSAT의 융합지수가 CSS의 융합지수보다 현저하게 높았으며(i), 이로부터 CSAT 구조가 근관을 형성하는데 보다 효과적인 플랫폼을 제공함을 알 수 있다. 아울러 총 핵이 5개 이상인 myotubes의 비율을 비교한 성숙지수(j)에 있어서 CSAT는 CCS와 비교하여 약 2배 이상의 성숙도를 나타내었다. As shown in Fig. 8c, the MHC-positive region in the CSAT cell scaffold was significantly wider (f), and the diameter of the myotube did not show a significant difference from the CCS (h), but the length of the CSAT was longer (g). , In addition, in terms of the fusion index using the ratio of the number of nuclei in the MHC-positive region, the fusion index of CSAT was significantly higher than that of CSS (i), and from this, the CSAT structure was more effective in forming the root canal. It can be seen that it provides an effective platform. In addition, in the maturity index (j) comparing the ratio of myotubes with a total nucleus of 5 or more, CSAT showed a maturity of about twice or more compared to CCS.

MHC 분석에 더 나아가, 근육세포로의 분화(myogenesis) 및 근섬유로 분화를 평가하기 위한 유전자 마커인 Myod1, Myog, Myf5 및 Myh2의 발현을 상기 실시에 1-10의 방법으로 RT-PCR을 수행하여 정량화 하였다. In addition to the MHC analysis, the expression of Myod1, Myog, Myf5 and Myh2, which are genetic markers for evaluating differentiation into muscle cells (myogenesis) and differentiation into muscle fibers, was performed by RT-PCR in the manner of 1-10 in the above implementation. Quantified.

도 8c의 (k) 내지 (m)에 나타낸 바와 같이, CSAT에서 배양한 세포는 CCS의 경우보다 상기 마커의 발현수준이 현저하게 높았다. 이러한 결과는 CSAT의 위상 구조가 CCS의 구조보다 세포 상호작용과 근육 발생을 효율적으로 수행할 수 있는 보다 합리적인 플랫폼을 제공함을 시사한다. 즉, 상기 결과는 CSAT에서 배양한 근원세포(myoblast)가 단축 배열된 섬유 다발 구조의 위상 신호에 의해 근육세포로의 분화가 촉진됨을 의미한다. As shown in (k) to (m) of Fig. 8c, cells cultured in CSAT had a significantly higher expression level of the marker than in the case of CCS. These results suggest that the topological structure of CSAT provides a more rational platform to efficiently perform cell interaction and muscle development than that of CCS. That is, the above result means that the differentiation of myoblasts cultured in CSAT into muscle cells is promoted by a phase signal of a uniaxially arranged fiber bundle structure.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가지는 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that it is possible to easily transform it into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting.

Claims (11)

(a) 비결정질 폴리비닐알코올(Poly(vinyl alcohol): PVA) 용액에 생체적합성 고분자를 첨가하여 PVA/고분자 혼합물을 제조하는 단계;
(b) 상기 PVA/고분자 혼합물을 압출하여 단축(單軸) 배열된 스트럿(strut)을 제조하는 단계;
(c) 상기 배열된 PVA/고분자 스트럿을 동결건조하는 단계; 및
(d) 상기 PVA/고분자 스트럿을 세척하여 PVA를 침출(leaching) 제거하는 단계를 포함하는, 섬유다발 구조를 갖는 세포지지체(scaffold) 제조방법.
(a) preparing a PVA/polymer mixture by adding a biocompatible polymer to an amorphous polyvinyl alcohol (PVA) solution;
(b) extruding the PVA/polymer mixture to produce a single uniaxially arranged strut;
(c) lyophilizing the arranged PVA/polymer struts; And
(d) washing the PVA/polymer strut to remove PVA by leaching. A method for producing a cell scaffold having a fiber bundle structure.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 PVA/고분자 혼합물은 고분자와 PVA가 1 내지 5: 5 내지 9 비율로 혼합하여 제조된 것을 특징으로 하는, 섬유다발 구조를 갖는 세포지지체 제조방법.
The method of claim 1,
In the step (a), the PVA/polymer mixture is prepared by mixing a polymer and PVA in a ratio of 1 to 5: 5 to 9, wherein the method for producing a cell scaffold having a fiber bundle structure.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 압출시 PVA/고분자 혼합물의 유속은 0.02 내지 0.08 μL/s인 것을 특징으로 하는, 섬유다발 구조를 갖는 세포지지체 제조방법
The method of claim 1,
The method for producing a cell scaffold having a fiber bundle structure, characterized in that the flow rate of the PVA/polymer mixture is 0.02 to 0.08 μL/s when extruded in step (b)
제1항에 있어서,
상기 (b)단계의 압출은 회전압출인 것을 특징으로 하는, 섬유다발 구조를 갖는 세포지지체의 제조방법.
The method of claim 1,
The extrusion of the step (b) is a method of producing a cell support having a fiber bundle structure, characterized in that rotational extrusion.
제1항에 있어서,
상기 제조방법은 (c)단계 이후에 상기 동결건조된 PVA/고분자 스트럿에 EDC (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride) 용액을 첨가하여 상기 고분자를 가교결합시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 섬유다발 구조를 갖는 세포지지체의 제조방법.
The method of claim 1,
The manufacturing method further comprises the step of crosslinking the polymer by adding an EDC (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride) solution to the lyophilized PVA/polymer strut after step (c). A method for producing a cell support having a fiber bundle structure, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 생체적합성 고분자는 합성 고분자 또는 천연 고분자인 것을 특징으로 하는, 섬유다발 구조를 갖는 세포지지체의 제조방법.
The method of claim 1,
The biocompatible polymer is a synthetic polymer or a natural polymer, characterized in that, the method for producing a cell support having a fiber bundle structure.
제6항에 있어서,
상기 합성 고분자는 폴리-ε-카프로락톤(polycarprolactone, PCL), 폴리-락틱-코-글리코릭산(Poly(lactic-co-glycolic acid: PLGA), 및 폴리락틱산(Polylactic acid: PLLA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자인 것을 특징으로 하는, 섬유다발 구조를 갖는 세포지지체의 제조방법.
The method of claim 6,
The synthetic polymer is a group consisting of poly-ε-caprolactone (PCL), poly-lactic-co-glycolic acid (PLGA), and polylactic acid (PLLA). Method for producing a cell support having a fiber bundle structure, characterized in that at least one polymer selected from.
제6항에 있어서,
상기 천연 고분자는 콜라젠(collagen), 키토산(chitosan), 알지네이트(algnate), 및 젤라틴 (gelatin)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고분자인 것을 특징으로 하는, 섬유다발 구조를 갖는 세포지지체의 제조방법.
The method of claim 6,
The natural polymer is a method for producing a cell scaffold having a fiber bundle structure, characterized in that at least one polymer selected from the group consisting of collagen, chitosan, algnate, and gelatin.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된, 섬유다발 구조를 갖는 세포지지체(scaffold).
A cell scaffold having a fiber bundle structure prepared by the method of claim 1.
제9항의 세포지지체에 근원세포(myoblast)를 배양하는 단계를 포함하는, 근원세포의 근육세포로의 분화 촉진 방법.
A method for promoting differentiation of myoblasts into muscle cells, comprising culturing myoblasts on the cell support of claim 9.
제10항에 있어서,
상기 근육세포는 골격근세포인 것을 특징으로 하는, 근원세포의 근육세포로의 분화 촉진 방법.
The method of claim 10,
The method for promoting differentiation of myoblasts into muscle cells, characterized in that the muscle cells are skeletal muscle cells.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220121073A (en) * 2021-02-24 2022-08-31 성균관대학교산학협력단 The manufacturing and implementation of microchanneled scaffold

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103690991A (en) 2013-12-17 2014-04-02 李克尊 Preparation method of cartilage repair scaffold material
US20170072105A1 (en) 2014-03-06 2017-03-16 University Of Pittsburgh - Of The Commonwealth System Of Higher Education Electrospinning with sacrificial template for patterning fibrous constructs

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103690991A (en) 2013-12-17 2014-04-02 李克尊 Preparation method of cartilage repair scaffold material
US20170072105A1 (en) 2014-03-06 2017-03-16 University Of Pittsburgh - Of The Commonwealth System Of Higher Education Electrospinning with sacrificial template for patterning fibrous constructs

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Chao Yang 외 4명, Journal of applied polymer science, 2011, v.121 no.5, pp. 3047-3055
Chen-Yu Huang 외 2명, Scientific Reports, Vol. 6, pp. 37960-37967

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220121073A (en) * 2021-02-24 2022-08-31 성균관대학교산학협력단 The manufacturing and implementation of microchanneled scaffold
KR102567367B1 (en) * 2021-02-24 2023-08-17 성균관대학교산학협력단 The manufacturing and implementation of microchanneled scaffold

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