KR102366334B1 - Porous Microscaffold for tissue regeneration having increased Magnetic driving force and Preparation Method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로스캐폴드 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 마이크로스캐폴드는 다공성 고분자 스캐폴드 및 양전하를 띠는 고분자로 코팅된 자성 나노입자를 포함함으로써, 자기 구동력이 증가된 것을 특징으로 하므로, 조직재생 용도로 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a microscaffold and a method for manufacturing the same, wherein the microscaffold includes a porous polymer scaffold and magnetic nanoparticles coated with a positively charged polymer, so that the magnetic driving force is increased. , it can be usefully used for tissue regeneration.

Description

자기 구동력이 증가된 조직재생용 다공성 마이크로스캐폴드 및 이의 제조방법{Porous Microscaffold for tissue regeneration having increased Magnetic driving force and Preparation Method thereof}Porous microscaffold for tissue regeneration having increased Magnetic driving force and Preparation Method thereof

본 발명은 자기 구동력이 증가된 조직재생용 다공성 자기-구동 마이크로스캐폴드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a porous self-actuating microscaffold for tissue regeneration with increased magnetic driving force and a method for manufacturing the same.

조직재생은 손상되고 퇴화한 조직의 기능을 회복하기 위한 차세대 의료용 치료법으로 여겨지는 중요한 패러다임이다. 조직재생 치료법에 있어서 가능한 수단으로는 약물, 성장인자(GF) 및 핵산과 같은 치료용 분자뿐만 아니라 조직 세포, 특히 전구세포 및/또는 줄기세포로의 전달 시스템이 사용될 수 있다.Tissue regeneration is an important paradigm considered as a next-generation medical treatment to restore the function of damaged and degenerated tissues. As possible means in tissue regeneration therapy, therapeutic molecules such as drugs, growth factors (GF) and nucleic acids, as well as tissue cells, particularly progenitor cells and/or stem cells, may be used.

세포를 이용하여 손상된 조직을 다시 회복시키기 위해서는 세포가 조직의 형상을 이루도록 돕는 뼈대인 스캐폴드(Scaffold)가 필수적으로 요구된다. 이러한 스캐폴드는 조직재생 분야에서 기존 조직과의 연결 및 본래 형태를 복원하는 데 매우 중요한 역할을 하고 있다.In order to restore damaged tissue using cells, a scaffold, which is a skeleton that helps cells form a tissue shape, is essential. These scaffolds play a very important role in restoring the original shape and connection with existing tissues in the field of tissue regeneration.

그러나, 기존 개발 중인 자기 구동 스캐폴드는 자성 나노입자의 부착 정도가 낮아 원활한 구동을 위해 높은 자기장을 필요로 하며, 이에 따라 대동물 적용을 위해 큰 자기장 발생 장치가 필요하다는 문제점이 존재한다. However, the magnetically driven scaffold under development has a problem in that a high magnetic field is required for smooth operation due to a low degree of attachment of magnetic nanoparticles, and thus a large magnetic field generating device is required for application to large animals.

이에, 자기 구동력이 증가된 스캐폴드에 대한 연구가 시급한 실정이다.Accordingly, there is an urgent need to study a scaffold having an increased magnetic driving force.

국내공개특허 제10-2011-0028019호Domestic Patent Publication No. 10-2011-0028019

본 발명자들은 자기 구동력이 증가된 마이크로스캐폴드를 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 다공성 고분자에 양전하를 띠는 고분자로 코팅된 자성 나노입자를 결합시켜 자기 구동력이 증가된 스캐폴드를 제조할 수 있음을 규명함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have tried to develop a microscaffold with increased magnetic driving force. As a result, the present invention was completed by finding that a scaffold with increased magnetic driving force can be manufactured by binding magnetic nanoparticles coated with a polymer having a positive charge to a porous polymer.

따라서, 본 발명의 목적은 다공성(Porous) 고분자 스캐폴드(Scaffold); 및 상기 다공성 고분자 스캐폴드 표면에 결합된 자성 나노입자;를 포함하는 마이크로스캐폴드(Microscaffold)를 제공하는 것이다.Therefore, an object of the present invention is a porous (Porous) polymer scaffold (Scaffold); and magnetic nanoparticles bonded to the surface of the porous polymer scaffold.

본 발명의 다른 목적은 마이크로스캐폴드(Microscaffold)의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a microscaffold.

본 발명자들은 자기 구동력이 증가된 마이크로스캐폴드를 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 다공성 고분자에 양전하를 띠는 고분자로 코팅된 자성 나노입자를 결합시켜 자기 구동력이 증가된 스캐폴드를 제조할 수 있음을 규명하였다.The present inventors have tried to develop a microscaffold with increased magnetic driving force. As a result, it was confirmed that a scaffold with increased magnetic driving force could be prepared by binding magnetic nanoparticles coated with a positively charged polymer to a porous polymer.

본 발명은 생분해성 다공성(Porous) 고분자 스캐폴드(Scaffold) 및 상기 다공성 고분자 스캐폴드 표면에 결합된 자성 나노입자를 포함하는 마이크로스캐폴드(Microscaffold) 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biodegradable porous polymer scaffold, a microscaffold comprising magnetic nanoparticles bonded to the surface of the porous polymer scaffold, and a method for manufacturing the same.

이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 양태는 다공성(Porous) 고분자 스캐폴드(Scaffold); 및 상기 다공성 고분자 스캐폴드 표면에 결합된 자성 나노입자;를 포함하는 마이크로스캐폴드(Microscaffold)에 관한 것이다.One aspect of the present invention is a porous (Porous) polymer scaffold (Scaffold); and magnetic nanoparticles bonded to the surface of the porous polymer scaffold.

본 발명에서 "다공성"이란 기공(pore), 채널(channel) 및 케이지(cage)의 배열을 지칭하며, 기공, 채널 및 케이지의 배열은 불규칙적이거나 규칙적 또는 주기적일 수 있다. 또한, 상기 기공 또는 채널은 분리되거나 상호 연결될 수 있고 1차원, 2차원 또는 3차원적일 수 있다.In the present invention, "porous" refers to an arrangement of pores, channels, and cages, and the arrangement of pores, channels and cages may be irregular, regular, or periodic. Further, the pores or channels may be isolated or interconnected and may be one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional.

본 발명에서 "스캐폴드"란 조직공학 분야에서 중요한 기본 요소 중의 하나로서 세포의 부착, 분화 및 조직 주변으로부터 이동되는 세포의 증식과 분화에 적합한 환경을 제공하는 역할을 하는 구조물을 의미하며, 3차원 구형(spherical)의 구조물일 수 있다.In the present invention, "scaffold" refers to a structure that serves as one of the important basic elements in the field of tissue engineering and serves to provide an environment suitable for cell adhesion, differentiation, and proliferation and differentiation of cells moving from the surrounding tissue, and three-dimensional It may be a spherical structure.

구체적으로는, 조직공학 기술은 인공피부, 인공뼈, 인공연골, 인공각막, 인공혈관 및 인공근육 등 인체의 거의 모든 장기에 적용되고 있는데, 이러한 생체조직 및 장기의 재생을 최적화하기 위해서는 기본적으로 생체조직과 유사한 스캐폴드가 제공되어야 한다. 이상적인 스캐폴드의 기본 요건은 크게 무독성, 기계적 물성 그리고 다공성을 들 수 있다.Specifically, tissue engineering technology is applied to almost all organs of the human body, such as artificial skin, artificial bone, artificial cartilage, artificial cornea, artificial blood vessel, and artificial muscle. A tissue-like scaffold should be provided. The basic requirements of an ideal scaffold are largely non-toxic, mechanical properties, and porosity.

한편, 스캐폴드는 생체적합성이 있어야 하며, 세포는 조직 또는 기관의 등가물을 형성하기 위하여 스캐폴드 상에 부착되고 증식할 수 있어야 한다. 따라서, 상기 다공성 고분자는 생체 외 또는 생체 내에서 세포 성장을 위한 기질로서 고려될 수 있다.On the other hand, the scaffold must be biocompatible, and cells must be able to attach and proliferate on the scaffold to form the equivalent of a tissue or organ. Therefore, the porous polymer can be considered as a substrate for cell growth in vitro or in vivo.

상기 다공성 고분자는 다공성의 구조체를 형성할 수 있는 입자라면 그 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않으나, 천연 폴리머 또는 합성 폴리머를 포함할 수 있다.The specific type of the porous polymer is not particularly limited as long as it is a particle capable of forming a porous structure, but may include a natural polymer or a synthetic polymer.

상기 천연 폴리머는 콜라겐(Collagen), 히알루론산(Hyaluronic acid), 젤라틴(Gelatin) 또는 키토산(Chitosan)일 수 있고, 상기 합성 폴리머는 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)), PGA(poly(glycolic acid)), PLA(poly(lactic acid)), PEG(poyethylene glycol), 폴리에스터(polyester), 테플론(teflon), PET(polyethylene terephthalate), 나일론(nylon), 폴리프로필렌(polypropylene) 또는 폴리스티렌(polystyrene)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The natural polymer may be collagen, hyaluronic acid, gelatin, or chitosan, and the synthetic polymer may be poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA), poly(PGA) glycolic acid)), PLA (poly(lactic acid)), PEG (polyethylene glycol), polyester, teflon, PET (polyethylene terephthalate), nylon, polypropylene, or polystyrene ( polystyrene), but is not limited thereto.

상기 다공성 고분자 스캐폴드는 상기와 같은 다공성 형태를 나타냄으로써, 상기 기공, 채널 및 케이지 내로 성장인자가 효과적으로 담지 될 수 있다.As the porous polymer scaffold exhibits the porous shape as described above, growth factors can be effectively loaded into the pores, channels and cages.

상기 다공성 고분자 스캐폴드는 생분해성으로 가수분해 및/또는 산화 분해를 통해 분해되거나, 효소적으로 또는 박테리아, 효모, 균류 및 조류 등의 미생물의 영향에 의해 적당한 시간 내에 분해될 수 있다.The porous polymer scaffold can be biodegradable and degraded through hydrolysis and/or oxidative degradation, or enzymatically or within a suitable time under the influence of microorganisms such as bacteria, yeast, fungi and algae.

상기 다공상 고분자 스캐폴드의 직경은 100-500μm일 수 있다. The diameter of the porous polymer scaffold may be 100-500 μm.

구체적으로는, 상기 다공성 고분자 스캐폴드의 직경은 충분한 크기의 공극을 지니기 위하여 100 μm 이상일 수 있으며, 주사기 바늘을 통하여 관절강 내에 주입되기 용이하도록 하기 위하여 500 μm 이하일 수 있다.Specifically, the diameter of the porous polymer scaffold may be 100 μm or more to have pores of sufficient size, and may be 500 μm or less to facilitate injection into the joint cavity through a syringe needle.

또한, 상기 다공상 고분자 스캐폴드의 공극(pore)의 직경은 20 μm 이상일 수 있다.In addition, the diameter of the pores of the porous polymer scaffold may be 20 μm or more.

구체적으로는, 상기 다공성 고분자 스캐폴드의 공극의 직경이 20 μm 미만인 경우 상기 다공성 고분자 스캐폴드 내부로 세포가 침투하기 어려울 뿐만 아니라 세포로의 영양분 전달이 어려운 한계가 있다.Specifically, when the pore diameter of the porous polymer scaffold is less than 20 μm, there is a limitation in that it is difficult for cells to penetrate into the porous polymer scaffold as well as difficult to deliver nutrients to the cells.

상기 자성 나노입자는 내부에 자성체를 포함하여 자성 민감도를 가지는 다양한 물질의 나노입자를 의미하며, 상기 자성 나노입자는 자성 민감도를 갖는 입자라면 그 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않으나, 자성 물질 또는 자성 합금일 수 있다.The magnetic nanoparticles refer to nanoparticles of various materials having magnetic sensitivity including a magnetic material therein, and if the magnetic nanoparticles are particles having magnetic sensitivity, the specific type is not particularly limited, but a magnetic material or a magnetic alloy can

상기 자성 물질은 Fe, Co, Mn, Ni, Gd, Mo, MM'2O4 또는 MxOy(M 및 M'은 각각 독립적으로 Fe, Co, Ni, Mn, Zn, Gd 또는 Cr이고, x는 1 내지 3의 정수, y는 1 내지 5의 정수 임)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The magnetic material is Fe, Co, Mn, Ni, Gd, Mo, MM' 2 O 4 or M x O y (M and M' are each independently Fe, Co, Ni, Mn, Zn, Gd or Cr, x is an integer of 1 to 3, and y is an integer of 1 to 5), but is not limited thereto.

상기 자성 합금은 CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe 또는 NiFeCo일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The magnetic alloy may be CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe or NiFeCo, but is not limited thereto.

상기 자성 나노입자는 상기와 같은 자성 민감도를 나타냄으로써, 자기장 제어를 통하여 본 발명의 마이크로스캐폴드를 재생이 필요한 조직으로 정밀 타겟팅할 수 있다.Since the magnetic nanoparticles exhibit the magnetic sensitivity as described above, it is possible to precisely target the microscaffold of the present invention to a tissue requiring regeneration through magnetic field control.

또한, 상기 자성 나노입자는 친수성(Hydrophilic)을 띠고, 음이온성 전하(Negative ionic charge)를 지니므로, 자성 나노입자의 체내 순환을 통한 원활한 분해 및 배출이 가능하다.In addition, since the magnetic nanoparticles are hydrophilic and have a negative ionic charge, smooth decomposition and discharge through the body circulation of the magnetic nanoparticles are possible.

상기 자성 나노입자 직경은 1-1,000 nm 또는 50-500 nm일 수 있다. 상기 자성 나노입자 직경이 1,000 nm를 초과하는 경우 생체로 투입 시 혈관을 막는 등 생체로의 적용성이 저하될 우려가 있다.The diameter of the magnetic nanoparticles may be 1-1,000 nm or 50-500 nm. When the diameter of the magnetic nanoparticles exceeds 1,000 nm, there is a fear that the applicability to the living body may be reduced, such as blocking blood vessels when injected into the living body.

상기 자성 나노입자는 양전하를 띠는 고분자에 의해 코팅될 수 있다.The magnetic nanoparticles may be coated with a polymer having a positive charge.

상기 양전하를 띠는 고분자는 키토산(Chitosan), 콜라겐(Collagen) 또는 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The positively charged polymer may be chitosan, collagen, or polyethyleneimine, but is not limited thereto.

상기 양전하를 띠는 고분자는 상기 자성 나노입자에 정전기적(Electrostatic)으로 결합된 것일 수 있다.The positively charged polymer may be electrostatically bound to the magnetic nanoparticles.

본 발명의 일 실시예에서는, 상기 자성 나노입자로 FDA로부터 임상 적용(Clinical application) 안전성이 검증된 페라헴(Feraheme)을 사용하였다.In one embodiment of the present invention, as the magnetic nanoparticles, ferahme (Clinical application) safety verified from the FDA was used.

상기 페라헴은 30 nm의 작은 크기, -37.27 mV의 높은 음이온성 전하(negative ionic charge), 높은 콜로이드 안정성(colloidal stability) 및 높은 체내 투여량 안전성을 갖는 반면, 다공성 고분자 스캐폴드의 제한된 표면적 및 이의 강한 음이온성 전하에 의해 표면에 흡착 가능한 페라헴의 양을 제한될 수 있다.The ferrahem has a small size of 30 nm, a high negative ionic charge of -37.27 mV, high colloidal stability and high in vivo dose safety, while the limited surface area of the porous polymer scaffold and its A strong anionic charge may limit the amount of adsorbable perahem on the surface.

이에, 상기 페라헴(자성 나노입자)의 크기 증가 및 이온 전하(ionic charge)의 변화에 따른 응집(aggregation)을 유도하기 위하여, 키토산(양전하를 띠는 고분자)을 페라헴에 코팅하여 사용하였다.Accordingly, in order to induce aggregation according to an increase in the size of the ferraheme (magnetic nanoparticles) and a change in ionic charge, chitosan (a polymer having a positive charge) was used by coating the ferraheme.

즉, 상기 자성 나노입자는 상기 양전하를 띠는 고분자에 의해 코팅되므로, 본 발명의 마이크로스캐폴드 내 자성 나노입자의 담지량을 높임으로써 마이크로스캐폴드의 자성 특성을 높일 수 있다.That is, since the magnetic nanoparticles are coated with the positively charged polymer, the magnetic properties of the microscaffold can be improved by increasing the loading amount of the magnetic nanoparticles in the microscaffold of the present invention.

구체적으로, 일반적으로 자성 나노입자는 다공성 고분자 스캐폴드 표면에 공유결합에 의해 결합될 수 있다. 그러나, 이 경우 공유결합의 강한 결합력으로 인해 자성 나노입자를 스캐폴드 표면에 안정적으로 부착할 수 있으나, 결합이 끊어지는 시간이 길어 분해 기간이 늘어나는 문제가 발생할 수 있다.Specifically, in general, magnetic nanoparticles may be covalently bonded to the surface of the porous polymer scaffold. However, in this case, the magnetic nanoparticles can be stably attached to the surface of the scaffold due to the strong bonding force of the covalent bond, but a problem in that the decomposition period is prolonged due to the long time for the bond to be broken may occur.

이에, 본 발명의 마이크로스캐폴드는 상기 양전하를 띠는 고분자에 의해 코팅된 자성 나노입자를 포함하므로, 공유결합보다 약한 정전기력의 결합력으로 인해 상기 다공성 고분자 스캐폴드 표면에 자성 나노입자를 약하게 부착할 수 있고, 이에 따라 공유결합보다 짧은 시간 내에 분해될 수 있는 장점이 있다.Accordingly, since the microscaffold of the present invention includes the magnetic nanoparticles coated with the positively charged polymer, the magnetic nanoparticles are weakly attached to the surface of the porous polymer scaffold due to the binding force of the electrostatic force, which is weaker than the covalent bond. and, thus, has the advantage of being decomposed in a shorter time than covalent bonding.

상기 양전하를 띠는 고분자와 결합된 자성 나노입자는 마이크로미터(μm)의 크기를 지니며, 상기 다공성 고분자 스캐폴드 표면에 정전기적(Electrostatic)으로 결합된 것일 수 있다.The magnetic nanoparticles bound to the positively charged polymer may have a size of micrometers (μm), and may be electrostatically coupled to the surface of the porous polymer scaffold.

구체적으로는, 음전하를 띠는 자성 나노입자가 양전하를 띠는 키토산과 결합된 경우, 이에 따라 음전하를 띠는 다공성 고분자 스캐폴드 표면에 정전기적으로 결합될 수 있다.Specifically, when the negatively charged magnetic nanoparticles are bonded to the positively charged chitosan, they may be electrostatically bonded to the negatively charged porous polymer scaffold surface.

상기 마이크로스캐폴드의 직경은 100-500μm일 수 있다.The diameter of the microscaffold may be 100-500 μm.

구체적으로는, 상기 마이크로스캐폴드의 직경은 충분한 크기의 공극을 지니기 위하여 100 μm 이상일 수 있으며, 주사기 바늘을 통하여 관절강 내에 주입되기 용이하도록 하기 위하여 500 μm 이하일 수 있다.Specifically, the diameter of the microscaffold may be 100 μm or more to have a pore of sufficient size, and may be 500 μm or less to facilitate injection into the joint cavity through a syringe needle.

상기 마이크로스캐폴드는 조직공학, 의학, 약학 및 재료과학 분야에서 약물, 세포, 단백질 및 성장인자 전달용 재료 또는 인공피부 등으로 폭넓게 사용할 수 있다.The microscaffold can be widely used as a material for delivery of drugs, cells, proteins and growth factors or artificial skin in the fields of tissue engineering, medicine, pharmaceuticals and materials science.

구체적으로는, 상기 마이크로스캐폴드는 조직재생 용도로 사용될 수 있다.Specifically, the microscaffold can be used for tissue regeneration.

특히, 상기 마이크로스캐폴드는 상대적으로 짧은 생분해 기간(1-2 months)이 필요한 관절연골재생 용도로 사용될 수 있다.In particular, the microscaffold can be used for articular cartilage regeneration that requires a relatively short biodegradation period (1-2 months).

이에 따라, 본 발명의 다른 양태는 상기 마이크로스캐폴드를 포함하는 조직재생용 조성물에 관한 것이다.Accordingly, another aspect of the present invention relates to a composition for tissue regeneration comprising the microscaffold.

따라서, 상기 마이크로스캐폴드는 결손 부위로의 이식을 통해 조직재생을 수행하기 위한 유효성분으로서 사용될 수 있다.Accordingly, the microscaffold can be used as an active ingredient for tissue regeneration through transplantation into a defect site.

상기 조성물은 본 발명에 따른 마이크로스캐폴드뿐만 아니라 이를 이식에 적절한 상태로 유지하기 위한 수용액, 예를 들어 완충액 또는 주사제용 수용액 등을 포함할 수 있다.The composition may include not only the microscaffold according to the present invention, but also an aqueous solution for maintaining it in a state suitable for implantation, for example, a buffer solution or an aqueous solution for injection.

본 발명의 또 다른 양태는 하기 단계를 포함하는 마이크로스캐폴드(Microscaffold)의 제조방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a microscaffold comprising the following steps.

다공성 고분자 스캐폴드를 제조하는 스캐폴드 제조 단계;A scaffold manufacturing step of manufacturing a porous polymer scaffold;

자성 나노입자를 양전하를 띠는 고분자로 코팅하는 코팅 단계; 및A coating step of coating the magnetic nanoparticles with a polymer having a positive charge; and

상기 다공성 고분자 스캐폴드 및 상기 코팅된 자성 나노입자를 결합하는 자성-스캐폴드 제조 단계.A magnetic scaffold manufacturing step of combining the porous polymer scaffold and the coated magnetic nanoparticles.

이하, 본 발명의 마이크로스캐폴드 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the microscaffold manufacturing method of the present invention will be described in detail.

스캐폴드 제조 단계Scaffold Manufacturing Steps

스캐폴드 제조 단계는 유체장치(Fluidic device)를 이용한 에멀전화(Emulsification)에 의해 수행될 수 있다.The scaffold manufacturing step may be performed by emulsification using a fluidic device.

상기 에멀전은 일반적으로 혼합할 수 없는 두 가지 이상의 액체의 혼합물을 의미하며, 상기 두 가지 이상의 액체가 혼합하여 다양한 유형의 에멀전을 형성할 수 있다.The emulsion generally refers to a mixture of two or more immiscible liquids, and the two or more liquids may be mixed to form various types of emulsions.

구체적으로는 상기 에멀전은 예를 들어, 오일이 분산 상(Dispersed phase)이고 물이 분산 매질(Dispersed medium)인 수중 유(oil-in-water) 에멀전일 수도 있고, 물이 분산 상이고 오일이 분산 매질인 유중 수(water-in-oil) 에멀전일 수도 있다. 또한, 유중 수 에멀전이 분산 상이고 물이 분산 매질인 수중 유중 수(water-in-oil-in-water) 에멜전일 수도 있고, 수중 유 에멀전이 분산 상이고 오일이 분산 매질인 유중 수중 유(oil-in-water-in-oil) 에멜전일 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Specifically, the emulsion may be, for example, an oil-in-water emulsion in which oil is a dispersed phase and water is a dispersion medium, water is a dispersed phase and oil is a dispersion medium It may also be a phosphorus water-in-oil emulsion. It may also be a water-in-oil-in-water emulsion, wherein the water-in-oil emulsion is the dispersed phase and water is the dispersion medium, and the oil-in-oil emulsion is the dispersed phase and the oil is the dispersion medium. -water-in-oil) It may be an emulsion, but is not limited thereto.

상기 에멀전화는 (다중) 에멀전 제조에서 통상적으로 이용되는 모든 방법을 모두 포함하며, 유체장치(Fluidic device)를 사용한 유체 채널(flow channels) 내 물질 이동(mass transfer)을 이용하는 방법일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The emulsification includes all methods commonly used in (multi) emulsion production, and may be a method using mass transfer in flow channels using a fluidic device, but this It is not limited.

코팅 단계coating step

본 단계는 상기 스캐폴드 제조 단계와 독립적으로 수행될 수 있으며, 그 순서는 무관하다.This step may be performed independently of the scaffold manufacturing step, and the order is irrelevant.

본 단계에서, 양전하를 띠는 고분자는 자성 나노입자에 정전기적(Electrostatic)으로 결합함으로써 자성 나노입자를 코팅하는 것일 수 있다.In this step, the positively charged polymer may be coated with the magnetic nanoparticles by electrostatically binding to the magnetic nanoparticles.

자성-스캐폴드 제조 단계Magnetic-scaffold fabrication steps

자성-스캐폴드 제조 단계는 상기 스캐폴드 제조 단계에서 제조된 다공성 고분자 스캐폴드 표면에 상기 제1 코팅 단계에서 양전하를 띠는 고분자에 의해 코팅된 자성 나노입자를 정전기적(Electrostatic)으로 결합하는 방법에 의해 수행될 수 있다.The magnetic-scaffold manufacturing step is a method of electrostatically binding magnetic nanoparticles coated with a polymer having a positive charge in the first coating step to the surface of the porous polymer scaffold prepared in the scaffold manufacturing step. can be performed by

상기 마이크로스캐폴드의 제조방법에 있어, 상기 마이크로스캐폴드의 중복되는 내용은 본 명세서의 복잡성을 고려하여 생락한다.In the method of manufacturing the microscaffold, overlapping contents of the microscaffold are omitted in consideration of the complexity of the present specification.

본 발명은 마이크로스캐폴드 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 마이크로스캐폴드는 다공성 고분자 스캐폴드 및 양전하를 띠는 고분자로 코팅된 자성 나노입자를 포함함으로써, 자기 구동력이 증가된 것을 특징으로 하므로, 조직재생 용도로 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a microscaffold and a method for manufacturing the same, wherein the microscaffold includes a porous polymer scaffold and magnetic nanoparticles coated with a positively charged polymer, so that the magnetic driving force is increased. , it can be usefully used for tissue regeneration.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스캐폴드의 개요도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 키토산-코팅 자성 나노입자의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지 사진이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스캐폴드의 제타 전위 값을 측정한 결과이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스캐폴드의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지 사진이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스캐폴드의 구성 성분을 확인한 결과이다.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스캐폴드의 크기 및 공극의 크기를 측정한 결과이다.
도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스캐폴드의 화학적 구성을 확인한 결과이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스캐폴드의 자기 반응성을 확인한 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스캐폴드의 자기 구동성을 확인한 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스캐폴드의 줄기세포 배양 가능성 및 독성을 확인한 결과이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스캐폴드의 줄기세포 분화능을 확인한 결과이다.
1 is a schematic diagram of a microscaffold according to an embodiment of the present invention.
2A is a scanning electron microscope (SEM) image photograph of chitosan-coated magnetic nanoparticles prepared according to an embodiment of the present invention.
2B is a result of measuring the zeta potential value of the microscaffold according to an embodiment of the present invention.
3A is a scanning electron microscope (SEM) image photograph of a microscaffold according to an embodiment of the present invention.
Figure 3b is a result of confirming the components of the microscaffold according to an embodiment of the present invention.
3C is a result of measuring the size of the microscaffold and the size of the pores according to an embodiment of the present invention.
3D is a result of confirming the chemical composition of the microscaffold according to an embodiment of the present invention.
4 is a result of confirming the magnetic reactivity of the microscaffold according to an embodiment of the present invention.
6 is a result of confirming the magnetic drivability of the microscaffold according to an embodiment of the present invention.
7 is a result confirming the stem cell culture possibility and toxicity of the microscaffold according to an embodiment of the present invention.
8 is a result of confirming the stem cell differentiation ability of the microscaffold according to an embodiment of the present invention.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .

제조예. 마이크로스캐폴드의 제조manufacturing example. Preparation of microscaffolds

가. 유체장치(Fluidic device)의 제작go. Fabrication of fluidic devices

고분자 용액 저장부; 유화제 용액 저장부; 상기 고분자 용액 및 유화제 용액을 이송하는 이송가스 제공부; 상기 이송가스에 압력을 제공하는 가압부; 상기 고분자 용액 및 유화제 용액의 혼합으로 스캐폴드 분산액을 생성하여 배출하는 인젝터부; 상기 스캐폴드 분산액을 공급받아 이에 포함된 유기용매 및 분산매를 제거한 후 마이크로스캐폴드를 생성하는 스캐폴드 생성부;로 구성된 유체장치(fluidic device)를 제작하였다.polymer solution storage unit; emulsifier solution storage unit; a transport gas providing unit for transporting the polymer solution and the emulsifier solution; a pressurizing unit for providing pressure to the conveying gas; an injector unit for generating and discharging a scaffold dispersion by mixing the polymer solution and the emulsifier solution; A fluidic device comprising; a scaffold generating unit for receiving the scaffold dispersion and removing the organic solvent and dispersion medium contained therein to generate a microscaffold was manufactured.

나. 다공성 고분자 스캐폴드의 제조me. Preparation of porous polymer scaffolds

증류수에 PVA(Polyvinyl alcohol)를 1%의 중량비로 첨가한 후, 270℃에서 500rpm으로 1시간 교반하여 외부 용액(Water phase)을 제조하였다.After adding PVA (Polyvinyl alcohol) to distilled water in a weight ratio of 1%, the mixture was stirred at 270° C. at 500 rpm for 1 hour to prepare an external solution (water phase).

다음으로, 0.07g의 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid))를 0.931mL의 다이클로로메테인(Dichloromethane)에 용해시킨 후, 15uL의 Span 80을 첨가하였다. 볼텍스 믹서(Vortex mixer)로 3200rpm에서 7분간 교반하여 오일 상(Oil phase) 내부 용액을 제조하였다. 3g의 젤라틴(Gelatin)을 1% PVA 용액에 6%의 중량비로 첨가하고 41.5℃로 가열·교반하여 수 상(Water phase) 내부 용액을 제조하였다. 상기 오일 상 내부 용액에 수 상 내부 용액 850uL를 첨가한 후, 볼텍스 믹서로 3200rpm에서 2분 30초 이상 교반하여 혼합하였다.Next, 0.07 g of PLGA (poly(lactic-co-glycolic acid)) was dissolved in 0.931 mL of dichloromethane, and then 15 uL of Span 80 was added. An oil phase internal solution was prepared by stirring at 3200 rpm for 7 minutes with a vortex mixer. 3 g of gelatin was added to a 1% PVA solution in a weight ratio of 6%, and heated and stirred at 41.5° C. to prepare a water phase internal solution. After adding 850 uL of the aqueous phase internal solution to the oil phase internal solution, it was mixed by stirring at 3200 rpm for 2 minutes and 30 seconds with a vortex mixer.

상기 가.에서 제작한 유체장치의 인젝터(이중 미세관)의 외부 미세관에 상기 외부 용액을 10kPa의 주입압력으로 흘려주었고, 내부 미세관에는 상기 혼합된 내부 용액을 20kPa의 주입압력으로 흘려주어 다공성 고분자 스캐폴드를 제조하였다.The external solution was flowed to the external microtubule of the injector (dual microtubule) of the fluid device manufactured in A. at an injection pressure of 10 kPa, and the mixed internal solution was flowed to the internal microtubule at an injection pressure of 20 kPa, so that A polymer scaffold was prepared.

제조된 스캐폴드는 10℃의 증류수에 3시간 이상 방치한 후, 35℃의 증류수에 3번 세척하여 구조체 내 젤라틴을 제거하고, 상온 건조하여 보관하였다.The prepared scaffold was left for at least 3 hours in distilled water at 10° C., washed 3 times in distilled water at 35° C. to remove gelatin in the structure, and dried at room temperature and stored.

다. 키토산-코팅 자성 나노입자의 제조all. Preparation of chitosan-coated magnetic nanoparticles

20 mL 1% 아세트산에 10 mg 키토산(Chitosan)을 용해시켜 키토산 용액 0.5 mg/mL를 제조하고, 이에 1 mL 페라헴(Feraheme, 30 mg/mL)을 넣고 혼합하였다. 그 다음, 키토산@페라헴 파티클이 분산되지 않도록 자석으로 밀착한 후, 원심분리(10000 rpm, 5 분)하여 파티클을 제외한 상층액을 제거하였다. 탈이온수(Deionized water) 30 mL를 넣은 후, 상기 각 단계를 3회 반복하여 잔류 아세트산을 제거하였다.By dissolving 10 mg of chitosan (Chitosan) in 20 mL of 1% acetic acid, 0.5 mg/mL of a chitosan solution was prepared, and 1 mL of ferahme (30 mg/mL) was added thereto and mixed. Then, the chitosan @ ferraheme particles were adhered to each other with a magnet so that the particles were not dispersed, and then centrifuged (10000 rpm, 5 minutes) to remove the supernatant except for the particles. After adding 30 mL of deionized water, each step was repeated 3 times to remove residual acetic acid.

실시예. 본 발명의 마이크로스캐폴드(키토산-코팅 자성 나노입자가 결합된 다공성 고분자 스캐폴드)의 제조Example. Preparation of microscaffolds of the present invention (porous polymer scaffolds bound with chitosan-coated magnetic nanoparticles)

상기 나.에서 제조된 다공성 고분자 스캐폴드가 담긴 튜브에 상기 다.에서 제조된 키토산-코팅 자성 나노입자(상기 키토산@페라헴 파티클 해당) 용액 10-30 mg/mL를 넣고 6시간 동안 반응시켰다. 탈이온수 세척 후 보관하였다.10-30 mg/mL of the chitosan-coated magnetic nanoparticles (corresponding to the chitosan@ferrahem particle) solution prepared in C. above was put into the tube containing the porous polymer scaffold prepared in B., and reacted for 6 hours. After washing with deionized water, it was stored.

실험예 1. 키토산-코팅 자성 나노입자 특성 확인Experimental Example 1. Chitosan-Coated Magnetic Nanoparticle Characteristics Confirmation

주사 전자 현미경(scanning electron microscopy, SEM)을 이용하여 상기 제조예 다.에서 제조된 키토산-코팅 자성 나노입자의 이미지를 촬영하였다.Using a scanning electron microscope (scanning electron microscopy, SEM), the image of the chitosan-coated magnetic nanoparticles prepared in Preparation Example C. was taken.

도 2a에서 확인할 수 있듯이, 제조된 키토산-코팅 자성 나노입자는 키토산과 페라헴 간의 이온 결합(ionic interaction)에 의해 생긴 자성 응집체(magnetic aggregates)임을 알 수 있었다.As can be seen in Figure 2a, the prepared chitosan-coated magnetic nanoparticles were found to be magnetic aggregates generated by ionic interaction between chitosan and ferrahem.

다음으로, 표면 제타 전위 및 입자 크기 분석기(surface zeta potential and particles size analyzer, ELS-8000, Japan)를 이용하여 상기 제조예 다.에서 제조된 키토산-코팅 자성 나노입자의 크기 및 제타 전위를 측정하였다.Next, the size and zeta potential of the chitosan-coated magnetic nanoparticles prepared in Preparation Example C. were measured using a surface zeta potential and particle size analyzer (ELS-8000, Japan). .

도 2b에서 확인할 수 있듯이, 키토산-코팅 자성 나노입자의 크기(직경)는 평균 1.48 μm였고, 코팅되지 않은 페라헴보다 약한 음이온성 전하(-13.17 mV)를 나타냄을 알 수 잇었다. 이러한 결과는, 키토산과 자성 나노입자(페라헴)가 이온 전하(ionic charge) 상호작용(interaction)을 통해 반응하였음을 의미한다.As can be seen in FIG. 2b, the size (diameter) of the chitosan-coated magnetic nanoparticles was 1.48 μm on average, and it was found that they exhibited a weaker anionic charge (-13.17 mV) than that of uncoated ferraheme. These results mean that chitosan and magnetic nanoparticles (ferrahem) reacted through an ionic charge interaction.

실험예 2. 키토산-코팅 자성 나노입자가 결합된 다공성 고분자 스캐폴드 특성 확인Experimental Example 2. Chitosan-Coated magnetic nanoparticles bound porous polymer scaffold properties

주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 상기 실시예의 마이크로스캐폴드의 이미지를 촬영하였다.Images of the microscaffolds of the above examples were taken using a scanning electron microscope (SEM).

도 3a에서 확인할 수 있듯이, 키토산-코팅 자성 나노입자의 부착에 관계 없이 제작된 마이크로스캐폴드의 크기 및 공극의 크기가 상기 제조예 나.에서 제조된 다공성 고분자 스캐폴드와 비교하여 거의 변하지 않은 것을 알 수 있었다. As can be seen in Figure 3a, the size of the prepared microscaffold and the size of the pores regardless of the attachment of the chitosan-coated magnetic nanoparticles were almost unchanged compared to the porous polymer scaffold prepared in Preparation Example B. Could know.

금속성분 분석기(energy dispersive X-ray spectrometry, EDX)를 이용하여 상기 실시예의 구성 성분을 확인하였다.The components of the above examples were confirmed using a metal component analyzer (energy dispersive X-ray spectrometry, EDX).

도 3b에서 확인할 수 있듯이, 실시예의 마이크로스캐폴드에서 탄소(C), 산소(O), 철(Fe)의 신호가 검출되었다. 이러한 결과는, 실시예의 마이크로스캐폴드에 키토산-코팅 자성 나노입자가 존재함을 의미한다.As can be seen in FIG. 3b , signals of carbon (C), oxygen (O), and iron (Fe) were detected in the microscaffolds of Examples. These results mean that the chitosan-coated magnetic nanoparticles are present in the microscaffolds of the examples.

상기 도 3a의 SEM 이미지를 기반으로, ImageJ 소프트웨어(National Institutes of Health, USA)를 이용하여 상기 실시예의 마이크로스캐폴드 및 이의 공극의 크기를 측정하였다.Based on the SEM image of FIG. 3A, the size of the microscaffolds and pores thereof of the Example was measured using ImageJ software (National Institutes of Health, USA).

도 3c에서 확인할 수 있듯이, 실시예의 마이크로스캐폴드의 크기 및 공극의 크기는 각각 357.55±18.57 μm 및 43.85±13.39 μm 이었다.As can be seen in FIG. 3c , the size of the microscaffold and the pore size of the example were 357.55±18.57 μm and 43.85±13.39 μm, respectively.

마지막으로, 분광광도계(Nicolet Nexus 670 FTIR spectrophotometer, Thermo Nicolet Corporation, USA)를 이용하여 실시예의 IR 흡수 밴드(IR absorption band)를 측정함으로써, 화학적 구성(chemical composition)을 분석하였다. 이때, 키토산, 페라헴, 상기 제조예 다.의 키토산-코팅 자성 나노입자, 및 상기 제조예 나.의 다공성 고분자 스캐폴드도 함께 측정하여 비교하였다.Finally, the chemical composition was analyzed by measuring the IR absorption band of the Example using a spectrophotometer (Nicolet Nexus 670 FTIR spectrophotometer, Thermo Nicolet Corporation, USA). At this time, chitosan, ferrahem, the chitosan-coated magnetic nanoparticles of Preparation Example C., and the porous polymer scaffold of Preparation Example B. were also measured and compared.

도 3d에서 확인할 수 있듯이, 실시예는 제조예 다.의 키토산-코팅 자성 나노입자, 및 제조예 나.의 다공성 고분자 스캐폴드의 주요 IR 흡수 밴드를 나타내었다. 따라서, 상기 실시예에 각 담지 혼합물이 포함되어 있음을 알 수 있었다.As can be seen in FIG. 3D, the Example showed the main IR absorption band of the chitosan-coated magnetic nanoparticles of Preparation Example C., and the porous polymer scaffold of Preparation Example B. Therefore, it was found that each support mixture was included in the above examples.

특히, 630 및 550 cm-1 근처 피크는 산화철의 하나인 마그헤마이트(γ-Fe2O3)의 존재를 의미하는데, 이와 유사한 피크는 페라헴과 키토산-코팅 자성 나노입자에서도 함께 나타났다. 이러한 결과는, 페라헴이 γ-Fe2O3의 산화철(iron oxide) 코어(core)로 구성되었음을 의미한다.In particular, peaks near 630 and 550 cm -1 indicate the presence of maghemite (γ-Fe2O3), which is one of iron oxide, and similar peaks also appeared in ferraheme and chitosan-coated magnetic nanoparticles. These results mean that ferrahem was composed of iron oxide core of γ-Fe2O3.

실험예 3. 자기 반응성 확인Experimental Example 3. Confirmation of magnetic reactivity

생리식염수가 채워진 바이알(vial)에 실시예의 마이크로스캐폴드를 넣고 흔든 후, 영구자석을 대어 자기 반응성을 확인하였다.After putting the microscaffold of Example into a vial filled with physiological saline and shaking, magnetic reactivity was confirmed by applying a permanent magnet.

도 4에서 확인할 수 있듯이, 물리적인 흔들기(physical shaking)(ii) 상태에서 바이알 내 마이크로스캐폴드는 바닥에 위치하거나 액체 상에서 퍼져 있었으나, 영구자석을 가까이 대었을 때(iii) 영구자석 쪽으로 빠르게 이동하는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는, 마이크로스캐폴드가 외부 자기장에 의해 민감하게 반응한다는 것을 의미한다. As can be seen in FIG. 4 , in the state of physical shaking (ii), the microscaffolds in the vial were located on the floor or spread in the liquid, but when the permanent magnet was brought close (iii), it moved rapidly toward the permanent magnet. knew what to do These results suggest that the microscaffolds respond sensitively to external magnetic fields.

실험예 4. 자기 특성 분석Experimental Example 4. Analysis of magnetic properties

진동시료 자화율 측정기(vibrating sample magnetometer, VSM, Lake Shore Cryotronics 7404, USA)를 이용하여 페라헴, 제조예 다.의 키토산-코팅 자성 나노입자, 및 실시예의 마이크로스캐폴드에 대한 자기이력곡선(magnetic hysteresis curve)을 획득하였다.Using a vibrating sample magnetometer (VSM, Lake Shore Cryotronics 7404, USA), chitosan-coated magnetic nanoparticles of Perahem, Preparation Example C., and magnetic hysteresis curves for the microscaffolds of Examples hysteresis curve) was obtained.

도 5에서 확인할 수 있듯이, 페라헴(자성 나노입자) 및 키토산-코팅 자성 나노입자의 자화 특성 값은 각 58.94 emu/g 및 53.67 emu/g으로, 키토산 코팅으로 인해 자성 나노입자의 자화 특성 값이 줄어든 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는, 키토산과 페라헴 간의 결합이 일어났음을 의미하며, 키토산-코팅 자성 나노입자 내 약 9.11 wt%의 키토산이 존재함을 알 수 있다.As can be seen in FIG. 5, the magnetization property values of ferraheme (magnetic nanoparticles) and chitosan-coated magnetic nanoparticles are 58.94 emu/g and 53.67 emu/g, respectively, and the magnetization property values of the magnetic nanoparticles due to the chitosan coating are was found to have decreased. This result means that the binding between chitosan and ferrahem occurred, and it can be seen that about 9.11 wt% of chitosan is present in the chitosan-coated magnetic nanoparticles.

또한, 키토산-코팅 자성 나노입자 용액을 농도별(10, 20, 30 mg/mL)로 담지 했을 때, 마이크로스캐폴드의 자기 포화도는 7.78, 11.35, 15.98 emu/g으로 점차 증가함을 알 수 있었다. 이러한 결과는, 고농도의 키토산-코팅 자성 나노입자가 사용되는 경우 마이크로스캐폴드의 표면에 더 많은 키토산-코팅 자성 나노입자가 부착할 수 있음을 의미하며, 특히, 30 mg/mL의 키토산-코팅 자성 나노입자 용액 사용 시 마이크로스캐폴드 내 약 27.15 wt%의 페라헴이 존재함을 알 수 있다.In addition, it can be seen that when the chitosan-coated magnetic nanoparticle solution was supported at different concentrations (10, 20, 30 mg/mL), the magnetic saturation of the microscaffold gradually increased to 7.78, 11.35, and 15.98 emu/g. there was. These results mean that more chitosan-coated magnetic nanoparticles can be attached to the surface of the microscaffold when a high concentration of chitosan-coated magnetic nanoparticles is used, and in particular, 30 mg/mL of chitosan-coated magnetic nanoparticles It can be seen that when the magnetic nanoparticle solution is used, about 27.15 wt% of ferrahem is present in the microscaffold.

마지막으로, 이를 기존 공유결합을 이용한 자성 나노입자(PEI-MNP)-담지 마이크로구조체와 비교했을 때, 키토산-코팅 자성 나노입자-담지 마이크로구조체의 자기 포화도가 약 2배정도 큰 것을 알 수 있었다.Finally, it was found that the magnetic saturation of the chitosan-coated magnetic nanoparticles-supported microstructure was about twice as large as that of the conventional magnetic nanoparticles (PEI-MNP)-supported microstructure using a covalent bond.

실험예 5. 자기 구동성 확인Experimental Example 5. Confirmation of magnetic drivability

먼저, 3D 프린터를 이용하여 무릎의 3D CAD 모델로부터 무릎 팬텀(knee phantom)을 제작하였다. 그 후, 표적 영역을 대퇴골(femur)의 내측에 형성하였고, 상기 제작된 무릎 팬텀은 식염수를 채운 아크릴 챔버에 위치시켰다. 그 후, 무릎 팬텀의 관절 결손 부위 사이에 위치한 약 100개의 마이크로스캐폴드에 대한 표적 영역으로의 이동을 관찰하였다.First, a knee phantom was manufactured from a 3D CAD model of the knee using a 3D printer. After that, a target area was formed on the inner side of the femur, and the manufactured knee phantom was placed in an acrylic chamber filled with saline. Then, the movement to the target area for about 100 microscaffolds located between the joint defect sites of the knee phantom was observed.

도 6에서 확인할 수 있듯이, 마이크로스캐폴드들은 전자기장 발생 장치에서 발생된 자기장을 통해 원하는 지점으로 이동할 수 있음을 알 수 있었다. 이러한 결과는, 마이크로스캐폴드의 자기장에 의한 무리 이동(Swarm motion)이 가능함을 의미한다. 따라서, 본 발명의 마이크로스캐폴드는 최소 수 백에서 수 천의 마이크로스캐폴드가 필요한 생체 내 연골 재생을 확인을 위한 임상 적용 시 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.As can be seen in FIG. 6 , it was found that the microscaffolds can move to a desired point through the magnetic field generated by the electromagnetic field generating device. This result means that swarm motion by the magnetic field of the microscaffold is possible. Therefore, it is expected that the microscaffolds of the present invention can be usefully used in clinical applications for confirming cartilage regeneration in vivo, which requires a minimum of several hundred to several thousand microscaffolds.

실험예 6. 줄기세포 배양 및 독성 평가Experimental Example 6. Stem cell culture and toxicity evaluation

상기 실시예의 마이크로스캐폴드 및 상기 제조예 나.의 다공성 고분자 스캐폴드에 마우스 골수 유래 줄기세포(ATCC, VA, USA)를 약 5.8Х103개씩 담지하였다.About 5.8Х10 3 pieces of mouse bone marrow-derived stem cells (ATCC, VA, USA) were loaded on the microscaffolds of the above Examples and the porous polymer scaffolds of Preparation Example B.

담지 2, 4 및 6일째에 알라마르 블루(alamar blue) 용액을 이용하여 세포 생존능(cell viability)을 측정하고, 다공성 고분자 스캐폴드 대비 마이크로스캐폴드에 대한 세포의 세포독성(cytotoxicity)을 계산하고 이를 평가하였다.Cell viability was measured using an alamar blue solution on the 2nd, 4th and 6th days of loading, and the cytotoxicity of cells to the microscaffold compared to the porous polymer scaffold was calculated and This was evaluated.

[계산식][formula]

세포독성(cytotoxicity)=

Figure 112019032733046-pat00001
Cytotoxicity =
Figure 112019032733046-pat00001

도 7에서 확인할 수 있듯이, 다공성 고분자 스캐폴드 대비 마이크로스캐폴드에 대한 세포 생존능은 90% 이상으로 세포에 독성이 거의 없음을 확인하였다.As can be seen in FIG. 7 , the cell viability of the microscaffolds compared to the porous polymer scaffolds was 90% or more, confirming that there was little toxicity to the cells.

실험예 7. 줄기세포 분화능 확인Experimental Example 7. Confirmation of stem cell differentiation ability

상기 실시예의 마이크로스캐폴드(3D-배양) 및 24-웰 마이크로플레이트(2D-배양)에 마우스 골수 유래 줄기세포(ATCC, VA, USA)를 약 5.8Х103개씩 담지하였다. 대조군(Control)으로는 분화시키지 않은 마우스 골수 유래 줄기세포를 사용하였다.About 5.8Х10 3 of mouse bone marrow-derived stem cells (ATCC, VA, USA) were loaded on the microscaffold (3D-culture) and 24-well microplate (2D-culture) of the above example. As a control group, undifferentiated mouse bone marrow-derived stem cells were used.

TGF-β1(Peprotech), 덱사메타손(dexamethasone, Sigma Aldrich), 아스코르브산(ascorbic acid, Sigma Aldrich), 피루브산나트륨(sodium pyruvate, Sigma Aldrich), 프롤린(proline, Sigma Aldrich), 인간 트랜스페린(human transferrin, Gibco) 및 아셀렌산(selenous acid, Gibco)을 포함한 분화배지에 상기 마이크로스캐폴드, 마이크로플레이트 및 분화시키지 않은 마우스 골수 유래 줄기세포를 넣고 5% CO2, 37℃ 배양 조건에서 3주 동안 분화시켰다. 이때, 2-3일에 한 번씩 분화배지를 교체하였다.TGF-β1 (Peprotech), dexamethasone (Sigma Aldrich), ascorbic acid (Sigma Aldrich), sodium pyruvate (Sigma Aldrich), proline (Sigma Aldrich), human transferrin (human transferrin) ) and selenous acid (Gibco), the microscaffold, microplate, and undifferentiated mouse bone marrow-derived stem cells were put in a differentiation medium containing 5% CO 2 , and differentiated for 3 weeks at 37° C. culture conditions. . At this time, the differentiation medium was replaced once every 2-3 days.

분화 후 RNA 추출 키트(Takara)를 이용하여 RNA를 분리하고, cDNA 합성 키트(Takara)를 이용하여 cDNA를 합성하였다. 그 다음, RT-PCR(real-time PCR)을 이용하여 연골분화 관련 유전인자인 Collagen II, SOX9 및 agreecan의 발현도를 측정하였다.After differentiation, RNA was isolated using an RNA extraction kit (Takara), and cDNA was synthesized using a cDNA synthesis kit (Takara). Then, the expression levels of Collagen II, SOX9 and agreecan, which are genetic factors related to cartilage differentiation, were measured using RT-PCR (real-time PCR).

도 8에서 확인할 수 있듯이, 분화 1주차에는 2D-배양에서 Collagen II, SOX9 및 agreecan의 발현도가 높게 나타났으나, 분화 2, 3주차에는 2D-배양과 비교하여 실시예의 마이크로스캐폴드 내에서 줄기세포를 분화했을 때 상기 유전자들의 발현도가 더 높게 나타났다.As can be seen in FIG. 8 , the expression levels of Collagen II, SOX9 and agreecan were high in 2D-culture at the 1st week of differentiation, but at the 2nd and 3rd weeks of differentiation, the stems in the microscaffolds of Example were compared with the 2D-culture. When the cells were differentiated, the expression levels of the genes were higher.

Claims (11)

다공성(Porous) 고분자 스캐폴드(Scaffold); 및
상기 다공성 고분자 스캐폴드 표면에 결합된 자성 나노입자;를 포함하고,
상기 자성 나노입자는 양전하를 띠는 고분자로 코팅된 것이고, 상기 양전하를 띠는 고분자는 상기 자성 나노입자에 정전기적 (Electrostatic)으로 결합된 것이고, 양전하를 띠는 고분자와 결합된 자성 나노입자는 상기 다공성 고분자 스캐폴드 표면에 정전기적으로 결합된 것인, 마이크로스캐폴드(Microscaffold).
Porous (Porous) Polymer Scaffold (Scaffold); and
Including; magnetic nanoparticles bonded to the surface of the porous polymer scaffold;
The magnetic nanoparticles are coated with a polymer having a positive charge, the polymer having a positive charge is electrostatically bonded to the magnetic nanoparticles, and the magnetic nanoparticles bonded to the polymer having a positive charge are Electrostatically bonded to the surface of the porous polymer scaffold, the microscaffold (Microscaffold).
제 1 항에 있어서, 상기 다공성 고분자는 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)), PGA(poly(glycolic acid)), PLA(poly(lactic acid)), PEG(poyethylene glycol), 콜라겐(Collagen), 히알루론산(Hyaluronic acid), 젤라틴(Gelatin) 및 키토산(Chitosan)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것인, 마이크로스캐폴드.According to claim 1, wherein the porous polymer is PLGA (poly(lactic-co-glycolic acid)), PGA (poly(glycolic acid)), PLA (poly(lactic acid)), PEG (polyethylene glycol), collagen (Collagen) ), hyaluronic acid (Hyaluronic acid), gelatin (Gelatin) and chitosan (Chitosan) will include any one or more selected from the group consisting of, the microscaffold. 제 1 항에 있어서, 상기 자성 나노입자는 Fe, Co, Mn, Ni, Gd, Mo, MM'2O4, MxOy(M 및 M'은 각각 독립적으로 Fe, Co, Ni, Mn, Zn, Gd 또는 Cr이고, x는 1 내지 3의 정수, y는 1 내지 5의 정수 임), CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe 및 NiFeCo로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것인, 마이크로스캐폴드.According to claim 1, wherein the magnetic nanoparticles are Fe, Co, Mn, Ni, Gd, Mo, MM' 2 O 4 , M x O y (M and M' are each independently Fe, Co, Ni, Mn, Zn, Gd, or Cr, x is an integer of 1 to 3, y is an integer of 1 to 5), CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe and NiFeCo comprising any one or more selected from the group consisting of , microscaffolds. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 양전하를 띠는 고분자는 키토산(Chitosan), 콜라겐(Collagen) 및 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인, 마이크로스캐폴드.The microscaffold according to claim 1, wherein the polymer having a positive charge is at least one selected from the group consisting of chitosan, collagen, and polyethyleneimine. 삭제delete 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항의 마이크로스캐폴드를 포함하는 조직재생용 조성물.A composition for tissue regeneration comprising the microscaffold of any one of claims 1 to 3 and 5. 다음의 단계를 포함하는 마이크로스캐폴드(Microscaffold)의 제조방법:
다공성 고분자 스캐폴드를 제조하는 스캐폴드 제조 단계;
자성 나노입자에 양전하를 띠는 고분자를 정전기적 (Electrostatic)으로 결합시켜 코팅하는 코팅 단계; 및
상기 다공성 고분자 스캐폴드 표면에 상기 코팅된 자성 나노입자를 정전기적으로 결합하는 마이크로스캐폴드 제조 단계.
A method for preparing a microscaffold comprising the steps of:
A scaffold manufacturing step of manufacturing a porous polymer scaffold;
A coating step of electrostatically bonding a polymer having a positive charge to the magnetic nanoparticles and coating; and
A microscaffold manufacturing step of electrostatically bonding the coated magnetic nanoparticles to the surface of the porous polymer scaffold.
제 8 항에 있어서, 상기 스캐폴드 제조 단계는 유체장치(Fluidic device)를 이용한 에멀전화(Emulsification)에 의해 수행되는 것인, 방법.The method according to claim 8, wherein the scaffold manufacturing step is performed by emulsification using a fluidic device. 제 8 항에 있어서, 상기 양전하를 띠는 고분자는 키토산(Chitosan), 콜라겐(Collagen) 및 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 이용하여 수행되는 것인, 방법.The method of claim 8, wherein the polymer having a positive charge is performed using at least one selected from the group consisting of chitosan, collagen, and polyethyleneimine. 삭제delete
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