KR102200859B1 - Method for manufacturing cell-laden scaffold for tissue regeneration using cell electrospinning - Google Patents

Method for manufacturing cell-laden scaffold for tissue regeneration using cell electrospinning Download PDF

Info

Publication number
KR102200859B1
KR102200859B1 KR1020180166368A KR20180166368A KR102200859B1 KR 102200859 B1 KR102200859 B1 KR 102200859B1 KR 1020180166368 A KR1020180166368 A KR 1020180166368A KR 20180166368 A KR20180166368 A KR 20180166368A KR 102200859 B1 KR102200859 B1 KR 102200859B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cell
scaffold
tissue regeneration
skeletal muscle
muscle tissue
Prior art date
Application number
KR1020180166368A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200084933A (en
Inventor
김근형
여미지
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020180166368A priority Critical patent/KR102200859B1/en
Publication of KR20200084933A publication Critical patent/KR20200084933A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102200859B1 publication Critical patent/KR102200859B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14Macromolecular materials
    • A61L27/16Macromolecular materials obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14Macromolecular materials
    • A61L27/20Polysaccharides
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14Macromolecular materials
    • A61L27/26Mixtures of macromolecular compounds
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/36Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix
    • A61L27/38Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells
    • A61L27/3804Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells characterised by specific cells or progenitors thereof, e.g. fibroblasts, connective tissue cells, kidney cells
    • A61L27/3826Muscle cells, e.g. smooth muscle cells
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/36Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix
    • A61L27/38Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells
    • A61L27/3839Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells characterised by the site of application in the body
    • A61L27/3873Muscle tissue, e.g. sphincter
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/56Porous materials, e.g. foams or sponges
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/0068General culture methods using substrates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06Animal cells or tissues; Human cells or tissues
    • C12N5/0602Vertebrate cells
    • C12N5/0652Cells of skeletal and connective tissues; Mesenchyme
    • C12N5/0658Skeletal muscle cells, e.g. myocytes, myotubes, myoblasts
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2400/00Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/12Nanosized materials, e.g. nanofibres, nanoparticles, nanowires, nanotubes; Nanostructured surfaces
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/30Materials or treatment for tissue regeneration for muscle reconstruction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2071/00Use of polyethers, e.g. PEEK, i.e. polyether-etherketone or PEK, i.e. polyetherketone or derivatives thereof, as moulding material
    • B29K2071/02Polyalkylene oxides, e.g. PEO, i.e. polyethylene oxide, or derivatives thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2533/00Supports or coatings for cell culture, characterised by material
    • C12N2533/30Synthetic polymers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2533/00Supports or coatings for cell culture, characterised by material
    • C12N2533/70Polysaccharides
    • C12N2533/74Alginate

Abstract

본 발명은 세포 전기방사를 이용한 조직재생용 세포지지체의 제조방법 등에 관한 것으로서, 본 발명자들은 세포전기방사를 이용한 배열성을 지닌 적층된 구조체를 개발하기 위해 예의 연구한 결과, 근육세포가 담지된 알지네이트를 전기방사하여 배열된 섬유구조에 세포가 균일하게 분포된 세포지지체를 제작하였고, 이를 통해, 한 방향으로 배열된 섬유구조를 가지는 세포지지체를 제작할 수 있고, 상기 세포지지체가 세포성장을 정렬된 방향으로 유도할 수 있다는 것을 확인하였고, 이는 배열성 없는 3차원 세포지지체에 비해, 세포를 담지한 알지네이트 구조체는 3차원의 배열된 섬유다발을 통해, 균일한 세포분포 및 보다 효과적인 세포성장의 방향성을 유도할 수 있으므로 세포 연신율과 배열성 및 분화를 증가시킨다는 것을 확인하였으며, 형광염색을 통해 근육세포의 형상, 효과적으로 배열된 세포구조, 및 분화도를 확인하였는 바, 본 발명을 통해 제작된 세포지지체는 배열된 조직을 재생하는데 큰 역할을 하는 것을 확인하였는 바, 본 발명을 통해 제작된 세포지지체는 배열성을 지닌 조직/장기를 재생하는데 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.The present invention relates to a method of manufacturing a cell scaffold for tissue regeneration using cell electrospinning, and the like, wherein the present inventors have made intensive research to develop a stacked structure having an arrangement using cell electrospinning, and as a result, alginate carrying muscle cells A cell scaffold having a fiber structure arranged in one direction can be produced by electrospinning a cell scaffold in which cells are uniformly distributed in the arrayed fibrous structure, and the cell scaffold is the direction in which the cell growth is aligned. It was confirmed that it can be induced by, compared to a three-dimensional cell support without alignment, the alginate structure carrying cells induces uniform cell distribution and more effective direction of cell growth through three-dimensional arrayed fiber bundles. Therefore, it was confirmed that the cell elongation, alignment, and differentiation were increased, and the shape of muscle cells, effectively arranged cell structure, and degree of differentiation were confirmed through fluorescence staining. It has been confirmed that it plays a large role in regenerating tissues, and it is expected that the cell scaffolds produced through the present invention can be effectively used to regenerate tissues/organs having alignment.

Description

세포 전기방사를 이용한 조직재생용 세포지지체의 제조방법{Method for manufacturing cell-laden scaffold for tissue regeneration using cell electrospinning}Method for manufacturing cell-laden scaffold for tissue regeneration using cell electrospinning {Method for manufacturing cell-laden scaffold for tissue regeneration using cell electrospinning}

본 발명은 세포 전기방사를 이용한 조직재생용 세포지지체의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 생체적합성 고분자 혼합용액에 세포를 혼합하여 제조한 세포-함유 바이오잉크(bioink)를 평행전극(parallel electrodes)으로 세포 전기방사(cell eletrospinning; CE)하여 세포지지체(scaffold)를 제조하는 방법 및 이의 제조방법에 의해 제조된 조직재생용 세포지지체 등에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a cell support for tissue regeneration using cell electrospinning, and more specifically, a cell-containing bioink prepared by mixing cells in a biocompatible polymer mixed solution with parallel electrodes. ) By electrospinning cells (cell eletrospinning; CE) to prepare a scaffold, and to a cell scaffold for tissue regeneration manufactured by the method of manufacturing the same.

조직공학은 생명과학과 공학의 원리를 활용하여 조직의 기능을 재생, 유지, 혹은 향상시키는 생물학적 제품을 개발하려는 여러 학문이 제휴한 분야이다. 대표적인 방법으로는 재생을 원하는 조직으로부터 세포를 분리하여 배양하고 이를 적절한 생체재료에 접종하여 증폭 배양함으로써 인공적으로 조직을 형성하는 시술이다.Tissue engineering is a field in which several disciplines aim to develop biological products that regenerate, maintain, or improve the function of tissues using the principles of life science and engineering. A typical method is a procedure for artificially forming a tissue by separating and culturing cells from a tissue to be regenerated, and inoculating the cells in an appropriate biomaterial to amplify and culture.

이러한 시술에는 세포를 필요한 부위에 전달하기 쉽고, 조직이 성장하는데 3차원 구조로 기계적인 보조역할을 할 수 있으며 기능을 할 수 있는 새로운 조직으로 만들어 나가는 적당한 세포지지체가 필요하다. 이러한 지지체는 세포가 증식하고 특유의 기질을 만들 수 있는 적절한 미세구조를 갖고 있어야 하며, 3차원으로 상호 연결된 많은 기공을 가지고 있어 세포가 이 기공을 통해 안으로 자랄 수 있어야 하고, 세포 성장에 필요한 영양분을 공급할 수 있어야 한다. 또한 독성이 없으며 지지체로서의 기능 종료 후에는 생체 내에서 완전히 분해되어 없어질 수 있는 생분해성 재료여야 한다.Such a procedure requires a suitable cell support that makes it easy to deliver cells to the required area, can serve as a mechanical aid to the growth of tissues, and can function as a new tissue that can function. Such a scaffold must have an appropriate microstructure to allow cells to proliferate and create a unique matrix, and has many pores interconnected in three dimensions, so that cells can grow inward through these pores, and provide nutrients necessary for cell growth. Must be able to supply. In addition, it should be a biodegradable material that is not toxic and can be completely degraded and disappeared in vivo after its function as a support is terminated.

인공 조직의 성능 향상을 위해 최근의 인공 조직은 성장인자와 세포를 원하는 위치에 보유할 수 있고 세포를 균일하게 분포시킬 수 있으며, 성장인자를 효과적으로 운반할 수 있다는 점으로 인해 세포 프린팅 기술(cell printing techniques)이 다양한 조직 재생 분야에 널리 응용되고 있었으나, 세포가 바이오잉크 내에 포함 될 때, 원하는 3D 기하학적 구조에서 세포 성장을 유도하는 것은 어렵다. 또한, 3D 프린팅 공정에서 세포의 전단은 압출된 세포의 수를 감소시킬 수 있으며, 세포-세포 상호 작용을 유도하는 데 장애물이 될 수 있다. 이러한 우려에서 외부 자극이나 미세 패턴이 없는 세포는 세포-세포 상호 작용이 덜 일어나고, 무작위 형태와 무지향성 배열로 자라난다. 따라서, 미세 환경에 대해서 세포 이동 및 미세패턴 유도세포를 정렬된 배열로 용이하게 하는 환경이 필요한 실정이었다.To improve the performance of artificial tissues, recent artificial tissues can hold growth factors and cells in a desired location, distribute cells evenly, and effectively transport growth factors. techniques) have been widely applied in various tissue regeneration fields, but when cells are embedded in bioink, it is difficult to induce cell growth in the desired 3D geometry. In addition, shearing of cells in the 3D printing process may reduce the number of extruded cells, and may become an obstacle to inducing cell-cell interactions. In this concern, cells without external stimuli or micropatterns have less cell-cell interactions and grow in random shapes and omni-directional arrangements. Therefore, there is a need for an environment that facilitates cell migration and micropattern-inducing cells in an ordered arrangement for a microenvironment.

한편, 인체에는 배열된 섬유다발 구조를 갖고 있는 많은 조직들로 구성되어있으며, 그 예로는 신경, 힘줄, 근육 등이 있다. 이러한 배열된 구조를 갖는 조직의 재생을 위해서는 반드시 세포들을 배열된 형태로 배양하고 분화시켜야 한다. 따라서 많은 연구팀들이 세포를 배열된 형태로 배양하기 위해 여러 가지 방법으로 배열된 섬유 구조를 갖는 세포지지체를 제작하기 위해 노력해 왔다. 그러나, 전기방사 공정이나 리소그래피 공정 같은 배열된 섬유 구조를 제작하는데 빈번하게 사용되어 왔으나, 대체로 적층이 불가능하고, 세포 시딩(cell seeding)시 불균일한 세포 분포, 빈약하고 시간 소모적인 세포 침투 등의 한계점 등을 갖고 있는 실정이었다.On the other hand, the human body is composed of a number of tissues with an arranged fiber bundle structure, examples of which include nerves, tendons, and muscles. Cells must be cultured and differentiated in an arrayed form in order to regenerate a tissue having such an ordered structure. Therefore, many research teams have been trying to produce a cell scaffold having a fibrous structure arranged in various ways in order to cultivate cells in an arrayed form. However, although it has been frequently used to fabricate an arrayed fiber structure such as an electrospinning process or a lithography process, it is generally impossible to stack, and there are limitations such as non-uniform distribution of cells during cell seeding, and poor and time-consuming cell penetration. It was a situation with a back.

다만, 이를 해결할 수 있는 기술로, 미세 패턴, 균질 세포 분포, 및 개선된 영양소 접근성에 대한 지침을 제공하기 위해, 세포 전기방사(cell electrospinning; CE) 공정이 개발되었다. CE는 전기력을 사용하여 살아있는 세포를 포함시킨 고분자 용액을 약 수백 나노미터 정도의 섬유 직경까지 인출하는 세포 담지 섬유 제조방법으로써, CE은 섬유의 전기분사(electrospraying) 및 기존 솔루션 건식 방사의 특성을 공유한다. 이 공정은 응고 화학이나 유기용매 또는 고온을 사용하여 용액에서 섬유를 생성 할 필요가 없으므로, 생체 적합한 공정을 통해 3차원에서 균일한 세포분포와 섬유구조를 통한 세포생장을 유도할 수 있게 되었으나, CE를 이용한 배열성을 지닌 적층된 구조체의 개발은 보고된 바 없어 배열된 조직 재생과 같이 다양한 분야에 대한 응용 가능성은 의문점으로 남아있어, 이에 대한 많은 연구가 필요한 실정이다.However, as a technology to solve this, a cell electrospinning (CE) process has been developed to provide guidelines for fine patterns, homogeneous cell distribution, and improved nutrient accessibility. CE is a cell-supported fiber manufacturing method in which a polymer solution containing living cells is drawn up to a fiber diameter of about several hundred nanometers by using electric force, and CE shares the characteristics of electrospraying and dry spinning of existing solutions. do. Since this process does not require coagulation chemistry, organic solvents, or high temperatures to produce fibers in solution, it is possible to induce cell growth through uniform cell distribution and fiber structure in three dimensions through biocompatible processes. The development of a stacked structure with an array of structures has not been reported, so the possibility of application to various fields such as regeneration of an arrayed tissue remains a question, and a lot of research on this is required.

대한민국등록특허공보 10-1449645Korean Registered Patent Publication 10-1449645

본 발명은 (a) 알지네이트(alginate)와 폴리에틸렌 옥사이드(polyethelene oxide; PEO) 혼합하여 생체적합성 고분자 혼합용액을 제조하는 단계; (b) (a)단계에서 제조한 생체적합성 고분자 혼합용액에 세포를 혼합하여 세포-함유 바이오잉크(bioink)를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 (b)단계에서 제조한 세포-함유 바이오잉크를 평행전극(parallel electrodes)으로 세포 전기방사(cell eletrospinning; CE)하여 세포지지체(scaffold)를 제조하는 단계를 포함하는 조직재생용 세포지지체의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention comprises the steps of (a) mixing alginate and polyethylene oxide (PEO) to prepare a biocompatible polymer mixed solution; (b) preparing a cell-containing bioink by mixing the cells in the biocompatible polymer mixed solution prepared in step (a); And (c) producing a cell scaffold by performing cell electrospinning (CE) with the cell-containing bioink prepared in step (b) with parallel electrodes. It is an object of the present invention to provide a method for producing a cell scaffold.

또한, 본 발명은 세포가 살아있는 상태로 배열성 있는 세포-함유 나노섬유 다발 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 조직재생용 세포지지체를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a cell support for tissue regeneration, characterized in that the cells are arranged in a living state and have a cell-containing nanofiber bundle structure.

그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 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 can be clearly understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. There will be.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 알지네이트(alginate)와 폴리에틸렌 옥사이드(polyethelene oxide; PEO) 혼합하여 생체적합성 고분자 혼합용액을 제조하는 단계; (b) (a)단계에서 제조한 생체적합성 고분자 혼합용액에 세포를 혼합하여 세포-함유 바이오잉크(bioink)를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 (b)단계에서 제조한 세포-함유 바이오잉크를 평행전극(parallel electrodes)으로 세포 전기방사(cell eletrospinning; CE)하여 세포지지체(scaffold)를 제조하는 단계를 포함하는 조직재생용 세포지지체의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the present invention comprises the steps of (a) mixing alginate and polyethylene oxide (PEO) to prepare a biocompatible polymer mixed solution; (b) preparing a cell-containing bioink by mixing the cells in the biocompatible polymer mixed solution prepared in step (a); And (c) producing a cell scaffold by performing cell electrospinning (CE) with the cell-containing bioink prepared in step (b) with parallel electrodes. It provides a method for producing a cell scaffold.

본 발명의 일 구현 예로, 상기 (a)단계에서, 생체적합성 고분자 혼합용액은 알지네이트/PEO의 중량비가 0.5 내지 2일 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the step (a), the biocompatible polymer mixed solution may have a weight ratio of alginate/PEO of 0.5 to 2.

본 발명의 다른 구현 예로, 상기 생체적합성 고분자 혼합용액은 상기 알지네이트/PEO의 중량비에 따라, 표면장력(Surface tension)이 38~48mN/m, 전기 전도도(conductivity)가 2.9~3.9μS/cm, 또는 복합점도(Complex viscosity)가 1~15PaS 일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the biocompatible polymer mixed solution has a surface tension of 38 to 48 mN/m, an electrical conductivity of 2.9 to 3.9 μS/cm, or, depending on the weight ratio of the alginate/PEO. Complex viscosity may be 1~15Pa S.

본 발명의 또 다른 구현 예로, 상기 (c)단계에서, 상기 세포 전기방사는 노즐-전극 간 간격을 12~14mm, 전기장 범위를 0.050~0.100kV/mm, 전극-전극 간 간격을 5~30mm, 또는 전기방사시간을 60~300초로 하여 세포지지체를 제조할 수 있다.In another embodiment of the present invention, in the step (c), the cell electrospinning has a nozzle-electrode spacing of 12 to 14 mm, an electric field range of 0.050 to 0.100 kV/mm, and an electrode-electrode spacing of 5 to 30 mm, Alternatively, a cell scaffold can be prepared by setting the electrospinning time to 60 to 300 seconds.

또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 조직재생용 세포지지체로써, 상기 조직재생용 세포지지체는 세포가 살아있는 상태로 배열성 있는 세포-함유 나노섬유 다발 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 조직재생용 세포지지체를 제공한다.In addition, the present invention is a tissue regeneration cell support prepared by the above manufacturing method, wherein the tissue regeneration cell support has a cell-containing nanofiber bundle structure in which cells are arranged in a living state, for tissue regeneration Provides cell support.

본 발명의 일 구현 예로, 상기 배열된 세포-함유 나노섬유 다발 구조는 반치폭(full width at half maximum; FWHM)이 10~40°일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the arrayed cell-containing nanofiber bundle structure may have a full width at half maximum (FWHM) of 10 to 40°.

본 발명의 다른 구현 예로, 상기 세포는 F-actin의 종횡비가 4 내지 6, 또는 F-actin의 배향(orientation)은 FWHM이 0~20°일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the cell may have an aspect ratio of F-actin of 4 to 6, or an orientation of F-actin of FWHM of 0 to 20°.

본 발명의 또 다른 구현 예로, 상기 조직재생용 세포지지체는 미오신 중쇄(Myosin heavy chain; MHC)가 발현될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the cell scaffold for tissue regeneration may express a myosin heavy chain (MHC).

본 발명의 또 다른 구현 예로, 상기 MHC는 MHC 양성 지수(MHC positive index)가 90~100%, 융합 지수(Fusion index)가 30~90%, 또는 성숙지수(Maturation index)가 30~70%일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the MHC has an MHC positive index of 90 to 100%, a fusion index of 30 to 90%, or a maturation index of 30 to 70%. I can.

본 발명의 또 다른 구현 예로, 상기 조직재생용 세포지지체는 근절 구조(sarcomeric structure)가 발현될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the cell scaffold for tissue regeneration may have a sarcomeric structure.

본 발명의 또 다른 구현 예로, 상기 조직재생용 세포지지체는 세포생존률이 80~95%, FWHM이 10~40°, 섬유밀도가 120~240/μm2, 또는 인장 강도(tensile strength)가 30~35MPa, 또는 상대적 세포 증식률(relative cell proliferation)이 100% ~ 122%일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the cell scaffold for tissue regeneration has a cell viability of 80 to 95%, a FWHM of 10 to 40°, a fiber density of 120 to 240/μm 2 , or a tensile strength of 30 to 35 MPa, or relative cell proliferation may be 100% to 122%.

본 발명의 또 다른 구현 예로, 상기 조직재생용 세포지지체는 골격근 조직재생용일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the cell support for tissue regeneration may be for skeletal muscle tissue regeneration.

본 발명의 또 다른 구현 예로, 상기 세포는 근아세포(myoblast)일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the cells may be myoblasts.

본 발명자들은 세포전기방사를 이용한 배열성을 지닌 적층된 구조체를 개발하기 위해 예의 연구한 결과, 천연고분자인 알지네이트에 세포를 담지시킨 뒤 전기방사 공정을 응용하여 배열된 3차원 섬유구조 및 다발을 제작할 수 있는 공정을 개발, 및 세포가 담지된 알지네이트 바이오잉크 방사 조건을 정립하여, 근육세포가 담지된 알지네이트를 전기방사하여 배열된 섬유구조에 세포가 균일하게 분포된 세포지지체를 제작하였다. As a result of intensive research to develop a stacked structure with alignment using cell electrospinning, the present inventors produced three-dimensional fiber structures and bundles arranged by applying an electrospinning process after supporting cells in alginate, a natural polymer. A possible process was developed, and conditions for spinning the alginate bio-ink carrying cells were established, and the alginate carrying the muscle cells was electrospun to produce a cell scaffold in which cells were uniformly distributed in the arranged fibrous structure.

이를 통해, 본 발명자들은 한 방향으로 배열된 섬유구조를 가지는 세포지지체를 제작할 수 있고, 상기 세포지지체가 세포성장을 정렬된 방향으로 유도할 수 있다는 것을 확인하였고, 이는 배열성 없는 3차원 세포지지체에 비해, 세포를 담지한 알지네이트 구조체는 3차원의 배열된 섬유다발을 통해, 균일한 세포분포 및 보다 효과적인 세포성장의 방향성을 유도할 수 있으므로 세포 연신율과 배열성 및 분화를 증가시킨다는 것을 확인하였으며, 형광염색을 통해 근육세포의 형상, 효과적으로 배열된 세포구조, 및 분화도를 확인하였는 바, 본 발명을 통해 제작된 세포지지체는 배열된 조직을 재생하는데 큰 역할을 하는 것을 확인하였다.Through this, the present inventors can produce a cell scaffold having a fibrous structure arranged in one direction, and it has been confirmed that the cell scaffold can induce cell growth in an aligned direction, which is a three-dimensional cell scaffold without alignment. In contrast, it was confirmed that the alginate structure carrying cells increased cell elongation, alignment, and differentiation because it can induce uniform cell distribution and more effective cell growth direction through three-dimensional arrayed fiber bundles. Through staining, the shape of muscle cells, effectively arranged cell structure, and degree of differentiation were confirmed, and it was confirmed that the cell scaffold produced through the present invention plays a large role in regenerating the arranged tissue.

따라서, 본 발명을 통해 제작된 세포지지체는 배열성을 지닌 조직/장기를 재생하는데 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.Therefore, it is expected that the cell scaffolds produced through the present invention can be effectively used to regenerate tissues/organs having alignment.

도 1a는 실시예 1-5에 따른 배열된 알지네이트 섬유구조의 세포 전기방사(CE) 세포구조체 공정 모식도를 나타낸 도이다.
도 1b는 시뮬레이션으로 표현되는 광학 이미지 및 전기장 강도를 나타낸 도이다.
도 1c는 순수한 알지네이트 및 알지네이트/PEO 용액을 사용한 전기 방사의 광학 이미지, 실시예 1-4에 따른 SEM 이미지 및 분자 사슬을 나타낸 도이다.
도 2a는 PEO(0~4 중량%)의 상이한 중량 분율을 갖는 알지네이트(2 중량%)에 대한 표면 장력, 전기전도도, 복합 점도(n = 3), 및 섬유 직경(n = 50)을 나타낸 도이다.
도 2b는 생체적합성 고분자 혼합용액의 조성 성분에 따른 섬유구조(섬유 정렬 및 섬유 분포)를 보여주는 실시예 1-4에 따른 SEM 이미지를 그레이 스케일로 나타낸 도이다(n = 50).
도 3a는 비드(X), 비드 및 섬유(△) 및 섬유(○)(n = 5)를 나타내는 전기 방사력(electrospinnability)의 공정 창(process window)를 나타낸 도이다.
도 3b는 10-14mm 노즐-전극 거리 및 0.050-0.075kV mm-1 전기장을 사용하여 제조된 실시예 1-4에 따른 전기 방사 섬유의 SEM 이미지를 나타낸 도이다.
도 3c는 14 mm 노즐-전극 거리에서 0.050-0.075 kV mm-1을 사용하여 제조된 세포 함유 섬유의 실시예 1-4에 따른 SEM 및 생존/사멸 이미지를 나타낸 도이다.
도 3d는 상기 도 3c의 세포생존률을 그래프로 나타낸 것이다(n=5).
도 3e는 가교 결합 전후의 전기 방사 섬유의 SEM 이미지를 나타낸 도이다.
도 4a는 다양한 전극 대 전극 거리에 대한 실시예 1-4에 따른 SEM 이미지 및 배향 분포를 나타낸 도이다.
도 4b는 상기 도 4a에서 얻어진 전극 대 전극 거리에 대한 반치폭(full width at half maximum; FWHM) 및 섬유 밀도를 그래프로 나타낸 것이다(n = 50).
도 4c는 전기 방사 시간에 대한 실시예 1-4에 따른 SEM 이미지 및 배향 분포를 나타낸 도이다.
도 4d는 상기 도 4c에서 얻어진 전기 방사 시간(n = 50)에 대한 FWHM을 그래프로 나타낸 것이다.
도 5a는 세포 프린팅(Cell printing; CP) 세포지지체 및 전기방사(cell electrospinning; CE) 세포지지체를 도식, 광학, 생존/사멸 이미지로 나타낸 도이다.
도 5b는 CP 세포지지체 및 CE 세포지지체에서 CaCl2 가교(crosslinking) 전후의 세포 생존률을 그래프로 나타낸 것이다(n = 3).
도 5c는 CP 세포지지체 및 CE 세포지지체의 실시예 1-7에 따른 인장 시험(tensile test)에 대한 광학 이미지와 응력 - 변형 곡선(stress-strain curve)(n = 5)을 나타낸 도이다.
도 5d는 1일 및 7일째에 CP 세포지지체 및 CE 세포지지체의 생존/사멸 이미지를 나타낸 것이다.
도 5e는 CP 세포지지체 및 CE 세포지지체의 세포 생존률을 그래프로 나타낸 것이다(n = 3).
도 5f는 CP 세포지지체 및 CE 세포지지체의 상대 세포 증식을 그래프로 나타낸 것이다(n = 6).
도 5g는 광학 이미지, 생존/사멸 이미지, DAPI/phalloidin 이미지 및 MHC-염색 이미지로 표현되는 CE 세포지지체를 나타낸 것이다.
도 6a는 폴리카프로락톤(polycaprolactone; PCL) 버팀대(sturt)(이하, PCL 버팀대)를 보충한 세포 프린팅(CP) 및 세포 전기방사(CE) 공정의 도식을 나타낸 것이다.
도 6b는 PCL 버팀대 유무에 따른 CP 세포지지체과 CE 세포지지체의 광학 이미지를 나타낸 것이다.
도 6c는 인쇄된 알지네이트, 전기 방사된 알지네이트 및 PCL 버팀대의 응력 - 변형 곡선(Stress-strain curve)을 그래프로 나타낸 도이다(n = 5).
도 6d는 PCL 버팀대과 함께 제조된 세포지지체의 단면을 DAPI/phalloidin로 나타낸 도이다.
도 6e는 근육 - 모방 전기 방사된 PCL 다발 구조를 표면 및 단면에서 도식, 광학 및 실시예 1-4에 따른 SEM 이미지로 나타낸 도이다.
도 7a는 1일과 7일째에 CP 세포지지체 및 CE 세포지지체의 생존/사멸 이미지를 나타낸 도이다(n = 3).
도 7b는 1일과 7일째에 CP 세포지지체 및 CE 세포지지체의 세포 생존률을 그래프로 나타낸 도이다(n = 3).
도 7c는 7일째에, 실시예 1-4에 따른 SEM 이미지에 의해 얻어진 세포 형태를 나타낸 도이다.
도 7d는 7일째에, DAPI / phalloidin 염색에 의해 얻어진 세포 형태를 나타낸 도이다.
도 7e는 F-액틴 종횡비 및 F-액틴 배향의 도식과 이에 따른 분석을 그래프로 나타낸 도이다(n = 30).
도 7f는 7, 14, 21일에서의 DAPI / MHC 염색의 형광 이미지를 나타낸 도이다.
도 7g는 MHC 양성 지수에 대한 도식과 MHC 분석을 나타낸 도이다(n = 30).
도 7h는 융합 지수에 대한 도식 및 MHC 분석을 나타낸 도이다(n = 30).
도 7i는 성숙 지수에 대한 도식 및 MHC 분석을 나타낸 도이다(n = 30).
도 7j는 실시예 1-8에 따른 배양 뒤 21일에 광학 및 DAPI/sarcomeric α-actin 염색 이미지를 나타낸 도이다.
1A is a diagram showing a schematic diagram of a cell electrospinning (CE) cell structure process of an arranged alginate fiber structure according to Example 1-5.
1B is a diagram showing an optical image and electric field strength expressed by simulation.
1C is an optical image of electrospinning using pure alginate and alginate/PEO solution, an SEM image according to Examples 1-4, and a diagram showing a molecular chain.
Figure 2a is a diagram showing surface tension, electrical conductivity, composite viscosity (n = 3), and fiber diameter (n = 50) for alginate (2% by weight) having different weight fractions of PEO (0-4% by weight). to be.
Figure 2b is a diagram showing the SEM image in gray scale according to Example 1-4 showing the fiber structure (fiber alignment and fiber distribution) according to the composition of the biocompatible polymer mixed solution (n = 50).
3A is a diagram showing a process window of electrospinnability showing beads (X), beads and fibers (Δ) and fibers (○) (n = 5).
3B is a view showing an SEM image of an electrospun fiber according to Example 1-4 prepared using a 10-14mm nozzle-electrode distance and a 0.050-0.075kV mm -1 electric field.
3C is a diagram showing SEM and survival/kill images according to Examples 1-4 of cell-containing fibers prepared using 0.050-0.075 kV mm -1 at a 14 mm nozzle-electrode distance.
3D is a graph showing the cell viability of FIG. 3C (n=5).
3E is a diagram showing SEM images of electrospun fibers before and after crosslinking.
4A is a diagram showing SEM images and orientation distributions according to Examples 1-4 for various electrode-to-electrode distances.
4B is a graph showing the full width at half maximum (FWHM) and fiber density with respect to the electrode-to-electrode distance obtained in FIG. 4A (n = 50).
4C is a diagram showing an SEM image and orientation distribution according to Examples 1-4 with respect to electrospinning time.
Figure 4d is a graph showing the FWHM versus the electrospinning time (n = 50) obtained in Figure 4c.
Figure 5a is a diagram showing a cell printing (Cell printing; CP) cell support and electrospinning (cell electrospinning (CE)) cell support in schematic, optical, survival / death images.
Figure 5b is a graph showing the cell viability before and after CaCl 2 crosslinking in the CP cell support and the CE cell support (n = 3).
5C is a diagram showing an optical image and a stress-strain curve (n = 5) of a tensile test according to Examples 1-7 of CP cell scaffolds and CE cell scaffolds.
Figure 5d shows the survival / death images of the CP cell scaffold and the CE cell scaffold on days 1 and 7.
Figure 5e is a graph showing the cell viability of the CP cell support and the CE cell support (n = 3).
Figure 5f is a graph showing the relative cell proliferation of the CP cell support and the CE cell support (n = 6).
5G shows CE cell scaffolds represented by optical images, survival/kill images, DAPI/phalloidin images, and MHC-stained images.
6A shows a schematic of a cell printing (CP) and cell electrospinning (CE) process supplemented with a polycaprolactone (PCL) strut (hereinafter, referred to as a PCL strut).
Figure 6b shows an optical image of the CP cell support and the CE cell support according to the presence or absence of the PCL support.
6C is a graph showing the stress-strain curves of printed alginate, electrospun alginate, and PCL braces (n = 5).
6D is a diagram showing a cross section of a cell scaffold prepared with a PCL brace as DAPI/phalloidin.
6E is a diagram showing a muscle-mimicking electrospun PCL bundle structure in a schematic, optical, and SEM image according to Examples 1-4 on the surface and in cross section.
Figure 7a is a diagram showing the survival / death images of the CP cell support and the CE cell support on days 1 and 7 (n = 3).
7B is a graph showing the cell viability of the CP cell support and the CE cell support on days 1 and 7 (n = 3).
7C is a diagram showing the cell morphology obtained by the SEM image according to Example 1-4 on the 7th day.
7D is a diagram showing the cell morphology obtained by DAPI / phalloidin staining on the 7th day.
Figure 7e is a diagram showing a diagram of the F-actin aspect ratio and F-actin orientation and analysis accordingly (n = 30).
7F is a diagram showing fluorescence images of DAPI / MHC staining on days 7, 14 and 21.
Figure 7g is a diagram showing the MHC positive index and MHC analysis (n = 30).
Figure 7h is a diagram showing a schematic and MHC analysis of the fusion index (n = 30).
Figure 7i is a diagram showing a schematic and MHC analysis of the maturity index (n = 30).
7j is a diagram showing optical and DAPI/sarcomeric α-actin staining images 21 days after culture according to Examples 1-8.

본 발명자들은 세포전기방사를 이용한 배열성을 지닌 적층된 구조체를 개발하기 위해 예의 연구한 결과, 본 발명자들은 알지네이트에 근아세포(myoblast)를 포함시킨 세포-함유 바이오잉크(bioink)를 제작해, 고전압 직류(high voltage direct current)를 사용하였고, 평행하게 배열된 평행전극에 방사하여 3차원 세포담지 섬유구조를 제작하고, 알지네이트 섬유구조의 영향으로 포함된 근아세포 또한 배열된 형태를 가지게 제작한 결과, 한 방향으로 배열된 섬유구조를 가지는 세포지지체를 제작할 수 있고, 상기 세포지지체가 세포성장을 정렬된 방향으로 유도할 수 있다는 것을 확인하였고, 이는 배열성 없는 3차원 세포 지지체에 비해, 세포를 담지한 알지네이트 구조체는 3차원의 배열된 섬유다발을 통해, 균일한 세포분포 및 보다 효과적인 세포성장의 방향성을 유도할 수 있으므로 세포 연신율과 배열성 및 분화를 증가시킨다는 것을 확인하였으며, 형광염색을 통해 근육세포의 형상, 효과적으로 배열된 세포구조, 및 분화도를 확인하였는 바, 본 발명을 통해 제작된 세포지지체는 배열된 조직을 재생하는데 큰 역할을 하는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.As a result of the inventors' intensive research to develop a stacked structure with arrangement using cell electrospinning, the inventors produced a cell-containing bioink containing myoblasts in alginate, As a result of using high voltage direct current, spinning on parallel electrodes arranged in parallel to produce a three-dimensional cell-carrying fiber structure, and making the myoblasts included under the influence of the alginate fiber structure also have an arrayed shape. It was confirmed that a cell scaffold having a fibrous structure arranged in one direction can be produced, and it was confirmed that the cell scaffold can induce cell growth in an aligned direction. This is compared to a three-dimensional cell scaffold without alignment, It was confirmed that the alginate structure increased cell elongation, alignment, and differentiation because it can induce uniform cell distribution and more effective direction of cell growth through three-dimensional arrayed fiber bundles. The shape, effectively arranged cell structure, and degree of differentiation were confirmed, and it was confirmed that the cell scaffold produced through the present invention plays a large role in regenerating the arranged tissue, and the present invention was completed.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 실시 예에서는 방사 과정에서 섬유의 방향성은 전기장에 직접적으로 영향을 받게 되고, 평행하게 배열된 두 개의 전극 사이로 섬유는 배열되어 방사된다는 것을 확인하고, 순수 알지네이트 용액은 다 음이온 (polyanion)의 반발력(repulsive force)으로 인해 방사가 불가하다는 것을 확인하였는 바, 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide; PEO)를 첨가해 전기방사성을 증진시켜 전기 방사에 필요한 분자 얽힘(entanglement)이 형성된다는 것을 확인하였다(실시예 2 참조).In an embodiment of the present invention, it is confirmed that the directionality of the fibers is directly affected by the electric field in the spinning process, and the fibers are arranged and spun between two electrodes arranged in parallel, and the pure alginate solution is polyanion. When it was confirmed that spinning was impossible due to the repulsive force of, it was confirmed that molecular entanglement required for electrospinning was formed by adding polyethylene oxide (PEO) to enhance electrospinning properties. See example 2).

본 발명의 다른 실시 예에서는 방사가 가능한 용액의 조성비를 알기 위해, 다양한 PEO 분율을 갖는 알지네이트가 혼합된 세포-함유 바이오잉크에서 전기방사성(electrospinnability) 및 섬유정렬 비교를 통하여 다양한 비율의 용액을 테스트해 본 결과, 알지네이트 2 중량%에 PEO 3 중량%가 첨가된 A2P3용액 및 바이오잉크가 적합하다는 결과를 확인하였다(실시예 3 참조).In another embodiment of the present invention, in order to know the composition ratio of a solution capable of spinning, various ratios of solutions were tested through comparison of electrospinability and fiber alignment in a cell-containing bioink mixed with alginate having various PEO fractions. As a result, it was confirmed that the A2P3 solution and bio-ink in which 3% by weight of PEO was added to 2% by weight of alginate were suitable (see Example 3).

본 발명의 또 다른 실시 예에서는 A2P3용액 및 바이오잉크를 이용해 배열성이 가장 높은 구조체를 제작하고자 제작 조건을 정립하였다. 전기방사에 영향을 주는 조건으로 전기장, 노즐과 전극 간 거리(nozzle-to-electrode distance), 두 전극 간 거리(electrode-to-electrode distance), 그리고 방사시간의 범위를 다양하게 두고 실험을 진행한 결과, 노즐과 전극 간 거리를 14 mm로 두고 전기장을 0.075 kV/mm로 적용했을 때 높은 배열성과 높은 세포생존률을 확인하였고, 이 후 전극 간 거리는 30 mm 그리고 방사시간은 180s에서 높은 배열성을 지닌 구조체를 안정적으로 제작할 수 있다는 것을 확인하였다(실시예 4 참조).In another embodiment of the present invention, manufacturing conditions were established to produce a structure having the highest alignment using A2P3 solution and bio-ink. As conditions affecting electrospinning, experiments were conducted with various ranges of electric field, nozzle-to-electrode distance, electrode-to-electrode distance, and radiation time. As a result, when the distance between the nozzle and the electrode was 14 mm and the electric field was applied at 0.075 kV/mm, high alignment and high cell viability were confirmed.After that, the distance between the electrodes was 30 mm and the spinning time was 180 s. It was confirmed that the structure could be stably manufactured (see Example 4).

본 발명의 또 다른 실시 예에서는 CE 세포지지체를 제작하고, CE 세포지지체에서의 실시예 1-9에 따른 시험관 내(in vitro) 세포활동을 확인한 결과, 높은 세포 생존률을 확인하였다(실시예 5 참조).In another embodiment of the present invention, a CE cell scaffold was prepared, and as a result of confirming the in vitro cell activity according to Examples 1-9 on the CE cell scaffold, a high cell viability was confirmed (see Example 5). ).

본 발명의 또 다른 실시 예에서는 CE 세포지지체의 기계적 안정성을 높이기 위해, PCL 버팀대를 보충한 결과 PCL 버팀대를 포함한 CE 세포지지체 내 세포-함유 섬유 다발이 기계적으로 더 안정하다는 것을 확인하였다(실시예 6 참조).In another embodiment of the present invention, in order to increase the mechanical stability of the CE cell support, as a result of supplementing the PCL brace, it was confirmed that the cell-containing fiber bundles in the CE cell support including the PCL brace were mechanically more stable (Example 6 Reference).

본 발명의 또 다른 실시 예에서는 PCL 버팀대를 포함한 CE 세포지지체에서의 세포활동을 확인한 결과, 지지체 표면상의 정렬된 유도에 의해 세포 신장 및 정렬이 보다 유리하다는 것을 확인하였고, 미오신 중쇄(Myosin heavy chain; MHC) 및 근절(sarcomeric) α-actin 염색 결과, MHC 및 근절 구조가 발현됨을 확인하였다(실시예 7 참조).In another embodiment of the present invention, as a result of confirming the cell activity in the CE cell scaffold including the PCL brace, it was confirmed that cell elongation and sorting are more advantageous by the alignment induction on the scaffold surface, myosin heavy chain; MHC) and sarcomeric α-actin staining, it was confirmed that MHC and sarcomere structures were expressed (see Example 7).

따라서, 본 발명은 (a) 알지네이트(alginate)와 폴리에틸렌 옥사이드(polyethelene oxide; PEO) 혼합하여 생체적합성 고분자 혼합용액을 제조하는 단계; (b) (a)단계에서 제조한 생체적합성 고분자 혼합용액에 세포를 혼합하여 세포-함유 바이오잉크(bioink)를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 (b)단계에서 제조한 세포-함유 바이오잉크를 평행전극(parallel electrodes)으로 세포 전기방사(cell eletrospinning; CE)하여 세포지지체(scaffold)를 제조하는 단계를 포함하는 조직재생용 세포지지체의 제조방법을 제공한다.Accordingly, the present invention comprises the steps of (a) mixing alginate and polyethylene oxide (PEO) to prepare a biocompatible polymer mixed solution; (b) preparing a cell-containing bioink by mixing the cells in the biocompatible polymer mixed solution prepared in step (a); And (c) producing a cell scaffold by performing cell electrospinning (CE) with the cell-containing bioink prepared in step (b) with parallel electrodes. It provides a method for producing a cell scaffold.

본 발명에 사용되는 용어 '알지네이트(alginate)'란, 음이온 특성을 가진 갈색 해조류에서 얻은 것으로서, 세포 외 기질과의 구조적 유사성, 무독성 및 Ca2 +와 같은 양이온의 첨가로 빠른 겔화를 통한 우수한 가공성을 이유로 조직 공학에서 널리 사용되어 왔다. 이러한 특성 때문에, 알지네이트는 또한 세포-함유 바이오잉크로 응용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. The term 'alginate (alginate), to be used in the present invention, as obtained from the brown algae with anionic properties, good processability with rapid gelation by the addition of cations such structural similarity with the extracellular matrix, and non-toxic and Ca 2 + For this reason, it has been widely used in tissue engineering. Because of these properties, alginate can also be applied as a cell-containing bioink, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 비드가 없는 안정적인 세포-함유 마이크로 섬유를 형성하기 위해 세포 전기방사를 위한 바이오잉크에 알지네이트의 중량%는 당업계에 공지된 방법으로 중량%를 선택할 수 있고, 1 중량% 내지 3 중량% 바람직하게는 2 중량% 알지네이트를 최적으로 선택할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In the present invention, in order to form stable cell-containing microfibers without beads, the weight% of alginate in the bioink for cell electrospinning may be selected from 1% to 3% by weight by a method known in the art. Weight%, preferably 2% by weight alginate may be optimally selected, but is not limited thereto.

본 발명에 사용되는 용어 '폴리에틸렌 옥사이드(polyethelene oxide; PEO)'란, -[-CH2CH2O-] n 상기 식으로 표시되는 선상 폴리에테르를 의미한다. 중합 조건에 따라 분자량 200~10000 이상의 것을 얻을 수 있으며 액체에서부터 왁스 상태의 단단한 고체에 이르기까지 여러 가지 다른 성질을 가진 것을 얻을 수 있다. 모두 에테르기의 친수성 때문에 물에 잘 녹는다. 방향족 탄화수소를 포함하는 대부분의 유기 용제에 녹고 지방족 탄화수소에 녹지 않는다. 일반적으로 내약품성은 양호하고, 300℃ 부근까지 분해를 일으키지 않는다. 굴곡성은 폴리옥시메틸렌, 폴리프로필렌옥사이드 등보다 훨씬 뛰어나다. 고분자량인 것은 결정성도 좋고 인장 강도도 크며 흡습성을 갖지 않는다. 폴리에틸렌옥사이드의 블록 및 그래프트 혼성 중합체도 합성되고 있다. 표면 활성제, 중성 세제에 이용되는 것 외에 의약품, 향장품에, 또한 가소제로서 사용될 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 본 발명에 있어서, PEO는 캐리어 중합체로서, 표면 장력 및 전기 전도성을 감소시키고, 더욱 바람직하게는 전기 방사에 필요한 분자 얽힘(entanglement)이 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The term "polyethylene oxide (polyethelene oxide; PEO)" used in the present invention is, - [- CH 2 CH 2 O-] - n means a linear polyether represented by the formula. Depending on the polymerization conditions, a molecular weight of 200 to 10000 or more can be obtained, and a variety of different properties can be obtained from liquid to hard waxy solid. All are well soluble in water due to the hydrophilicity of the ether group. It is soluble in most organic solvents including aromatic hydrocarbons and insoluble in aliphatic hydrocarbons. In general, it has good chemical resistance and does not cause decomposition to around 300°C. Flexibility is much better than polyoxymethylene and polypropylene oxide. High molecular weight ones have good crystallinity, high tensile strength, and do not have hygroscopicity. Block and graft copolymers of polyethylene oxide are also being synthesized. In addition to being used in a surface active agent and a neutral detergent, it may be used in pharmaceuticals, cosmetics, and also as a plasticizer, but is not limited thereto.In the present invention, PEO is a carrier polymer, reducing surface tension and electrical conductivity, and more preferably Molecular entanglement required for electrospinning may be formed, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 알지네이트의 낮은 전기방사성(electrospinnability)를 증가시키기 위해, 폴리에틸렌 옥사이드 이외에 당업계에 공지된 다양한 가공제를 사용할 수 있으며, 예컨데, 활성탄, 방염가공제, 유연처리제, 또는 유류처리제 등의 가공제일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In the present invention, in order to increase the low electrospinability of alginate, in addition to polyethylene oxide, various processing agents known in the art may be used, for example, processing of activated carbon, flame retardant processing agent, softening agent, or oil processing agent. The best can be, but is not limited thereto.

본 발명의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 (a)단계에서, 생체적합성 고분자 혼합용액은 알지네이트/PEO의 중량비는 당업계에 공지된 방법으로 중량비를 조절할 수 있고, 0.25 내지 3 바람직하게는 0.5 내지 2이나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 생체적합성 고분자 혼합용액은 상기 알지네이트/PEO의 중량비에 따라, 표면장력(Surface tension)이 30~50mN/m 바람직하게는 38~48mN/m일 수 있고, 전기 전도도(conductivity)가 2.5~4.5μS/cm 바람직하게는 2.9~3.9μS/cm일 수 있으며, 또는 복합점도(Complex viscosity)가 0.5~25PaS 바람직하게는 1~15PaS일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.According to a specific embodiment of the present invention, in the step (a), the weight ratio of alginate/PEO in the biocompatible polymer mixed solution may be adjusted by a method known in the art, and 0.25 to 3, preferably 0.5 to 2 However, it is not limited thereto. In addition, the biocompatible polymer mixed solution may have a surface tension of 30 to 50 mN/m, preferably 38 to 48 mN/m, and an electrical conductivity of 2.5 to, depending on the weight ratio of alginate/PEO. 4.5μS / cm preferably 2.9 to may be a 3.9μS / cm, or complex viscosity (complex viscosity) is may be a 0.5 - 25Pa and S preferably 1 ~ 15Pa and S, but not limited thereto.

본 발명에 사용되는 용어 '표면장력(Surface tension)'이란, 액체의 자유표면에서 표면을 작게 하려고 작용하는 장력을 의미한다. 액면 부근의 분자가 액체 속의 분자보다 위치에너지가 크기 때문에 액체는 표면적에 비례하는 표면 에너지를 가지고, 이로 인해 표면장력이 생긴다. The term'surface tension' as used in the present invention means a tension acting on a free surface of a liquid to reduce the surface. Since molecules near the liquid surface have higher potential energy than molecules in the liquid, the liquid has a surface energy proportional to the surface area, and this creates a surface tension.

본 발명에 사용되는 용어 '전기 전도도(conductivity)'란, 도체에 일정한 전기장이 걸린 경우(혹은 양단사이에 전압이 걸린 경우) 전류가 흐르는데, 이 때 전류밀도는 전기장에 비례한다. 전기전도도는 그 비례상수를 의미한다.The term'electrical conductivity' used in the present invention means that a current flows when a constant electric field is applied to a conductor (or a voltage is applied between both ends), and the current density is proportional to the electric field. Electrical conductivity means its proportionality constant.

본 발명에 사용되는 용어 '복합점도(Complex viscosity)'란, 복소 점도라고도 불리우며, 점도를 실수부와 허수부의 합으로 나타낸 수학적 표현. 실수부는 보통 동력학 점도로 불리고 허수부는 복소 면찰 탄성률의 실수부와 관련이 있다.The term'complex viscosity' used in the present invention is also called complex viscosity, and is a mathematical expression in which the viscosity is the sum of the real and imaginary parts. The real part is usually called kinetic viscosity, and the imaginary part is related to the real part of the complex inspection modulus.

본 발명에 있어서, 평행전극(parallel electrodes)은 세포 전기방사에 의해 나노섬유를 정렬하여 제조하기 위한 평행한 전극으로서, 노즐과 평행전극 사이에 인가된 전기장 하에서 평행 전극 위에 이방성 배열 섬유가 증착된다. 즉, 평행 전극의 전기장 방향 및 형상 계수로 인한 유도 쌍극자 모멘트에 의해 발생한 전기장에서 유발되는 토크를 통해, 전기 방사된 섬유가 평행 전극 사이에서 정렬될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, the parallel electrodes are parallel electrodes for manufacturing by aligning nanofibers by cellular electrospinning, and anisotropic array fibers are deposited on the parallel electrodes under an electric field applied between the nozzle and the parallel electrodes. That is, the electrospun fibers may be aligned between the parallel electrodes through the torque induced in the electric field generated by the induced dipole moment due to the electric field direction and shape coefficient of the parallel electrodes, but is not limited thereto.

본 발명에 사용되는 용어 '세포 전기방사(cell eletrospinning; CE)' 란, 전기력을 사용하여 살아있는 세포를 포함시킨 고분자 용액을 약 수백 나노미터 정도의 섬유 직경까지 인출하는 세포 담지 섬유 제조 방법을 가리키며, CE은 섬유의 전기분사(electrospraying) 및 기존 솔루션 건식 방사의 특성을 공유한다. 이 공정은 응고 화학 또는 고온을 사용하여 용액에서 실을 생성 할 필요가 없으므로, 공정은 특히 크고 복잡한 분자를 사용하는 섬유 생산에 적합한 바, 3차원에서 균일한 세포분포와 섬유구조를 통한 세포생장을 유도할 수 있다. 즉, 다양한 천연 중합체와 살아있는 세포를 사용하여 마이크로/나노 섬유구조를 통한 세포 성장의 지침을 가능케 하는 기술을 의미하는 바, 위상적 신호의 제어 가능성을 지닌 마이크로/나노 섬유 구조를 만드는 다기능 도구로써, 제작된 마이크로/나노 섬유는 세포 외 매트릭스(ECM)의 구조적인 기하 구조와 유사하므로, 다양한 조직을 재생하는 데 널리 사용된다. PDMS 용액에서 인간 뇌(1321N1) 세포의 성공적인 전기 방사가 가능하고, 0.09 kV mm-1 전기장 하에서, 세포는 67.6 %의 생존율 및 9일 동안의 세포 증식을 나타낼 수 있다. 또한, 이 기술은 다양한 용액을 사용하여 신경 모세포종, 지방 줄기 세포, 및 심근 세포와 같은 상이한 세포를 재생시킬 수 있고, 전기 방사된 심장 패치(electrospun cardiac patch)는 주요 신생아 심장 근세포로 제조할 수도 있으나, 이에 제한되지 않고, 이 가공된 심장 패치는 MyBP-C, sarcomeric α-actin, connexin-43 및 myomesin으로 대표되는 구조화된 근원 섬유를 나타낼 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 조골 세포-같은 세포(MG63)와 알지네이트/폴리에틸렌 옥사이드(PEO)/레시틴 용액을 이용한 전기 방사를 통해, 세포 외 기질(Extracellular matrix; ECM) 구조를 모방할 수 있고, 0.16 kV mm-1 전기장을 사용하여, 세포가 80% 이상의 세포 생존 능력으로 전기 방사되어, 세포 증식과 골 형성 분화를 보일 수 있다. CE 기술은 인간 임상 1상 시험의 최종 검사에 속할 수도 있으나, 이에 제한되지 않는다.The term'cell eletrospinning (CE)' used in the present invention refers to a method for producing cell-supported fibers in which a polymer solution containing living cells is drawn up to a fiber diameter of about several hundred nanometers using electric force, CE shares the properties of fiber electrospraying and conventional solutions dry spinning. Since this process does not need to use coagulation chemistry or high temperature to generate yarn from solution, the process is particularly suitable for producing fibers using large and complex molecules, thus ensuring uniform cell distribution in three dimensions and cell growth through fiber structure. You can induce. In other words, it refers to a technology that enables the guidance of cell growth through micro/nano fiber structures using various natural polymers and living cells. As a multifunctional tool to create micro/nano fiber structures with controllability of topological signals, The fabricated micro/nano fibers are similar to the structural geometry of the extracellular matrix (ECM), and are therefore widely used to regenerate various tissues. Successful electrospinning of human brain (1321N1) cells in PDMS solution is possible, and under a 0.09 kV mm -1 electric field, cells can exhibit a survival rate of 67.6% and cell proliferation for 9 days. In addition, this technique can regenerate different cells such as neuroblastoma, adipose stem cells, and cardiomyocytes using a variety of solutions, and electrospun cardiac patches can also be made from major neonatal cardiac myocytes. , Without being limited thereto, the processed heart patch may represent a structured myofibril represented by MyBP-C, sarcomeric α-actin, connexin-43 and myomesin, but is not limited thereto. Through electrospinning using osteoblast-like cells (MG63) and alginate/polyethylene oxide (PEO)/lecithin solution, the extracellular matrix (ECM) structure can be mimicked, and a 0.16 kV mm -1 electric field is used. Thus, cells are electrospun with more than 80% cell viability, and cell proliferation and osteogenic differentiation can be exhibited. CE technology may belong to the final examination of human phase 1 clinical trials, but is not limited thereto.

본 발명의 구체적인 실시 예에 따르면, 세포 전기방사는 노즐-전극 간 간격을 10~15mm 바람직하게는 12~14mm, 전기장 범위를 0.025~0.125kV/mm 바람직하게는 0.050~0.100kV/mm, 전극-전극 간 간격을 3~40mm 바람직하게는 5~30mm, 또는 전기방사시간을 50~420초 바람직하게는 60~300초로 하여 세포지지체를 제조할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. According to a specific embodiment of the present invention, the cell electrospinning has a nozzle-electrode spacing of 10 to 15 mm, preferably 12 to 14 mm, an electric field range of 0.025 to 0.125 kV/mm, preferably 0.050 to 0.100 kV/mm, and an electrode- A cell scaffold may be manufactured with a spacing between electrodes of 3 to 40 mm, preferably 5 to 30 mm, or an electrospinning time of 50 to 420 seconds, preferably 60 to 300 seconds, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 조직재생용 세포지지체로써, 상기 조직재생용 세포지지체는 세포가 살아있는 상태로 배열성 있는 세포-함유 나노섬유 다발 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 조직재생용 세포지지체를 제공한다.In addition, the present invention is a tissue regeneration cell support prepared by the above manufacturing method, wherein the tissue regeneration cell support has a cell-containing nanofiber bundle structure in which cells are arranged in a living state, for tissue regeneration Provides cell support.

본 발명의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 배열성 있는 세포-함유 나노섬유 다발 구조는 FWHM이 8~100°바람직하게는 10~40°일 수 있고, 상기 세포는 F-actin의 종횡비(aspect ratio)가 2 내지 8 바람직하게는 4 내지 6, 또는 F-actin의 배향(orientation)은 FWHM이 0~30°바람직하게는 0~20°일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.According to a specific embodiment of the present invention, the arrangement of the cell-containing nanofiber bundle structure may have an FWHM of 8 to 100° and preferably 10 to 40°, and the cells have an aspect ratio of F-actin. A 2 to 8, preferably 4 to 6, or the orientation (orientation) of F-actin is 0 to 30 ° FWHM may be preferably 0 to 20 °, but is not limited thereto.

본 발명에 사용되는 용어 '종횡비(aspect ratio)'란, 2차원 모형에서 긴축과 짧은 축의 길이에 대한 비율을 의미하며, 본 발명에 있어서, 상기 종횡비를 통해, 세포 신장(cell elongation)을 확인할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The term'aspect ratio' used in the present invention refers to the ratio of the length of the short axis to the short axis in a two-dimensional model, and in the present invention, cell elongation can be confirmed through the aspect ratio. However, it is not limited thereto.

본 발명에 사용되는 용어 '배향(orientation)'이란, 어떤 결정의 축과 그 계의 기본축 사이의 각도 관계를 뜻한다. 면에 대해서는 그 면의 수직선과 계의 기본축과의 사이의 각도 관계로 나타낼 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 배향은 FWHM을 통해, 세포 정렬을 확인할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The term'orientation' used in the present invention means an angular relationship between the axis of a crystal and the basic axis of the system. For a plane, it can be expressed as the angular relationship between the plane's vertical line and the basic axis of the system. In the present invention, the orientation may confirm cell alignment through FWHM, but is not limited thereto.

본 발명의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 조직재생용 세포지지체는 미오신 중쇄(Myosin heavy chain; MHC) 또는 근절 구조(sarcomeric structure)가 발현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. According to a specific embodiment of the present invention, the cell scaffold for tissue regeneration may express a myosin heavy chain (MHC) or a sarcomeric structure, but is not limited thereto.

본 발명에 사용되는 용어 '미오신 중쇄(Myosin heavy chain; MHC)'란, 분자량 약 22만의 미오신 구성성분 단백질의 일종이다. C 말단 측은 미오신의 필라멘트 형성능을 담당하는 알파 나선의 로드영역으로 미부라고 한다. N 말단 측은 구상 영역으로 미오신의 두부라고 하며, ATPase활성, 미오신L사슬과 액틴결합부위가 있다. 2개의 H사슬은 미부에서 상호간에 코일을 감아 쌍두의 미오신 분자를 구성한다. 통상 미오신의 기능은 미오신 L사슬에 의해 제어되지만, 미오신의 종류에 따라서는 미부의 인산화에 따라 활성이 제어되는 것도 있다. 본 발명에 있어서, MHC는 근관(myotube) 형성에 필요한 단백질로서, 근육형성(myogenesis)를 나타내기 위해 발현된 것을 확인 할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.The term'myosin heavy chain (MHC)' used in the present invention is a kind of protein constituent of myosin with a molecular weight of about 220,000. The C-terminal side is the rod region of the alpha helix responsible for the filament-forming ability of myosin and is called the tail. The N-terminal side is a globular region, called the head of myosin, and has ATPase activity, myosin L chain and actin binding site. The two H chains form two-headed myosin molecules by winding coils with each other at the tail. In general, the function of myosin is controlled by the myosin L chain, but depending on the type of myosin, the activity is controlled by phosphorylation of the tail. In the present invention, MHC is a protein required for the formation of myotubes, and it can be confirmed that it is expressed to indicate myogenesis, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 MHC는 MHC 양성 지수(MHC positive index)가 80~110% 바람직하게는 90~100%, 융합 지수(Fusion index)가 20~100% 바람직하게는 30~90%, 또는 성숙지수(Maturation index)가 20~80% 바람직하게는 30~70%일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, the MHC has an MHC positive index of 80 to 110%, preferably 90 to 100%, a fusion index of 20 to 100%, preferably 30 to 90%, or maturation. The maturation index may be 20 to 80%, preferably 30 to 70%, but is not limited thereto.

본 발명에 사용되는 용어 '근절 구조(sarcomeric structure)'란, 횡문근에서의 근원섬유가 반복되는 단위의 구조를 의미한다. 이웃이 되는 Z반의 사이를 나타내며 Z반-I대-A대-I대-Z반의 순서로 이루어질 수 있다. 신경에서 온 자극을 근원섬유에 전달하는 3개 조직도 Z반의 부근에 있고, 전달계의 T관, 근소포체도 근절과 같이 반복한다. 근절의 길이는 수축 시에 짧아지지만, 척추동물에서는 이완 시에 거의 2~3μm가 보통이다. 본 발명에 있어서, 근관(myotube)의 성숙한 분화 단계를 확인하기 위해, 근절 구조를 확인할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The term'sarcomeric structure' used in the present invention refers to the structure of a unit in which myofibrils in the rhabdomyos are repeated. It represents between the neighboring Z classes and can be made in the order of Z class-I vs.A vs.I vs.Z class. The three tissues that transmit stimuli from nerves to the myofibrils are also located in the vicinity of the Z half, and the T-tube of the transmission system and the muscle vesicles are also repeated like eradication. The length of the apex is shortened upon contraction, but in vertebrates, it is usually 2-3 μm at relaxation. In the present invention, in order to confirm the mature differentiation stage of the myotube, the root structure can be confirmed, but is not limited thereto.

본 발명의 구체적인 실시 예에 따르면, 세포지지체는 세포생존률이 80~100% 바람직하게는 80~95%, 섬유분포의 FWHM이 8~100°바람직하게는 10~40°, 섬유 밀도가 90~250/μm2 바람직하게는 120~240/μm2, 인장 강도(tensile strength)가 20~40MPa 바람직하게는 30~35MPa, 또는 상대적 세포 증식률(relative cell proliferation)이 95% 내지 130% 바람직하게는 100~122%일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.According to a specific embodiment of the present invention, the cell scaffold has a cell viability of 80-100%, preferably 80-95%, a fiber distribution FWHM of 8-100°, preferably 10-40°, and a fiber density of 90-250 /μm 2 Preferably 120 to 240 / μm 2 , tensile strength is 20 to 40 MPa, preferably 30 to 35 MPa, or relative cell proliferation is 95% to 130%, preferably 100 to 122% However, it is not limited thereto.

본 발명에 사용되는 용어 '반치폭(full width at half maximum; FWHM)'이란, 어떤 함수의 폭을 나타내는 용어로서, 그 함수의 최댓값의 절반이 되는 두 독립변수 값들의 차이로 정의된다. 반치전폭은 신호처리에서 펄스의 지속시간, 통신에서 사용되는 신호의 대역폭 등을 나타내는데 쓰인다. 본 발명에 있어서, FWHM을 통해, CE로 제조된 섬유의 정렬된 구조를 판단할 수 있고, 값이 낮을수록 양호한 정렬을 나타낼 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The term'full width at half maximum (FWHM)' used in the present invention is a term representing the width of a function and is defined as the difference between two independent variable values that are half of the maximum value of the function. The full width at half maximum is used to indicate the duration of a pulse in signal processing and the bandwidth of a signal used in communication. In the present invention, through the FWHM, it is possible to determine the ordered structure of the fiber made of CE, and the lower the value, the better the alignment, but is not limited thereto.

본 발명에 사용되는 용어 '인장 강도(tensile strength)'란, 항장력이라고도 하며, 재료의 기계적 강도를 표시하는 값의 하나이다. 막대 모양의 시험 편을 잡아당겨 그 가해진 하중과 시험편의 변형의 모양에서 인장 강도를 구한다. 시험 편에 하중을 가하면 시험 편은 하중에 비례하여 늘어나며, 이윽고 비례 관계에서 벗어나게 된다. 어떤 늘어나는 값에서 최대하중 M을 시험편의 원래 단면적으로 나눈 값이 인장 강도이며, 단위면적에서 지탱할 수 있는 최대하중을 나타낸다. 플라스틱 상의 장식용 전기도금의 밀착성 시험에 사용될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 본 발명에 있어서, 상기 인장 강도를 통해, 제작된 세포지지체의 기계적 안정성 여부를 판단할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The term “tensile strength” used in the present invention is also referred to as tensile strength, and is one of values indicating the mechanical strength of a material. Pull the rod-shaped test piece and obtain the tensile strength from the applied load and the shape of the deformation of the test piece. When a load is applied to the test piece, the test piece stretches in proportion to the load, and eventually, it deviates from the proportional relationship. At a certain elongation value, the maximum load M divided by the original cross-sectional area of the test piece is the tensile strength, indicating the maximum load that can be supported in a unit area. It can be used for the adhesion test of decorative electroplating on plastic, but is not limited thereto. In the present invention, it is possible to determine whether or not the fabricated cell scaffold has mechanical stability through the tensile strength, but is not limited thereto.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 조직재생용 세포지지체는 골격근 조직재생용일 수 있고, 상기 세포는 근아세포(myoblast)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In addition, in the present invention, the cell support for tissue regeneration may be for skeletal muscle tissue regeneration, and the cells may be myoblasts, but are not limited thereto.

본 발명에 사용되는 용어 '골격근'이란, 골격의 가동성 부분에 붙어서 그 운동을 관장하는 근육으로 가로무늬근이며 수의근이다. 1개의 골격근은 다수의 근섬유와 결합조직으로 구성되며, 근의 운동은 근섬유의 방향에 따라 수축운동을 하게 된다. 골격근에는 운동신경, 감각신경, 자율신경이 분포한다. 조직을 재생할 수 있는 골격근은 예컨데, 근두가 한 개뿐인 근육을 단두근, 두 개 이상 있는 다두근, 상완 이두근·대퇴 이두근·상완 삼두근·하완 삼두근·대퇴 사두근 등 강한 힘을 발휘하는 근육이 있으며, 근복 중간이 힘줄에 의해 중단되어 있는 다복근, 악이복근·견갑 설골근·복직근 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The term'skeletal muscle' used in the present invention is a muscle that is attached to the movable part of the skeleton and controls the movement, and is a transverse pattern muscle and a voluntary muscle. One skeletal muscle is composed of a number of muscle fibers and connective tissue, and the movement of the muscle performs contractile movement according to the direction of the muscle fiber. In the skeletal muscle, motor, sensory, and autonomic nerves are distributed. The skeletal muscles that can regenerate tissue include, for example, a muscle with only one root head, a muscle that exerts strong power, such as a monoceps, two or more biceps, a biceps brachii, biceps femoris, triceps brachial, triceps lower arm, quadriceps thigh. There may be multiple abs, jaw abs, scapular hyoid muscle, abdominal rectus muscle, etc., in which the middle of the muscle is interrupted by tendons, but are not limited thereto.

본 발명에 사용되는 용어 '근아세포(myoblast)'이란, 분화되지 않은 상태에 있는 근육세포로 근육의 마디를 구성한다. 처음에는 원통형을 이루나 유사분열에 의해 여러 개가 평행하게 밀집한 다발을 만든다. 골격근 섬유에서는 근원세포기(단핵세포기)에 근원섬유가 형성되고, 이어서 가로무늬도 볼 수 있다. 수축기능도 이 근원섬유 형성기 또는 그 직전에 시작된다. 배기의 근섬유는 근원섬유의 수가 적고, 후에 발생과 더불어 근원섬유가 증대한다. 근섬유 자체의 수는 배기 중에 결정되고, 그 후는 비대해질 뿐 증식하지 않는 것을 원칙으로 하지만, 항문거근과 같은 예외도 있다. The term "myoblast" used in the present invention is a muscle cell in an undifferentiated state and constitutes a muscle node. At first, it forms a cylindrical shape, but by mitosis, several clusters are formed in parallel. In skeletal muscle fibers, myofibrils are formed in the myoblasts (monocytes), followed by horizontal patterns. The contractile function also begins on or before this myofibrillar formation. The number of myofibrils in the ventricular muscle fibers is small, and the myofibrils increase as they occur later. The number of muscle fibers itself is determined during exhaustion, after which it becomes enlarged but does not proliferate, but there are exceptions such as levator ani.

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, preferred embodiments are presented to aid in understanding 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.

[[ 실시예Example ]]

실시예Example 1. 재료 및 방법 1. Materials and methods

1-1. 재료1-1. material

알지네이트 나트륨(LF10 / 50, FMC BioPolymer, Drammen, Norway)은 Pharmaline(Suwon, South Korea)에 의해 제공되었다. PEO(Mw = 900000), 염화칼슘(CaCl2) 및 PCL(Mw = 45 000)은 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO)에서 구매하였다. CE 및 CP에 사용된 C2C12 근육 아세포(CRL-1772)는 ATCC (Manassas, VA)에서 구입하였다.Sodium alginate (LF10 / 50, FMC BioPolymer, Drammen, Norway) was provided by Pharmaline (Suwon, South Korea). PEO (Mw = 900000), calcium chloride (CaCl 2 ) and PCL (Mw = 45 000) were purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO). C2C12 myoblasts (CRL-1772) used for CE and CP were purchased from ATCC (Manassas, VA).

1-2. 1-2. 알지네이트Alginate // PEOPEO 용액 및 바이오잉크의 제조 Preparation of solution and bioink

알지네이트/PEO 용액을 특성화하기 위해 2 중량 % 알지네이트와 0-4 % PEO를 3번 증류된 증류수(tri-distilled water)에 용해시켰다. 용액을 마그네틱 바를 사용하여 실온에서 며칠동안 교반하였다. 바이오잉크로서, 2 중량% 알지네이트/3 중량% PEO 용액을 선택하고, 5 × 106 세포 mL-1에서 C2C12를 첨가 하였다.To characterize the alginate/PEO solution 2% by weight alginate and 0-4% PEO were dissolved in tri-distilled water three times. The solution was stirred at room temperature for several days using a magnetic bar. As a bioink, a 2% by weight alginate/3% by weight PEO solution was selected, and C2C12 was added in 5 × 10 6 cells mL -1 .

1-3. 1-3. 알지네이트Alginate // PEOPEO 용액의 특성화 Solution characterization

알지네이트/PEO 용액의 하기 특성화를 실온에서 수행 하였다. 표면 장력 측정을 위해, 유리 모세관을 알지네이트/PEO 용액에 침지시켰다. 1시간 후, 유리 모세관을 디지털 카메라(Canon EOS 450D; Canon, Japan)를 사용하여 캡쳐 하였다. 그 후, 접촉각 측정(contact angle measurement)에 의해 표면 장력을 측정 하였다. 알지네이트/PEO 용액의 전도도를 측정하기 위해, pH/전도도 측정기(Consort Bvba, Belgium, Turnhout, Consort C861)를 사용하였다.The following characterization of the alginate/PEO solution was carried out at room temperature. For surface tension measurement, the glass capillaries were immersed in the alginate/PEO solution. After 1 hour, the glass capillary was captured using a digital camera (Canon EOS 450D; Canon, Japan). Then, the surface tension was measured by contact angle measurement. To measure the conductivity of the alginate/PEO solution, a pH/conductivity meter (Consort Bvba, Belgium, Turnhout, Consort C861) was used.

유동학적(Rheological) 측정을 수행하여 복합 점도(n *)를 수득하였다. 회전식 레오미터(Bohlin Gemini HR Nano; Malvern Instruments, Surrey, UK)의 원추 및 판 구조(4 °원추 각, 40mm 직경, 및 150μm 갭)를 사용하여 상이한 PEO 중량 분율(1-4 중량%)을 갖는 알지네이트(2 중량%)를 시험하였다. 동적 주파수 스위프(dynamic frequency sweep)는 선형 점탄성 영역 내에서 2% 변형률과 24℃를 사용하여 0.1에서 10Hz로 수행되었다.Rheological measurements were performed to obtain a complex viscosity (n *). Using a rotary rheometer (Bohlin Gemini HR Nano; Malvern Instruments, Surrey, UK) cone and plate structure (4° cone angle, 40 mm diameter, and 150 μm gap) with different PEO weight fractions (1-4% by weight). Alginate (2% by weight) was tested. The dynamic frequency sweep was performed from 0.1 to 10 Hz using 2% strain and 24°C in the linear viscoelastic region.

1-4. 표면 형태학(Surface Morphology)의 분석1-4. Analysis of Surface Morphology

미세크기 이미지(microscale imaging)의 경우, 전기 방사된 섬유를 양면 카본 테이프에 부착하고, Au 코팅을 위하여 받침대 위에 두었다. 그 후, 샘플의 섬유 형태를 주사 전자 현미경(SEM; SNE-3000M; SEC Inc., Suwon, South korea)을 사용하여 캡쳐하였다. 섬유를 ImageJ 소프트웨어를 사용하여 섬유 직경, 정렬 및 밀도 측면에서 분석하였다.For microscale imaging, the electrospun fiber was attached to a double-sided carbon tape and placed on a pedestal for Au coating. Thereafter, the fiber morphology of the sample was captured using a scanning electron microscope (SEM; SNE-3000M; SEC Inc., Suwon, South Korea). Fibers were analyzed in terms of fiber diameter, alignment and density using ImageJ software.

1-5. 세포 전기방사(cell 1-5. Cell electrospinning eletrospinningeletrospinning ; CE) 공정 및 세포 프린팅 공정; CE) process and cell printing process

CE 공정의 경우, 제조된 바이오잉크를 0.25mL/h의 유속으로 시린지 펌프(KDS 230, NanoNC, Inc.)에 장착하였다. 이어서, 고 전압 전원(SHV300RD-50K, Convertech)을 사용하여 10.5kV 고전압 직류를 인가시켰다. 바이오잉크를 3분간 두 개의 원통형 전극(직경: 360μm)에 전기 방사시켰다. 이 공정의 비디오를 디지털 카메라(Nikon D3100, Nikon, Japan)를 사용하여 기록하였으며, 지원 정보로 제공된다. 응용으로서, PCL 버팀대가 전극들 사이에 장착되었다.For the CE process, the prepared bio-ink was mounted on a syringe pump (KDS 230, NanoNC, Inc.) at a flow rate of 0.25 mL/h. Subsequently, 10.5kV high voltage direct current was applied using a high voltage power source (SHV300RD-50K, Convertech). The bioink was electrospun onto two cylindrical electrodes (diameter: 360 μm) for 3 minutes. Video of this process was recorded using a digital camera (Nikon D3100, Nikon, Japan) and provided as supporting information. As an application, PCL braces were mounted between the electrodes.

세포 프린팅 공정에서, 3D 로봇(DTR3-2210-T-SG, DASA Robot, South Korea)을 이용하여 바이오잉크를 분배하였다. 120 kPa의 공기압과 10 mm s-1의 노즐 이동 속도가 적용되었다. PCL 버팀대에 적용하기 위해, PCL을 가열 카트리지에서 100℃에서 녹인 후, 340 kPa를 사용하여 버팀대로 PCL을 그렸다. 잠시 후, 상기 바이오잉크는 전술한 것과 동일한 제조 조건을 사용하여, 100 ㎛ 갭의 PCL 버팀대에 분배된다. CE 및 세포 인쇄를 사용하여 제조된 모든 샘플을 2분 동안 고 포도당을 갖는 Dulbecco 변형 이글 매질(Dulbecco's modified Eagle's medium; DMEM)에서 2 중량% CaCl2로 가교 결합시켰다. 이어서, 세번-완충 식염수(tris-buffered saline)를 사용하여, 샘플을 2회 헹구었다.In the cell printing process, bioink was distributed using a 3D robot (DTR3-2210-T-SG, DASA Robot, South Korea). An air pressure of 120 kPa and a nozzle movement speed of 10 mm s -1 were applied. To apply to the PCL brace, PCL was melted at 100° C. in a heating cartridge, and then PCL was drawn with the brace using 340 kPa. After a while, the bio-ink is dispensed on PCL braces with a 100 μm gap using the same manufacturing conditions as described above. All samples prepared using CE and cell printing were crosslinked with 2 wt% CaCl 2 in Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM) with high glucose for 2 minutes. The sample was then rinsed twice using tris-buffered saline.

1-6. 세포 수 측정1-6. Cell count

세포 수를 계산하기 위해, C2C12 세포를 5 × 106 cells mL-1의 바이오잉크에 포함하여 실시예 1-5에 따른 CP 및 CE 공정에 적용하였다. CE의 경우, CE 지지체를 제조하기 위해 얻어진 조건을 사용 하였지만, 전기 방사된 섬유를 세포 카운팅을 위해 2D 전극 상에 수집하였다. 세포 프린팅의 경우, 3D 바이오 프린터를 사용하여, CP 지지체와 동일한 제조 조건으로 버팀대를 그렸다. 트리판 블루(trypan blue) 용액(Sigma-Aldrich)으로 처리 한 후, 세포 수를 세기 위하여, 광학 현미경(CKX41, Olympus)을 사용하여 샘플을 관찰했다.In order to calculate the number of cells, C2C12 cells were included in a bio-ink of 5 × 10 6 cells mL -1 and applied to the CP and CE processes according to Example 1-5. For CE, the conditions obtained to prepare the CE scaffold were used, but the electrospun fibers were collected on a 2D electrode for cell counting. In the case of cell printing, a 3D bioprinter was used to draw a brace under the same manufacturing conditions as the CP scaffold. After treatment with trypan blue solution (Sigma-Aldrich), the sample was observed using an optical microscope (CKX41, Olympus) to count the number of cells.

1-7. 인장 특성 측정(Tensile Property Measurement)1-7. Tensile Property Measurement

응력 - 변형률 곡선(stress-strain curve)은 마이크로 인장 시험기(Toptech 2000; Chemilab, Suwon, Korea)를 사용하여 얻었다. 시험 전에 샘플을 동결 건조시키고, 0.05 mm s -1에서 일축으로 연신하였다.The stress-strain curve was obtained using a micro-tensile tester (Toptech 2000; Chemilab, Suwon, Korea). Before the test, the sample was freeze-dried and uniaxially stretched at 0.05 mm s -1 .

1-8. 시험관 내 세포 배양(In vitro Cell Culture)1-8. In vitro cell culture

C2C12 근아세포(myoblast)는 고 포도당이 있는 DMEM이 포함된 10 % fetal bovine serum(Gemini Bio-Products, Sacramento, CA, USA)과 1% 항생제 (Antimycotic, Cellgro, Manassas, VA)를 사용하여 배양하였다. 샘플을 37℃조건 하에 5% CO2가 보충된 배양기에 저장하고, 매 2일마다 배지를 교환하였다.C2C12 myoblasts were cultured using 10% fetal bovine serum (Gemini Bio-Products, Sacramento, CA, USA) containing DMEM with high glucose and 1% antibiotics (Antimycotic, Cellgro, Manassas, VA). . Samples were stored in an incubator supplemented with 5% CO 2 under conditions of 37°C, and the medium was changed every 2 days.

1-9. 시험관 내 세포 활동(In vitro Cellular Activities)1-9. In vitro Cellular Activities

세포-함유 샘플을 2.5 % 글루타알데히드(glutaraldehyde)에서 4시간 동안 고정하고, 실시예 1-4에 따른 SEM을 사용하여 세포 형태를 관찰하였다. 샘플을 각각 10분 동안 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 % 및 100 % 알코올로 헹구었다. 헥사메틸디실라잔(Hexamethyldisilazane)을 1 시간 동안 처리하고, 샘플을 공기 건조시켰다. Au로 코팅한 후, 실시예 1-4에 따른 SEM을 사용하여 이미지를 관찰하였다.The cell-containing sample was fixed in 2.5% glutaraldehyde for 4 hours, and the cell morphology was observed using the SEM according to Example 1-4. The samples were rinsed with 50%, 60%, 70%, 80%, 90% and 100% alcohol for 10 minutes, respectively. Hexamethyldisilazane was treated for 1 hour, and the sample was air dried. After coating with Au, the image was observed using the SEM according to Examples 1-4.

세포 증식 속도를 평가하기 위해, MTT 분석법(Cell Proliferation Kit I, Boehringer Mannheim, Mannheim, Germany)을 사용하였다. 샘플을 37℃에서 0.6 mg mL-1 MTT 용액에 4시간 동안 담겄다. 이어서, 가용화 용액을 37℃에서 밤새 처리하였다. ELISA 판독기(EL800, BioTek Instruments, Winooski, VT, USA)를 사용하여, 실시예 1-8에 따른 배양 1일 및 7일 후에, 570 nm에서 흡광도를 판독하였다. 7일째의 MTT 결과와 1일째의 MTT 결과를 비교하여, 상대적 세포 증식 속도를 나타냈다.To evaluate the rate of cell proliferation, an MTT assay (Cell Proliferation Kit I, Boehringer Mannheim, Mannheim, Germany) was used. Samples were immersed in 0.6 mg mL -1 MTT solution at 37°C for 4 hours. The solubilization solution was then treated at 37° C. overnight. Using an ELISA reader (EL800, BioTek Instruments, Winooski, VT, USA), the absorbance was read at 570 nm after 1 and 7 days of incubation according to Examples 1-8. The MTT result on the 7th day and the MTT result on the 1st day were compared, and the relative cell proliferation rate was shown.

4시간(in situ) 및 1일 및 7일에 세포 생존력을 측정하기 위해, 생존/사멸 염색(Live/dead staining)을 수행 하였다. 샘플을 0.15×10-3m calcein AM과 2 × 10-3m ethidium homodimer-1에 30분간 담갔다. 이어서, 현미경으로 녹색의 살아있는 세포와 빨간색의 죽은 세포를 관찰하고 포획했다. 획득된 이미지로부터, 세포 생존력은 실시예 1-6에 따른 총 세포 수에 대한 살아있는 세포의 수로서 계산되었다.To measure cell viability at 4 hours (in situ) and 1 and 7 days, Live/dead staining was performed. The sample was immersed in 0.15 × 10 -3 m calcein AM and 2 × 10 -3 m ethidium homodimer-1 for 30 minutes. Then, green living cells and red dead cells were observed and captured under a microscope. From the images obtained, cell viability was calculated as the number of living cells relative to the total number of cells according to Examples 1-6.

DAPI / phalloidin 영상을 얻어, 세포의 핵과 F-actin을 검사하였다. 샘플을 상온에서 밤새 3.7 % 파라포름알데히드로 고정시켰다. 0.2 % Triton X-100으로 10 분간 처리한 후, 샘플을 Alexa Fluor 568에 접합된 5 x 10-6m DAPI(Invitrogen, Carlsbad, CA) 및 15 U mL-1 phalloidin(Invitrogen, Carlsbad, CA)에 담겄다. 형광 이미지를 공촛점 현미경 (LSM700, 자이스 혈구, 독일)을 사용하여 캡처했다.DAPI / phalloidin images were obtained, and cell nuclei and F-actin were examined. Samples were fixed with 3.7% paraformaldehyde overnight at room temperature. After 10 minutes treatment with 0.2% Triton X-100, the sample was added to 5 x 10 -6 m DAPI (Invitrogen, Carlsbad, CA) and 15 U mL -1 phalloidin (Invitrogen, Carlsbad, CA) conjugated to Alexa Fluor 568. Soaked. Fluorescence images were captured using a confocal microscope (LSM700, Zeiss Blood Cell, Germany).

MHC와 sarcomeric α-actin 구조의 면역형광(immunofluorescence) 염색은 근원 분화를 나타내기 위해 수행되었다. 실온에서 3.7 % 파라포름알데히드를 밤새 담그고 나서, 샘플을 0.2 % Triton X-100을 사용하여 10 분간 투과시켰다. 배경 잡음(background noise)을 차단하기 위해, 1 % 소 혈청 알부민(Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)을 1시간 동안 처리하였다. 일차 항체를 부착하기 위해, 샘플을 4℃에서 밤새 항-MHC 항체(트리스 완충 식염수(TBS) 중 1 : 200) 및 항 근절(sarcomeric) α-actinin 항체(TBS 중 1 : 200)로 항온 배양 하였다. DAPI로 대조 염색하여, MHC에 대해서는 Alexa Fluor 488 및 근절(sarcomeric) 구조에 대해서는 Alexa Fluor 568과 접합된 염소 항균제 2 차 항체(goat antimouse secondary antibody)와 함께 샘플을 항온 배양 하였다. 이미지는 공 촛점 현미경을 사용하여 얻었으며, 실시예 1-4에 따라 ImageJ 소프트웨어는 MHC 분석에 사용되었다.Immunofluorescence staining of MHC and sarcomeric α-actin structures was performed to indicate myoblast differentiation. After soaking 3.7% paraformaldehyde overnight at room temperature, the samples were permeated for 10 minutes using 0.2% Triton X-100. In order to block background noise, 1% bovine serum albumin (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA) was treated for 1 hour. To attach the primary antibody, the sample was incubated overnight at 4°C with an anti-MHC antibody (1:200 in Tris buffered saline (TBS)) and an anti-sarcomeric α-actinin antibody (1:200 in TBS). . By counter staining with DAPI, samples were incubated with a goat antimouse secondary antibody conjugated with Alexa Fluor 488 for MHC and Alexa Fluor 568 for sarcomeric structures. Images were obtained using a confocal microscope, and ImageJ software according to Examples 1-4 was used for MHC analysis.

1-10. 통계 분석1-10. Statistical analysis

통계 분석은 SPSS 소프트웨어(SPSS, Inc. , Chicago, IL, USA)를 사용하여 각 실험의 최소 3회 반복 수행 하였다. 분산의 단일 요인 분석에 의해, 통계적 유의성을 나타내기 위하여 p * <0.05, p ** <0.01 및 p *** <0.001이 사용되었다.Statistical analysis was performed at least 3 times of each experiment using SPSS software (SPSS, Inc., Chicago, IL, USA). By single factor analysis of variance, p * <0.05, p ** <0.01 and p *** <0.001 were used to indicate statistical significance.

실시예Example 2. 세포구조체 제작을 위한 세포 전기방사(cell 2. Cell electrospinning for cell structure fabrication eletrospinningeletrospinning ; CE) 공정 및 고분자 혼합용액의 ; CE) process and polymer mixed solution 분자얽힘Molecular entanglement (entanglement) 확인(entanglement) check

CE 공정은 3D 바이오 프린터를 사용하는 세포 프린팅(cell printing; CP) 공정과 비교되었다. 도 1a 상단에 나타난 바와 같이, 실시예 1-5에 따른 3D 세포 함유 알지네이트 버팀대(struts)을 제조하는데 사용되는 세포 프린팅 공정 개략도 및 인쇄된 세포 함유 버팀대(struts)을 보여주는 실시예 1-4에 따른 SEM 이미지를 보여주고 있고, 도 1a 하단에 나타난 바와 같이, CE의 개략도 및 세포가 포함되어 있는 전기방사된 알지네이트 마이크로/나노 섬유의 SEM 이미지를 보여주고 있다. 상세히 설명하면, 이방성 배열 섬유는 노즐과 평행전극 사이에 인가된 전기장 하에서 평행 전극 위에 증착되었다. 이 섬유의 정전기 운동은 전기장 유도 토크에 기인한 것으로, T = μ×E로 나타낼 수 있다. 여기서 T는 장 유도 토크(field-induced torque), μ는 유도된 분극 모멘트, E는 인가된 전기장이다.The CE process was compared to the cell printing (CP) process using a 3D bio printer. 1A, according to Examples 1-4 showing a schematic diagram of a cell printing process used to prepare 3D cell-containing alginate struts according to Examples 1-5 and printed cell-containing struts. An SEM image is shown, and as shown in the bottom of FIG. 1A, a schematic diagram of CE and an SEM image of electrospun alginate micro/nano fibers containing cells are shown. In detail, the anisotropic array fibers were deposited on the parallel electrodes under an electric field applied between the nozzle and the parallel electrodes. The electrostatic motion of this fiber is due to the electric field induced torque, which can be expressed as T = μ×E. Where T is the field-induced torque, μ is the induced polarization moment, and E is the applied electric field.

노즐과 접지된 전극 주변의 전기장 분포를 정확하게 관찰하기 위해, 도 1b에 나타난 바와 같이, 광학 이미지에 표시된 전기 방사 공정의 기하학적 차원(geometrical dimension)을 사용했다. 도 1b의 시뮬레이션 결과에서 알 수 있듯이, 전기 방사 섬유는 평행 전극의 전기장 방향 및 형상 계수로 인한 유도 쌍극자 모멘트에 의해 전기장이 유발되는 토크를 경험한다. 특히, 도 1b-I, 1b-II 에 나타난 바와 같이, 토크 공식 μ×E는 0.5Vε0KT(ω)E2sin 2θ로 확장 될 수 있는데, 여기서 V는 섬유의 부피, ε0는 자유 공간의 유전율, KT(ε)는 섬유의 두 수직 축에 대한 탈분극 인자의 차이, ω는 적용된 주파수이고, E는 전기장이고, θ는 회전 각이다. 원통형 구조의 회전 방향은 도 1b-I, 1b-II에 나타난 바와 같이, 전기장의 방향에 직접적으로 영향을 받을 수 있다. 이 이론적인 분석에 기초하여, 전기 방사 섬유가 평행 전극 사이에서 성공적으로 정렬될 수 있음을 확인했다.In order to accurately observe the electric field distribution around the nozzle and the grounded electrode, the geometrical dimension of the electrospinning process indicated in the optical image was used, as shown in FIG. 1B. As can be seen from the simulation results of FIG. 1B, the electrospun fiber experiences a torque induced by an electric field by an induced dipole moment due to the electric field direction and shape factor of the parallel electrodes. In particular, as shown in Figs. 1b-I and 1b-II, the torque formula μ×E can be extended to 0.5Vε 0 K T (ω)E 2 sin 2θ, where V is the volume of the fiber and ε 0 is the free The permittivity of space, K T (ε) is the difference between the depolarization factors for the two vertical axes of the fiber, ω is the applied frequency, E is the electric field, and θ is the rotation angle. The direction of rotation of the cylindrical structure may be directly affected by the direction of the electric field, as shown in FIGS. 1b-I and 1b-II. Based on this theoretical analysis, it was confirmed that electrospun fibers can be successfully aligned between parallel electrodes.

도 1b의 광학 이미지에 나타난 바와 같이, 140mm인 노즐과 전기 전극간 거리와 30mm인 전기 전극간 거리가 고정되었다. 기하학적 실험 장치를 사용하여, 2 중량% 알지네이트를 사용한 나노 섬유를 제조하려고 시도했지만, 섬유는 얻지 못했다(도 1c). 순수한 알지네이트는 분자 체인(molecular chain)이 얽히지 않으나, 강하고 확장된 사슬 형태로 인해 서로 겹치기 때문에 전기 방사의 한계가 있다(도 1c-Ⅲ). 그러므로, 알지네이트 분자 사슬의 도메인이 얼마나 집중되어 있건 관계없이, 도 1c에 나타난 바와 같이, 분자 사슬의 얽힘과 물리적 네트워크를 필요로 하는 섬유 형성은 달성되지 못한다. 알지네이트의 낮은 전기방사성(electrospinnability)를 증가시키기 위해, 가공제로 폴리에틸렌 옥사이드(polyethelene oxide; PEO)를 사용했다. PEO는 캐리어 중합체로서, 표면 장력 및 전기 전도성을 감소시키고, 더욱 중요하게는 전기 방사에 필요한 분자 얽힘(entanglement)이 형성될 수 있다. 도 1c에 나타난 바와 같이, PEO(3 중량%)와 혼합된 알지네이트를 사용하는 전기 방사된 알지네이트/PEO 섬유를 보여준다. 예상대로, 도 1c-IV 에 나타난 바와 같이, 평행전극 사이의 정렬된 알지네이트 섬유는 알지네이트 분자 사슬 주위에 물리적 네트워크를 효과적으로 형성하는 PEO로 인해 잘 얻어진 것을 확인할 수 있었다.As shown in the optical image of FIG. 1B, the distance between the nozzle and the electric electrode of 140 mm and the distance between the electric electrode of 30 mm were fixed. Using a geometrical experimental setup, an attempt was made to prepare nanofibers using 2% by weight alginate, but no fibers were obtained (Fig. 1C). Pure alginate has a limit of electrospinning because the molecular chain is not entangled, but overlaps each other due to the strong and extended chain shape (Fig. 1c-III). Therefore, no matter how concentrated the domains of the alginate molecular chains are, as shown in Fig. 1c, entanglement of the molecular chains and fiber formation requiring a physical network cannot be achieved. In order to increase the low electrospinnability of alginate, polyethylene oxide (PEO) was used as a processing agent. PEO, as a carrier polymer, reduces surface tension and electrical conductivity, and more importantly, molecular entanglement required for electrospinning can be formed. As shown in Figure 1c, shows electrospun alginate/PEO fibers using alginate mixed with PEO (3% by weight). As expected, as shown in Figs. 1c-IV, it was confirmed that the alginate fibers aligned between parallel electrodes were well obtained due to the PEO effectively forming a physical network around the alginate molecular chain.

실시예Example 3. 다양한 3. Various PEOPEO 분율을Fraction 갖는 Having 알지네이트가Alginate 포함된 세포-함유 바이오잉크의 전기방사성( Electrospinning of the contained cell-containing bioink ( electrospinnabilityelectrospinnability ) 및 섬유 정렬(Fiber Alignment)을 통한 최적의 중량비 확인) And Fiber Alignment to determine the optimal weight ratio

전기방사성 있는(electrospinnable) 알지네이트/PEO 용액(생체적합성 고분자 혼합용액)을 정하기 위해, 2 중량% 알지네이트를 실시예 1-1 및 실시예 1-2에 따라, A2P0, A2P1, A2P2, A2P3 및 A2P4로 각각 언급된 PEO의 다양한 무게 분율(0, 1, 2, 3 및 4 중량%)와 함께 각각 추가했다. 도 2a에 나타난 바와 같이, 실시예 1-3에 따라 다양한 PEO 분율에 대한 혼합물의 특성, 표면 장력, 전기 전도도 및 복합 점도(complex viscosity)의 변화를 보여준다. 알지네이트의 전기 방사를 방해하는 중요한 요인은 다 음이온(poly anion) 사이의 반발력이다. 이와 같이, 알지네이트에 PEO를 첨가하면 카르복실산 염의 이온화 정도가 감소함을 나타내는 전도도의 변화에 의해 입증된 것처럼, 다 음이온성 알지네이트 분자 사이의 반발력이 감소된다. 또한, 분자 사슬 얽힘은 카르복실산 염의 이온화 정도가 감소함에 따라 향상된다. 그러므로, 도 2a에 나타난 바와 같이, 알지네이트에서 PEO의 무게 분율이 증가할수록, 표면 장력의 감소, 전도도의 감소, 및 점도의 증가 모두 비드가 없는 섬유를 형성하는 데 유리하다. 한편, 낮은 전도성과 높은 점도는 A2P2에서 A2P4 로의 섬유 직경의 증가에 해당하는 섬유 직경을 증가시킨다.In order to determine the electrospinnable alginate/PEO solution (biocompatible polymer mixed solution), 2% by weight alginate was used as A2P0, A2P1, A2P2, A2P3 and A2P4 according to Examples 1-1 and 1-2. Each added with various weight fractions (0, 1, 2, 3 and 4% by weight) of the PEO mentioned respectively. As shown in FIG. 2A, changes in properties, surface tension, electrical conductivity, and complex viscosity of the mixture for various PEO fractions according to Example 1-3 are shown. An important factor that hinders the electrospinning of alginate is the repulsive force between the poly anions. As such, the addition of PEO to the alginate reduces the repulsion between the polyanionic alginate molecules, as evidenced by the change in conductivity, which indicates a decrease in the degree of ionization of the carboxylic acid salt. Further, molecular chain entanglement improves as the degree of ionization of the carboxylic acid salt decreases. Therefore, as shown in FIG. 2A, as the weight fraction of PEO in alginate increases, the decrease in surface tension, decrease in conductivity, and increase in viscosity are all advantageous for forming beads-free fibers. On the other hand, low conductivity and high viscosity increase the fiber diameter corresponding to the increase in fiber diameter from A2P2 to A2P4.

또한, 평행 전극 사이의 전기 방사된 A2P1, A2P2, A2P3 및 A2P4의 정렬은 실시예 1-4에 따른 SEM 이미지에 설명되었고, 도 2b에 나타난 바와 같이, 섬유 분포는 회색조로 표현되었고, A2P1은 섬유질 구조를 형성하지 않았다. 그러므로 그레이 스케일의 피크는 무작위로 분포했다. 그러나, A2P2는 마이크로/나노 섬유를 형성 하였지만, 전극 사이의 정렬은 달성되지 않았다. 한편, A2P3 및 A2P4는 완전히 정렬된 구조를 갖는 평탄한 섬유 구조를 나타냈다. 정량적으로 말하자면, 반치폭(FWHM)은 각각 A2P2, A2P3 및 A2P4에서 37.0°, 8.4° 및 12.0°이었고, A2P3은 보다 양호한 정렬을 나타내는 가장 낮은 값을 나타냈다. 섬유의 전기방사성(electrospinnability) 및 정렬을 기반으로, 실시예 1-1 및 실시예 1-2에 따라 제조된 A2P3는 비드없는 섬유 형성 및 합리적으로 정렬된 섬유 다발을 위한 CE의 후속 파라미터 연구를 위해 선택되었다.In addition, the alignment of the electrospun A2P1, A2P2, A2P3 and A2P4 between parallel electrodes was described in the SEM image according to Example 1-4, and as shown in FIG. 2B, the fiber distribution was expressed in grayscale, and A2P1 was fibrous. Did not form a structure. Therefore, the gray scale peaks were randomly distributed. However, A2P2 formed micro/nano fibers, but alignment between the electrodes was not achieved. On the other hand, A2P3 and A2P4 exhibited a flat fiber structure with a fully aligned structure. Quantitatively speaking, the half width (FWHM) was 37.0°, 8.4° and 12.0° in A2P2, A2P3 and A2P4, respectively, with A2P3 showing the lowest value indicating better alignment. Based on the electrospinability and alignment of the fibers, A2P3 prepared according to Examples 1-1 and 1-2 was used to study the subsequent parameters of CE for bead-free fiber formation and reasonably aligned fiber bundles. Was chosen.

실시예Example 4. 정렬된 마이크로/나노섬유를 생성하기 위한 최적의 처리 조건 확인 4. Confirmation of optimal processing conditions to generate aligned micro/nano fibers

알지네이트와 PEO(A2P3)의 조성을 사용하여, 섬유 형성은 노즐 대 전극간 거리 및 전기장에 대하여 관찰되었다. 도 3a는 공정창(process window)과 비드 및 비드와 섬유로 구성된 구조를 보여주며, 섬유는 십자(X), 삼각형(△), 및 원(○)으로 나타난다. 이 실험에서, 유속 및 전기 방사 시간은 각각 0.25 mL h-1 및 3분으로 각각 고정되었다. 전기 방사 조건에서, 노즐-전극 간 거리가 10mm 미만이고, 전기장이 0.075kVmm-1 미만인 경우, 안정한 알지네이트 섬유의 형성이 달성되지 않았다. 그러므로, 10-14 mm 노즐-전극 간 간격과 0.075-0.125 kV mm-1 전기장의 범위를 도 3b에 나타난 바와 같이, 실시예 1-4에 따른 SEM 이미지로 나타낸 결과, 12 ~ 14 mm 노즐-전극 간 간격과 0.075 kV 전기장 영역에서 안정된 섬유 구조(비드 없음 및 섬유 배열)가 관찰되었다. 가공 도표에 기초하여, 알지네이트 섬유를 형성하기 위한 안정한 범위를 발견했다.Using a composition of alginate and PEO (A2P3), fiber formation was observed with respect to the nozzle-to-electrode distance and electric field. 3A shows a process window and a structure consisting of beads and beads and fibers, and fibers are represented by crosses (X), triangles (Δ), and circles (○). In this experiment, the flow rate and electrospinning time were fixed at 0.25 mL h -1 and 3 min, respectively. In the electrospinning condition, when the nozzle-electrode distance was less than 10 mm and the electric field was less than 0.075 kVmm -1 , formation of stable alginate fibers was not achieved. Therefore, 10-14 mm nozzle-electrode spacing and 0.075-0.125 kV mm-1 electric field range as shown in Fig. 3b, as a result of showing the SEM image according to Example 1-4, 12 ~ 14 mm nozzle-electrode Stable fiber structures (no beads and fiber arrangement) were observed in the interspace and 0.075 kV electric field regions. Based on the processing diagram, a stable range for forming alginate fibers was found.

안정한 섬유를 제조하는 것 외에도 세포 생존 능력은 CE의 성공을 결정하는 중요한 요소이다. 고정된 처리 범위(14 mm 거리 및 0.050-0.125 kV mm-1 전기장)에 대한 세포 생존율을 관찰하기 위해, C2C12 세포(5 × 106 세포 mL-1)의 혼합물에서 A2P3을 사용했다. 도 3c는 세포가 함유되어 전기 방사된 알지네이트 섬유의 실시예 1-4에 따른 SEM 및 형광 이미지를 도시한다. 녹색과 빨간색은 각각 살아 있고 죽은 세포를 나타낸다. 높은 세포 생존률이 관찰되었지만, 예상대로, 0.05 kV mm-1을 사용하였을 때, 비 섬유질 구조가 형성되었다. 0.075 kV mm-1의 경우, 안정적으로 정렬된 알지네이트 섬유의 형성과 합리적인 세포 생존률(90 %)이 달성되었다. 그러나, 도 3d에 나타난 바와 같이, 0.1 kV mm-1 이상에서는 세포 생존력이 80%로 현저히 감소하고, 섬유질 구조가 크게 응축되기 시작했다. 세포에 높은 전류를 가하면 파열에 의해 막에 큰 구멍이 생겨, 결국 세포가 죽음에 이르게 되어, 0.125 kV mm-1에서 가장 낮은 세포 생존률이 관찰되었다. 그러므로, 세포가 담긴 섬유질 다발 구조를 얻기 위해 14 mm 노즐-전기전극 간 간격과 0.075 kV mm-1 전기장을 설정했다. 선택된 조건을 사용하여, 도 3e에 나타난 바와 같이, 구조적 안정성의 관점에서 가교 결합 전후의 섬유 다발을 평가했다. PEO가 용해된 가교 결합 처리 후의 섬유는 약간의 융합 영역을 나타내지만, 정렬된 방식에서 개별 섬유상 위상적 신호(topological cues) 및 구조적 안정성이 수득되었다.In addition to producing stable fibers, cell viability is an important factor in determining the success of CE. To observe cell viability over a fixed treatment range (14 mm distance and 0.050-0.125 kV mm −1 electric field), A2P3 was used in a mixture of C2C12 cells (5×10 6 cells mL −1 ). 3C shows SEM and fluorescence images according to Examples 1-4 of electrospun alginate fibers containing cells. Green and red represent live and dead cells, respectively. High cell viability was observed, but as expected, when 0.05 kV mm -1 was used, a non-fibrous structure was formed. In the case of 0.075 kV mm -1 , formation of stably aligned alginate fibers and reasonable cell viability (90%) were achieved. However, as shown in FIG. 3D, at 0.1 kV mm -1 or more, the cell viability was significantly reduced to 80%, and the fibrous structure began to be largely condensed. When a high current was applied to the cells, a large hole was formed in the membrane due to rupture, eventually leading to death, and the lowest cell viability was observed at 0.125 kV mm -1 . Therefore, a 14 mm nozzle-electrode spacing and a 0.075 kV mm -1 electric field were set to obtain a fibrous bundle structure containing cells. Using the selected conditions, fiber bundles before and after crosslinking were evaluated in terms of structural stability, as shown in Fig. 3E. Fibers after crosslinking treatment in which PEO was dissolved showed some fusion areas, but individual fibrous topological cues and structural stability were obtained in an ordered manner.

A2P3 용액, 노즐 - 전극 간 거리 및 전기장을 설정한 후, 평행 전극의 전극 간 거리 및 전기 방사 시간의 영향을 평가하여 정렬된 섬유를 생성하였다. 전극 대 전극 거리는 도 4a 및 도 4b에 나타난 바와 같이, 5 내지 40mm로 변화되었으며, FWHM과 섬유 수를 측정하였다. 5 mm 거리에서 전극이 너무 가까우므로, 섬유 침착이 불안정해질 수 있다. 도 4b에 나타난 바와 같이, FWHM은 기하 급수적으로 5 내지 30mm 거리로 감소하고, 30mm 이상에서 증가한다. 40mm에서, 침착된 섬유는 쉽게 파손되었다; 따라서, 그들은 광학 이미지에서 보여지는 것처럼 정렬 된 섬유 다발로 발전되지 않았다. 또한, 104 μm2 당 섬유 밀도를 측정했다. 평행 전극 거리 20 mm에서의 섬유 밀도는 다른 거리에 비해 가장 높았다. 이는 상기 거리가 전기 방사된 섬유가 증착된 전하의 가장 낮은 지점이 될 수 있기 때문이다. 그러나, 전기 방사된 섬유의 정렬이 30mm에서 가장 높기 때문에, 다음은 거리를 선택했다.After setting the A2P3 solution, the nozzle-electrode distance and the electric field, the effects of the electrode distance and the electrospinning time of the parallel electrode were evaluated to produce aligned fibers. The electrode-to-electrode distance was changed to 5 to 40 mm, as shown in FIGS. 4A and 4B, and the FWHM and the number of fibers were measured. Since the electrode is too close at a distance of 5 mm, the fiber deposition can become unstable. As shown in FIG. 4B, the FWHM exponentially decreases to a distance of 5 to 30 mm, and increases at 30 mm or more. At 40 mm, the deposited fibers broke easily; Therefore, they did not develop into ordered fiber bundles as shown in the optical image. In addition, the fiber density per 10 4 μm 2 was measured. The fiber density at a parallel electrode distance of 20 mm was the highest compared to other distances. This is because the distance can be the lowest point of the charge deposited by the electrospun fiber. However, since the alignment of the electrospun fibers is highest at 30 mm, the next distance was chosen.

도 4c에 나타난 바와 같이, 30mm거리를 사용하여 섬유 형성을 60, 180, 300 및 420초의 전기 방사 시간으로 평가했다. 그 결과, 도 4d에 나타난 바와 같이, 침착된 섬유의 FWHM은 180초에서 가장 낮았고, 180초 이상으로 증가시킴으로써 FWHM은 침착된 섬유의 잔류 전하 때문에 유의하게 증가하였다. 그러므로 180초가 전기 방사 시간에 최적의 선택이었다.As shown in Fig. 4c, fiber formation was evaluated with electrospinning times of 60, 180, 300 and 420 seconds using a 30 mm distance. As a result, as shown in FIG. 4D, the FWHM of the deposited fiber was lowest at 180 seconds, and by increasing it to more than 180 seconds, the FWHM increased significantly due to the residual charge of the deposited fiber. Therefore, 180 seconds was the best choice for the electrospinning time.

실시예Example 5. 세포 전기방사된 5. Electrospun cells 세포지지체Cell support (Cell-(Cell- ElectrospunElectrospun Scaffold; CE Scaffold; CE 세포지지체Cell support ) 제작 및 시험관 내(in vitro) 세포 활동 확인) Fabrication and confirmation of cell activity in vitro

매개 변수 연구로부터, 세포 전기방사(cell eletrospinning; CE)는 14 mm 노즐-전극 거리, 0.075 kV mm-1 전기장, 30 mm 전극 간 거리 및 180 s 전기 방사 시간으로 진행되었다. 이어서, 실시예 1-5에 따른 CE 공정은 도 5a에 각각 도시된 바와 같이, 세포 프린팅(cell printing; CP) 공정과 비교되었다. CP 공정은 조직 공학에서 실시예 1-9에 따른 세포 활동을 관찰하기 위해 심도있게 연구되어 왔으며, 그래서, CP 세포지지체(scaffold)를 대조군으로 설정했다. 구체적으로, CP 공정은 세포 활동에 대한 미세위상 신호(microtopological cue)의 효과를 비교하기 위해 선택되었다. CP 세포지지체(scaffold)를 제조하기 위해, CE 세포지지체에 사용된 동일한 바이오잉크, C2C12 세포 함유 A2P3 및 120 kPa 공기압 및 10 mm s-1 노즐 이동 속도로 작동되는 3D 프린터가 사용되었다. CP 및 CE 세포지지체는 직경 70-100 μm, 길이 30 mm의 단일 버팀대(a single strut)으로 제작되었다. 또한, 실시예 1-6에 따른 면적 당 세포 수(mm2)를 측정하였으며 CP 세포지지체 및 CE 세포지지체에 대해서는 1868 ± 190 및 1906 ± 265이었다. 세포 수는 두 개의 세포지지체 사이에서 각각 유사했다. 도 5a에 나타난 바와 같이, 광학 및 실시예 1-4에 따른 SEM 이미지는 CP 세포지지체와 CE 세포지지체 사이에 다른 표면 형태를 보여준다. CP 세포지지체는 세포가 포함된 비교적 매끄러운 표면을 보였으나, CE 세포지지체는 세포가 함유된 배열된 미세 섬유를 보였다. 제작된 모든 인공 세포지지체는 도 5a의 생존/사멸 이미지에서 90 % 이상의 in situ 세포 생존력을 나타내었으며, 그 공정은 생체적합성 플랫폼으로 입증되었다.From the parametric study, cell eletrospinning (CE) was performed with a 14 mm nozzle-electrode distance, a 0.075 kV mm -1 electric field, a 30 mm electrode-to-electrode distance, and a 180 s electrospinning time. Subsequently, the CE process according to Examples 1-5 was compared with the cell printing (CP) process, as shown in FIG. 5A, respectively. The CP process has been studied in depth in order to observe the cell activity according to Examples 1-9 in tissue engineering, so the CP cell scaffold was set as a control. Specifically, the CP process was chosen to compare the effect of microtopological cues on cellular activity. To prepare the CP scaffold, the same bioink used for the CE cell scaffold, A2P3 containing C2C12 cells, and a 3D printer operated at 120 kPa air pressure and 10 mm s −1 nozzle movement speed were used. The CP and CE cell scaffolds were made of a single strut with a diameter of 70-100 μm and a length of 30 mm. In addition, the number of cells per area (mm 2 ) according to Example 1-6 was measured, and for the CP cell support and the CE cell support, it was 1868 ± 190 and 1906 ± 265. The number of cells was similar between the two cell scaffolds, respectively. As shown in FIG. 5A, optical and SEM images according to Examples 1-4 show different surface morphologies between the CP cell scaffold and the CE cell scaffold. The CP cell scaffold showed a relatively smooth surface containing cells, but the CE cell scaffold showed arrayed microfibers containing cells. All the produced artificial cell scaffolds exhibited in situ cell viability of 90% or more in the survival/kill image of FIG. 5A, and the process was proved to be a biocompatible platform.

CP 세포지지체 및 CE 세포지지체의 특성은 도 5b 내지 도 5c에 나타난 바와 같다. 즉, 2 중량% CaCl2를 2분간 사용하여 가교 결합 공정 전후의 독성을 평가하기 위해, 도 5b에 나타난 바와 같이, in situ 세포 생존력을 측정하였다. 통계적으로, 가교 결합 공정은 세포를 포함하나 인쇄되지 않은 순수한 바이오잉크 및 두 세포지지체에 대한 세포 생존률에 영향을 미치지 않는다. 이것은 제조 및 가교 결합 공정이 세포에 적용 가능하다는 것을 의미한다. 또한, 실시예 1-7에 따른 인장 시험(tensile test)은 도 5c에 나타난 바와 같이, 일축 인장 시험기(uniaxial tensile machine)를 사용하여 수행되었다. 응력 - 변형률 곡선(the stress-strain curves)을 얻었고, 초기 기울기에 의해, 인장 탄성률(tensile modulus)은 각각 CP 세포지지체과 CE 세포지지체에 대해 5.1 ± 1.0과 5.0 ± 2.9MPa로 측정되었다. 인장 계수(tensile moduli)가 크게 다르지는 않았지만, CE 공정을 사용하여 제작된 개별 마이크로 섬유가 균일하게 분포된 응력 집중(stress concentration)으로 인해 보다 효율적으로 늘어 났기 때문에, CE 세포지지체는 최대 인장 강도(maximum tensile strength) 및 변형률(strain)이 더 높다는 것을 확인하였다.The characteristics of the CP cell support and the CE cell support are as shown in Figs. 5b to 5c. That is, in order to evaluate the toxicity before and after the crosslinking process using 2 % by weight CaCl 2 for 2 minutes, as shown in FIG. 5B, in situ cell viability was measured. Statistically, the crosslinking process does not affect cell viability for both cell scaffolds and pure bioink that contains cells but is not printed. This means that the manufacturing and crosslinking process is applicable to cells. In addition, the tensile test according to Examples 1-7 was performed using a uniaxial tensile machine, as shown in FIG. 5C. The stress-strain curves were obtained, and by the initial slope, the tensile modulus was measured as 5.1 ± 1.0 and 5.0 ± 2.9 MPa for the CP cell scaffold and CE cell scaffold, respectively. Although the tensile moduli were not significantly different, the CE cell scaffolds have a maximum tensile strength (at maximum tensile strength), as the individual microfibers fabricated using the CE process are stretched more efficiently due to the evenly distributed stress concentration. It was confirmed that the maximum tensile strength) and strain were higher.

도 5d 내지 도 5g에서는 CP 지지체 및 CE 지지체의 시험관 내 세포 활성이 평가되었다. 두 세포지지체 모두 실시예 1-8에 따른 배양 1일과 7일 동안 90 % 이상의 높은 세포 생존률을 유지하였는 바, 도 5d 및 도 5e에 나타난 바와 같이, 이는 세포지지체가 배양 시간을 증가시키기 위한 생체 적합성 환경임을 나타냈다. 또한, 7일째의 세포 증식률을 1일째의 세포 증식률과 비교하였을 때, 도 5f에 나타난 바와 같이, CP 세포지지체 및 CE 세포지지체에 대한 결과는 각각 122 % 및 121 %였다. 살아있는 세포가 구조에 성공적으로 자리 잡은 후, 그들은 대사 기능을 증식시키고 유지할 수 있었다. 개념 증명으로, CE 세포지지체는 작은 직경(약 60μm)으로 제작되어 섬유 구조에 포함된 여러 개의 개별 세포를 입증했다. 도 5g에 나타난 바와 같이, 광학 이미지는 마이크로/나노 섬유 구조와 알지네이트 미세 섬유를 따라 위치한 세포를 나타낸다. 세포는 / 이미지에서 살아 있었고, F-actin은 1일째에 diamidino-2-phenylindole (DAPI) / phalloidin 이미지의 핵 주변에서 발현되었다. 또한, MHC의 발현은 또한 7일째에 관찰되었지만, 세포 대 세포 상호 작용을 위해서는 보다 긴 세포 배양 기간이 필요하였다. 물리적인 지지 없이, CE 공정을 사용하여 제조된 섬유 구조체는 낮은 기계적 안정성으로 인해 쉽게 구부러지거나 변형될 수 있다. 따라서 성공적인 이식(implant)을 얻기 위한 기계적 향상이 필요하다.In FIGS. 5D to 5G, in vitro cellular activity of the CP scaffold and CE scaffold were evaluated. Both cell scaffolds maintained a high cell viability of 90% or more for 1 and 7 days of culture according to Examples 1-8, and as shown in FIGS. 5D and 5E, this is a biocompatibility for increasing the culture time of the cell scaffold. Indicated that it is the environment. In addition, when comparing the cell proliferation rate on the 7th day with the cell proliferation rate on the 1st day, as shown in Fig. 5f, the results for the CP cell support and the CE cell support were 122% and 121%, respectively. After living cells successfully settled in the structure, they were able to proliferate and maintain metabolic functions. As a proof of concept, CE cell scaffolds were fabricated with small diameters (about 60 μm) to demonstrate several individual cells contained in the fibrous structure. As shown in Fig. 5G, the optical image shows the micro/nano fiber structure and the cells located along the alginate microfibers. The cells were alive in the / image, and F-actin was expressed around the nucleus of the diamidino-2-phenylindole (DAPI) / phalloidin image on day 1. In addition, the expression of MHC was also observed on day 7, but a longer cell culture period was required for cell-to-cell interaction. Without physical support, fibrous structures made using the CE process can easily bend or deform due to their low mechanical stability. Therefore, a mechanical improvement is needed to obtain a successful implant.

실시예Example 6. 6. 하이브리드hybrid 구조를 이용한 세포-포함 섬유 다발의 기계적 보강 Mechanical reinforcement of cell-containing fiber bundles using structure

기계적 안정성을 높이기 위해, CP 세포지지체와 CE 세포지지체에는 도 6a에 나타난 바와 같이, 300μm의 PCL 버팀대가 보충되었다. 개략적인 이미지에서 볼 수 있듯이, 실시예 1-5에 따른 CP 및 CE 공정에 세포가 함유된 바이오잉크와 세포가 함유된 미세 섬유로 덮인 원통형 PCL로드가 각각 적용되었다. 도 6b에 나타난 바와 같이, 광학 이미지에 의해, PCL 버팀대의 유/무에 따른 구조의 형태가 증명되었다. PCL 버팀대가 없으면 CP 및 CE 세포지지체는 매우 유연하며 겸자(forceps)를 사용하여 취급할 때 쉽게 구부릴 수 있다. PCL 버팀대를 지지 구조로 사용했을 때는, 겸자(forceps)를 사용하여 취급했을 때도 세포지지체는 원래 모양을 유지했다. 또한, PCL 버팀대의 실시예 1-7에 따른 인장 특성은 도 6c에 나타난 바와 같이, 인쇄 및 전기 방사된 알지네이트와 비교되었다. PCL의 탄성계수(modulus)는 107.1 ± 12.8MPa로, PCL 버팀대를 사용하지 않은 CP 및 CE 세포지지체에 비해 월등히 우수하다. 도 6d에서는 PCL 버팀대를 사용하는 세포 지지체의 DAPI / phalloidin 이미지의 단면을 나타낸다. 1일째에, 세포는 CP 및 CE 세포지지체 표면에 고르게 분포되었다. 이어서, 세포는 7일 동안 증식하였고, 두 세포지지체 상에 있는 세포의 세포 골격은 확대되었고, 도 6a의 개략도에 의해 입증된 바와 같이, PCL의 표면을 완전히 덮었다. 또한, 근육 모방 다발 구조를 형성하기 위해, 도 6e에 나타난 바와 같이, 수십 개의 세포-함유된 PCL 버팀대를 적층할 수 있다. 이 방법에 의해, 근육-모방 다발 구조는 거시적인 크기로 형성될 수 있으며, 이것은 임상 적용을 위한 보다 현실적인 구조가 될 수 있다.In order to increase the mechanical stability, the CP cell support and the CE cell support were supplemented with a PCL brace of 300 μm, as shown in FIG. 6A. As can be seen from the schematic image, a bio-ink containing cells and a cylindrical PCL rod covered with fine fibers containing cells were applied to the CP and CE processes according to Examples 1-5, respectively. As shown in FIG. 6B, the shape of the structure according to the presence/absence of the PCL brace was demonstrated by the optical image. Without PCL braces, the CP and CE cell scaffolds are very flexible and can be easily bent when handled with forceps. When the PCL brace was used as a support structure, the cell support retained its original shape even when handled with forceps. In addition, the tensile properties according to Examples 1-7 of the PCL brace were compared with the printed and electrospun alginate, as shown in FIG. 6C. The modulus of PCL is 107.1 ± 12.8 MPa, which is far superior to CP and CE cell scaffolds without PCL braces. 6D shows a cross-section of a DAPI/phalloidin image of a cell scaffold using a PCL brace. On day 1, cells were evenly distributed on the CP and CE cell scaffold surfaces. Subsequently, the cells proliferated for 7 days, and the cytoskeleton of the cells on both cell scaffolds was enlarged and completely covered the surface of the PCL, as evidenced by the schematic diagram of FIG. 6A. In addition, to form a muscle-mimicking bundle structure, as shown in Fig. 6e, dozens of cell-containing PCL braces can be stacked. By this method, the muscle-mimicking bundle structure can be formed to a macroscopic size, which can be a more realistic structure for clinical application.

실시예Example 7. 분화(Differentiation)를 포함한 시험관 내 세포 활동(In vitro Cellular Activities) 확인 7. Confirmation of In vitro Cellular Activities including Differentiation

실시예 1-9에 따른 세포 활동은 PCL 버팀대가 보충된 CP 및 CE 세포지지체를 사용하여 조사되었다. 도 7a 및 7b에 나타난 바와 같이, 세포 생존능은 PCL이 없는 세포지지체로부터 수득 된 것, 즉, 실시예 1-8에 따른 배양 7일 동안 CP 및 CE 세포지지체 모두에 대해 90 % 이상에 상응하였다. 이는, PCL 버팀대를 사용한 실시예 1-5에 따른 CP 및 CE 공정은 함유된 세포에 대해 안전하고 생체 적합하다는 것을 보여준다. 또한, 세포 형태학은 도 7c에 나타난 바와 같이, 실시예 1-4에 따른 SEM에 의해 캡쳐되었다. 7일 째에, CP 세포지지체 상의 세포는 PCL 버팀대의 표면 상에 원형으로 부착되었다. 한편, CE 세포지지체 상의 세포는 마이크로/나노 섬유의 방향을 따라 이방성으로 신장되었다. 또한, 도 7d에 나타난 바와 같이, DAPI/phalloidin 이미지는 CP 세포지지체 상의 둥근 세포 및 CE 세포지지체 위의 일축 연신된 세포의 동일한 특징을 나타낸다. 정량 분석을 위해, DAPI/phalloidin 이미지는 F - actin의 종횡비(aspect ratio)와 배향(orientation)으로 측정되었다. CE 세포지지체와 CP 세포지지체를 이용하였을 때, 2D 배양판에서의 세포 거동이 완전히 다르기 때문에, 미세 패턴 유무에 따른 3D 환경에서의 세포 형태를 비교하였다. 도 7e에 나타난 바와 같이, 세포 신장을 나타내는 F- 액틴 종횡비는 CE 세포지지체가 CP 세포지지체보다 2.8배 더 높았다. 또한, F- 액틴 배향은 FWHM으로 나타내었으며, 더 낮은 값은 보다 우수한 세포 정렬을 나타냈다. CE 세포지지체의 FWHM은 CP 세포지지체의 FWHM보다 3.0배 낮았는데, 이는 FWHM 12°에서 정렬된 섬유상에서 성장할 수 있었기 때문이다. 즉, CE 세포지지체는 지지체 표면상의 정렬된 유도에 의해 세포 신장 및 정렬에 보다 유리하다.Cellular activity according to Examples 1-9 was investigated using CP and CE cell scaffolds supplemented with PCL braces. As shown in Figures 7a and 7b, the cell viability was obtained from the cell scaffold without PCL, that is, corresponding to 90% or more for both CP and CE cell scaffolds for 7 days of culture according to Examples 1-8. This shows that the CP and CE processes according to Examples 1-5 using PCL braces are safe and biocompatible for the contained cells. In addition, cell morphology was captured by SEM according to Examples 1-4, as shown in FIG. 7C. On the 7th day, cells on the CP cell scaffold were attached in a circle on the surface of the PCL brace. On the other hand, cells on the CE cell support were anisotropically elongated along the direction of the micro/nano fibers. In addition, as shown in FIG. 7D, the DAPI/phalloidin image shows the same characteristics of round cells on the CP cell support and the uniaxially stretched cells on the CE cell support. For quantitative analysis, DAPI/phalloidin images were measured with the aspect ratio and orientation of F-actin. When the CE cell scaffold and the CP cell scaffold were used, the cell behavior in the 2D culture plate was completely different, so the cell morphology in the 3D environment was compared with or without a fine pattern. As shown in Fig. 7e, the F-actin aspect ratio indicating cell elongation was 2.8 times higher in CE cell scaffold than CP cell scaffold. In addition, F-actin orientation was indicated by FWHM, and lower values indicated better cell sorting. The FWHM of the CE cell scaffold was 3.0 times lower than that of the CP cell scaffold, because FWHM was able to grow on fibers aligned at 12°. In other words, the CE cell scaffold is more advantageous for cell elongation and alignment by inducing aligned on the scaffold surface.

근원 분화(myogenic differentiation)의 정도는 미오신 중쇄(Myosin heavy chain; MHC) 및 근절(sarcomeric) α-actin 염색으로 평가하였다. CP 세포지지체가 함유된 세포에게 위상학적 신호를 제공 할 수 없으므로, CE 세포지지체에 대한 근원 분화를 관찰하기 위해, 음성 대조군으로 사용되었다. 도 7f에 나타난 바와 같이, 근관(myotube) 형성에 필요한 단백질인 MHC는 7, 14, 21일에 근육형성(myogenesis)를 나타내기 위해 발현되었다. CP 세포지지체는 21일에 걸쳐 다극 형태(multipolar morphology)로 MHC 발현을 보인 반면, CE 세포지지체상의 MHC는 일축 방향(uniaxial direction)으로 배열되고 합류되었다. 도 7g는 총 핵 수에 대한 MHC-양성 핵의 비율을 나타내는 MHC 양성 지수를 나타낸다. CE 세포지지체의 MHC 양성 지수는 7일에서 약 90 %에 이르렀지만, CP 세포지지체의 값은 34 %에 불과했다. 도 7h에 나타난 바와 같이, MHC 양성 핵 중에서, 융합 지수를 나타내기 위해 두 개 이상의 핵을 가진 MHC 영역이 통합되었다. CE 세포지지체의 융합 지수는 14 일째에 CP 세포지지체의 융합 지수보다 1.6배 높았으며, 이는 90% 이상으로, CE 세포지지체상의 MHC-양성 세포가 융합 구조로 전개되기 시작한 것을 나타낸다. 성숙 지수(maturation index)는 도 7i에 나타난 바와 같이, 5 개 이상의 핵을 갖는 MHC의 수, 2개 이상의 핵을 갖는 MHC의 수에 의해 계산되었다. 21일째에 CE 세포지지체는 CP 세포지지체보다 유의하게 높은 성숙 지수를 나타내었고, 70 % 이상에 도달했다. 상기 결과로부터, 성숙한 분화 단계로의 세포 융합 및 발달은 정렬된 섬유질 구조에 의해 효과적으로 달성되었다. 근관(myotube)의 성숙한 분화 단계를 확인하기 위해, 21일째에 근절(사코메트릭; sarcomeric) 구조가 발현되었다. 이는 α-actin과 Z line으로 정확하게 배열된 다핵화된 근관(myotube)에서만 발견될 수 있기 때문이다. 도 7j에 나타난 바와 같이, 광학 이미지는 실시예 1-8에 따른 배양 21일 후에 족집게로 옮겨진 배양된 샘플을 증명한다. 형광 이미지는 CE 세포지지체에서 현저하게 발달된 정렬된 다핵 근절(sarcomeric) 구조를 보여준다. 이러한 결과는 CE 세포지지체상의 섬유 구조가 단방향 어레이에서 세포-세포 상호 작용, 근관 형성, 및 융합을 유도한다는 것을 확인할 수 있었다.The degree of myogenic differentiation was evaluated by myosin heavy chain (MHC) and sarcomeric α-actin staining. Since it was not possible to provide a topological signal to the cells containing the CP cell scaffold, it was used as a negative control to observe the myoblast differentiation to the CE cell scaffold. As shown in Fig. 7f, MHC, a protein required for myotube formation, was expressed to indicate myogenesis on days 7, 14, and 21. CP cell scaffolds showed MHC expression in multipolar morphology over 21 days, whereas MHCs on CE cell scaffolds were aligned and joined in a uniaxial direction. 7G shows the MHC positive index showing the ratio of MHC-positive nuclei to the total number of nuclei. The MHC positive index of the CE cell scaffold reached about 90% at 7 days, but the value of the CP cell scaffold was only 34%. As shown in Fig. 7h, among the MHC-positive nuclei, MHC regions having two or more nuclei were integrated to indicate the fusion index. The fusion index of the CE cell scaffold was 1.6 times higher than that of the CP cell scaffold on day 14, which was more than 90%, indicating that MHC-positive cells on the CE cell scaffold began to develop into a fusion structure. The maturation index was calculated by the number of MHCs having 5 or more nuclei and the number of MHCs having 2 or more nuclei, as shown in FIG. 7i. On the 21st day, the CE cell scaffold showed a significantly higher maturity index than the CP cell scaffold, and reached 70% or more. From the above results, cell fusion and development to the mature differentiation stage was effectively achieved by the ordered fibrous structure. In order to confirm the mature differentiation stage of the myotube, a myotube (sarcomeric) structure was expressed on the 21st day. This is because it can only be found in multinucleated myotubes that are precisely aligned with α-actin and Z line. As shown in Fig. 7J, the optical image proves the cultured sample transferred with tweezers after 21 days of culture according to Examples 1-8. Fluorescent images show an ordered multinucleated sarcomeric structure that is remarkably developed in the CE cell scaffold. These results confirmed that the fibrous structure on the CE cell scaffold induces cell-cell interaction, root canal formation, and fusion in a unidirectional array.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다름 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 아닌 것으로 이해해야 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 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 and non-limiting in all respects.

Claims (15)

하기 단계를 포함하는 한 방향으로 배열된 섬유구조를 가지는 골격근 조직재생용 세포지지체의 제조방법:
(a) 알지네이트(alginate)와 폴리에틸렌 옥사이드(polyethelene oxide; PEO) 혼합하여 생체적합성 고분자 혼합용액을 제조하는 단계;
(b) (a)단계에서 제조한 생체적합성 고분자 혼합용액에 근아세포(myoblast)를 혼합하여 근아세포-함유 바이오잉크(bioink)를 제조하는 단계; 및
(c) 상기 (b)단계에서 제조한 근아세포-함유 바이오잉크를 5~30mm의 전극-전극 간격을 가지는 평행전극(parallel electrodes)으로 0.050~0.100kV/mm의 전기장 강도 조건에서 60~300초 동안 세포 전기방사(cell eletrospinning; CE)하여, 근아세포가 살아있는 상태로 배열성 있는 근아세포-함유 나노섬유 다발 구조를 갖는 세포지지체(scaffold)를 제조하는 단계.
A method for producing a cell scaffold for regeneration of skeletal muscle tissue having a fibrous structure arranged in one direction comprising the following steps:
(a) preparing a biocompatible polymer mixed solution by mixing alginate and polyethylene oxide (PEO);
(b) preparing a myoblast-containing bioink by mixing myoblasts with the biocompatible polymer mixed solution prepared in step (a); And
(c) The myoblast-containing bioink prepared in step (b) is used as parallel electrodes with an electrode-electrode spacing of 5 to 30 mm under the condition of an electric field strength of 0.050 to 0.100 kV/mm for 60 to 300 seconds. During electrospinning of cells (cell eletrospinning; CE), a cell scaffold having a myoblast-containing nanofiber bundle structure in which the myoblasts are arranged in a living state is prepared.
제1항에 있어서,
상기 (a)단계에서, 생체적합성 고분자 혼합용액은 알지네이트/PEO의 중량비가 0.5 내지 2인 것을 특징으로 하는, 골격근 조직재생용 세포지지체의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step (a), the biocompatible polymer mixed solution is characterized in that the weight ratio of alginate/PEO is 0.5 to 2, the method for producing a cell scaffold for skeletal muscle tissue regeneration.
제2항에 있어서,
상기 생체적합성 고분자 혼합용액은 상기 알지네이트/PEO의 중량비에 따라, 표면장력(Surface tension)이 38~48mN/m, 전기 전도도(conductivity)가 2.9~3.9μS/cm, 또는 복합점도(Complex viscosity)가 1~15PaS인 것을 특징으로 하는, 골격근 조직재생용 세포지지체의 제조방법.
The method of claim 2,
The biocompatible polymer mixed solution has a surface tension of 38 to 48 mN/m, an electrical conductivity of 2.9 to 3.9 μS/cm, or a complex viscosity according to the weight ratio of alginate/PEO. 1 ~ 15 Pa · S, characterized in that, the method for producing a cell support for skeletal muscle tissue regeneration.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 한 방향으로 배열된 섬유구조를 가지는 골격근 조직재생용 세포지지체로서,
상기 골격근 조직재생용 세포지지체는 근아세포가 살아있는 상태로 배열성 있는 근아세포-함유 나노섬유 다발 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 골격근 조직재생용 세포지지체.
A cell support for regeneration of skeletal muscle tissue having a fibrous structure arranged in one direction prepared by the method of any one of claims 1 to 3,
The cell scaffold for skeletal muscle tissue regeneration is characterized in that it has a myoblast-containing nanofiber bundle structure in which myocytes are arranged in a living state.
제7항에 있어서,
상기 배열성 있는 근아세포-함유 나노섬유 다발 구조는 반치폭(full width at half maximum; FWHM)이 10~40°인 것을 특징으로 하는, 골격근 조직재생용 세포지지체.
The method of claim 7,
The arrangement of the myoblast-containing nanofiber bundle structure is characterized in that the full width at half maximum (FWHM) is 10 to 40 °, the skeletal muscle tissue regeneration cell scaffold.
제8항에 있어서,
상기 근아세포는 F-actin의 종횡비(aspect ratio)가 4 내지 6, 또는 F-actin의 배향(orientation)은 FWHM이 0~20°인 것을 특징으로 하는, 골격근 조직재생용 세포지지체.
The method of claim 8,
The myoblasts have an aspect ratio of F-actin of 4 to 6, or an orientation of F-actin of FWHM of 0 to 20°, characterized in that, skeletal muscle tissue regeneration cell scaffold.
제7항에 있어서,
상기 골격근 조직재생용 세포지지체는 미오신 중쇄(Myosin heavy chain; MHC)가 발현되는 것을 특징으로 하는, 골격근 조직재생용 세포지지체.
The method of claim 7,
The cell scaffold for skeletal muscle tissue regeneration is characterized in that the myosin heavy chain (MHC) is expressed, a cell scaffold for skeletal muscle tissue regeneration.
제10항에 있어서,
상기 MHC는 MHC 양성 지수(MHC positive index)가 90~100%, 융합 지수(Fusion index)가 30~90%, 또는 성숙지수(Maturation index)가 30~70%인 것을 특징으로 하는, 골격근 조직재생용 세포지지체.
The method of claim 10,
The MHC is characterized in that the MHC positive index (MHC positive index) is 90 to 100%, the fusion index (Fusion index) is 30 to 90%, or the maturation index (Maturation index) is 30 to 70%, skeletal muscle tissue regeneration Cell support.
제7항에 있어서,
상기 골격근 조직재생용 세포지지체는 근절 구조(sarcomeric structure)가 발현되는 것을 특징으로 하는, 골격근 조직재생용 세포지지체.
The method of claim 7,
The cell scaffold for skeletal muscle tissue regeneration is characterized in that the sarcomeric structure is expressed, the cell scaffold for skeletal muscle tissue regeneration.
제7항에 있어서,
상기 골격근 조직재생용 세포지지체는 세포생존률이 80~95%, FWHM이 10~40°, 섬유밀도가 120~240/μm2, 또는 인장 강도(tensile strength)가 30~35MPa, 또는 상대적 세포 증식률(relative cell proliferation)이 100% ~ 122%인 것을 특징으로 하는, 골격근 조직재생용 세포지지체.
The method of claim 7,
The cell scaffold for skeletal muscle tissue regeneration has a cell viability of 80 to 95%, a FWHM of 10 to 40°, a fiber density of 120 to 240/μm 2 , or a tensile strength of 30 to 35 MPa, or a relative cell proliferation rate ( Relative cell proliferation) is 100% ~ 122%, characterized in that, skeletal muscle tissue regeneration cell support.
삭제delete 삭제delete
KR1020180166368A 2018-12-20 2018-12-20 Method for manufacturing cell-laden scaffold for tissue regeneration using cell electrospinning KR102200859B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180166368A KR102200859B1 (en) 2018-12-20 2018-12-20 Method for manufacturing cell-laden scaffold for tissue regeneration using cell electrospinning

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180166368A KR102200859B1 (en) 2018-12-20 2018-12-20 Method for manufacturing cell-laden scaffold for tissue regeneration using cell electrospinning

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200084933A KR20200084933A (en) 2020-07-14
KR102200859B1 true KR102200859B1 (en) 2021-01-12

Family

ID=71526632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180166368A KR102200859B1 (en) 2018-12-20 2018-12-20 Method for manufacturing cell-laden scaffold for tissue regeneration using cell electrospinning

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102200859B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112657051B (en) * 2020-12-25 2023-08-04 上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心 Biological type ventricular assist pump based on conjugate coaxial electrostatic spinning technology and preparation method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101302445B1 (en) 2012-02-29 2013-09-02 조선대학교산학협력단 Field-aided microstructure and nanostructure imprinting casting method and 3d scaffold with microstructure and nanostructure surface produced by the method
JP2017515510A (en) * 2014-05-12 2017-06-15 ルースタービオ インコーポレイテッド Immediately printable cells and integrated devices
CN106859814A (en) 2017-03-13 2017-06-20 上海市东方医院 A kind of method that 3D printing manufactures artificial blood vessel

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0696024B2 (en) * 1986-12-22 1994-11-30 宇部日東化成株式会社 Base material for artificial blood vessel and method for producing the same
JP2814415B2 (en) * 1991-09-27 1998-10-22 株式会社人工血管技術研究センター Artificial blood vessel and its manufacturing method
KR20130033900A (en) * 2011-09-27 2013-04-04 인하대학교 산학협력단 Electrospun nanofiber scaffolds for artificial skin comprising the brown sea weeds(undaria pinnatifida) extracellular polymeric substance and method thereof
KR20140030975A (en) * 2012-09-04 2014-03-12 삼성전자주식회사 Strechable conductive nano fiber and method for producing the same
KR101449645B1 (en) 2014-04-08 2014-10-14 부산대학교 산학협력단 POROUS ElECTROSPUN FIBER FOR POSSIBLE THICKNESS CONTROL, ITS MANUFACTURING METHOD, AND FOUR DIMENSIONAL SCAFFOLD FOR TISSUE REGENERATION USING THE SAME

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101302445B1 (en) 2012-02-29 2013-09-02 조선대학교산학협력단 Field-aided microstructure and nanostructure imprinting casting method and 3d scaffold with microstructure and nanostructure surface produced by the method
JP2017515510A (en) * 2014-05-12 2017-06-15 ルースタービオ インコーポレイテッド Immediately printable cells and integrated devices
CN106859814A (en) 2017-03-13 2017-06-20 上海市东方医院 A kind of method that 3D printing manufactures artificial blood vessel

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200084933A (en) 2020-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yeo et al. Anisotropically aligned cell‐laden nanofibrous bundle fabricated via cell electrospinning to regenerate skeletal muscle tissue
US11174571B2 (en) Immersed rotary jet spinning (iRJS) devices and uses thereof
Liang et al. Conductive polypyrrole-encapsulated silk fibroin fibers for cardiac tissue engineering
Orlova et al. Electrospun nanofibers as a tool for architecture control in engineered cardiac tissue
Kharaziha et al. Tough and flexible CNT–polymeric hybrid scaffolds for engineering cardiac constructs
Yeo et al. Nano/microscale topographically designed alginate/PCL scaffolds for inducing myoblast alignment and myogenic differentiation
Wang et al. Nanofiber yarn/hydrogel core–shell scaffolds mimicking native skeletal muscle tissue for guiding 3D myoblast alignment, elongation, and differentiation
Kai et al. Biocompatibility evaluation of electrically conductive nanofibrous scaffolds for cardiac tissue engineering
Bhaarathy et al. Biologically improved nanofibrous scaffolds for cardiac tissue engineering
Zhang et al. Creating polymer hydrogel microfibres with internal alignment via electrical and mechanical stretching
Chen et al. Electrically conductive nanofibers with highly oriented structures and their potential application in skeletal muscle tissue engineering
Ghasemi‐Mobarakeh et al. Application of conductive polymers, scaffolds and electrical stimulation for nerve tissue engineering
Lowery et al. Effect of fiber diameter, pore size and seeding method on growth of human dermal fibroblasts in electrospun poly (ɛ-caprolactone) fibrous mats
Xie et al. Electrospun nanofibers for neural tissue engineering
CN101410508B (en) Biomimetic scaffolds
Li et al. Nerve conduits constructed by electrospun P (LLA-CL) nanofibers and PLLA nanofiber yarns
US10119202B2 (en) Method for preparing electro-mechanically stretched hydrogel micro fibers
Lee et al. Sliding fibers: slidable, injectable, and gel-like electrospun nanofibers as versatile cell carriers
Pan et al. Electrospun polypyrrole-coated polycaprolactone nanoyarn nerve guidance conduits for nerve tissue engineering
Kriebel et al. Three‐dimensional configuration of orientated fibers as guidance structures for cell migration and axonal growth
Yang et al. Wet-spinning fabrication of shear-patterned alginate hydrogel microfibers and the guidance of cell alignment
Li et al. Fabrication of multilayered nanofiber scaffolds with a highly aligned nanofiber yarn for anisotropic tissue regeneration
Goyal et al. Development of hybrid scaffolds with natural extracellular matrix deposited within synthetic polymeric fibers
Chen et al. Bioadhesive anisotropic nanogrooved microfibers directing three-dimensional neurite extension
Huang et al. Reduced graphene oxide-coated electrospun fibre: effect of orientation, coverage and electrical stimulation on Schwann cells behavior

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant