KR102504479B1 - 3D artificial tubular-scaffold and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드에 관한 것으로, 본 발명은 생체 내 이식 가능한 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 및 이의 제조 방법을 제공한다. 구체적으로, 생체 내 이식에 적합한 기계적 강도와 유연성을 가지는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 추가적으로 본 명세서에서 제공하는 발명은 생체 내에서 물리적 기능 외에도 생물학적 기능을 수행하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional artificial tubular scaffold, and the present invention provides a three-dimensional artificial tubular scaffold implantable in vivo and a manufacturing method thereof. Specifically, it relates to a three-dimensional artificial tubular scaffold having mechanical strength and flexibility suitable for in vivo implantation and a manufacturing method thereof. Additionally, the invention provided herein relates to a three-dimensional artificial tubular scaffold that performs biological functions in addition to physical functions in vivo and a manufacturing method thereof.

Figure R1020200131146
Figure R1020200131146

Description

삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 및 이의 제조 방법{3D artificial tubular-scaffold and manufacturing method thereof}3D artificial tubular-scaffold and manufacturing method thereof

본 명세서에서 개시하는 내용은 생체 내 이식가능한 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드에 관한 것이다. 구체적으로, 생체 내 이식에 적합한 기계적 강도와 유연성을 가지는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드에 관한 것이다. 추가적으로 본 명세서에서 개시하는 내용은 생체 내에서 물리적 기능 외에도 생물학적 기능을 수행하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드에 관한 것이다.The disclosure herein relates to a three-dimensional artificial tubular scaffold that can be implanted in vivo. Specifically, it relates to a three-dimensional artificial tubular scaffold having mechanical strength and flexibility suitable for in vivo implantation. Additionally, the disclosure herein relates to a three-dimensional artificial tubular scaffold that performs biological functions in addition to physical functions in vivo.

인공 스캐폴드 분야에 있어서, 인공 스캐폴드를 제조하여 생체 내에 이식하고, 이식된 스캐폴드가 생체 내의 결함 있는 기관 또는 장기의 기능을 대체하도록 하기 위한 연구가 진행되고 있다. In the field of artificial scaffolds, research is being conducted to prepare artificial scaffolds, implant them into living bodies, and replace the functions of defective organs or organs in living bodies with the transplanted scaffolds.

이때, 인공 스캐폴드가 생체 내에 적절하게 이식될 수 있도록, 이식에 적합한 기계적 강도와 유연성을 가지는 스캐폴드를 제조하기 위한 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. At this time, research is being conducted on a method for manufacturing a scaffold having mechanical strength and flexibility suitable for transplantation so that the artificial scaffold can be properly implanted in a living body.

또한, 인공 스캐폴드가 결함 있는 기관 또는 장기의 기능을 대신하는 물리적 기능에 더하여 생물학적 기능을 수행할 수 있도록 하기 위한 연구가 진행되고 있다. 구체적으로, 인공 스캐폴드에 장기의 생물학적 특성을 나타낼 수 있는 세포를 시딩하여, 해당 세포가 인공 스캐폴드 내에서 분화, 증식하면서 생물학적 기능을 수행할 수 있도록 하기 위한 연구가 진행되고 있다. In addition, research is being conducted to enable artificial scaffolds to perform biological functions in addition to physical functions that replace the functions of defective organs or organs. Specifically, research is being conducted to seed cells capable of exhibiting the biological characteristics of an organ on an artificial scaffold so that the cells can perform biological functions while differentiating and proliferating within the artificial scaffold.

본 명세서에 개시되는 내용은 위와 같은 인공 스캐폴드 연구 분야에 있어서 구체적으로 생체 내 이식에 적합한 기계적 강도와 유연성을 가지는 인공 스캐폴드, 세포의 부착, 증식 및 분화에 적합한 인공 스캐폴드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.Disclosed herein is an artificial scaffold having mechanical strength and flexibility suitable for in vivo transplantation, an artificial scaffold suitable for cell attachment, proliferation and differentiation, and a manufacturing method thereof in the field of artificial scaffold research as described above. it's about

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대한민국 공개특허공보 제10-2009-0004027호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2009-0004027

본 명세서는 생체 내 이식에 적합한 기계적 강도와 유연성을 가지고, 추가적으로 생체 내에서 물리적 기능에 더하여 생물학적 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present specification is to provide a three-dimensional artificial tubular scaffold characterized by having mechanical strength and flexibility suitable for in vivo implantation and additionally performing biological functions in addition to physical functions in vivo.

본 명세서에서는 다음을 포함하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드를 제공한다. 상기 인공 튜브형 스캐폴드는 섬유 형태의 생분해성 고분자 물질로 이루어진 내부 섬유층; 생체 적합성 고분자 물질로 이루어진 다공성 폼층; 및 상기 생체 적합성 고분자 물질이 상기 섬유층의 섬유 사이에 삽입되어 두 층이 융합되어 있는 융합층;을 포함하며, 상기 섬유층은 하나 이상의 세포와 직경이 다른 두 개 이상의 섬유를 포함하고, 상기 다공성 폼층은 하나 이상의 기공을 포함하고, 상기 융합층은 상기 내부 섬유층과 상기 외부 다공성 폼층 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.The present specification provides a three-dimensional artificial tubular scaffold including: The artificial tubular scaffold includes an inner fibrous layer made of a fibrous biodegradable polymer material; A porous foam layer made of a biocompatible polymeric material; and a fusion layer in which the biocompatible polymeric material is inserted between the fibers of the fibrous layer and the two layers are fused, wherein the fibrous layer includes at least one cell and at least two fibers having different diameters, and the porous foam layer comprises It includes one or more pores, and the fusion layer is characterized in that it is located between the inner fibrous layer and the outer porous foam layer.

일 실시예로, 상기 섬유층은 섬유의 직경이 1 micrometer 미만인 섬유와 1 micrometer 이상인 섬유를 함께 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드를 제공한다.In one embodiment, the fibrous layer provides a three-dimensional artificial tubular scaffold, characterized in that it includes both fibers having a diameter of less than 1 micrometer and fibers having a diameter of 1 micrometer or more.

일 실시예로, 상기 세포는 HGF, A83-01 및 CHIR99021를 포함하는 인간 성체 간세포의 간 전구세포로의 리프로그래밍 배지 조성물에 의해 리프로그래밍된 간 전구세포를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드를 제공한다.In one embodiment, the cells are a three-dimensional artificial tubular scan comprising hepatic progenitor cells reprogrammed by a reprogramming medium composition of human adult hepatocytes to hepatic progenitor cells including HGF, A83-01 and CHIR99021. provide a fold.

일 실시예로, 상기 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 인공 담도인 것을 특징으로 하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드를 제공한다.In one embodiment, the three-dimensional artificial tubular scaffold provides a three-dimensional artificial tubular scaffold, characterized in that the artificial biliary tract.

또한, 본 명세서에서는 다음의 단계를 포함하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 제조 방법을 제공한다.In addition, the present specification provides a method for manufacturing a three-dimensional artificial tubular scaffold comprising the following steps.

상기 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 제조 방법은 (a) 수용성 고분자 물질을 이용하여 튜브형 3D 템플릿을 제조하는 단계; (b) 생분해성 고분자 물질을 섬유형태로 튜브형 3D 템플릿 위에 전기방사하는 단계; (c) (b)단계에서 만들어진 물질을 염이 분산되어 있는 생체적합성 고분자 용액에 침지하는 단계; (d) (c) 단계에서 만들어진 물질을 건조 후에 물에 침지시키는 단계; 및 (e) 섬유층에 세포를 시딩하는 단계를 포함하며, 상기 (d) 단계는 물 침지를 통한 염 침출 및 (a) 단계에서 제조된 템플릿 제거를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing the three-dimensional artificial tubular scaffold includes (a) preparing a tubular 3D template using a water-soluble polymer material; (b) electrospinning a biodegradable polymer material in the form of fibers onto a tubular 3D template; (c) immersing the material made in step (b) in a biocompatible polymer solution in which salt is dispersed; (d) immersing the material made in step (c) in water after drying; and (e) seeding the cells on the fibrous layer, wherein step (d) includes salt leaching through water immersion and removal of the template prepared in step (a).

일 실시예로, 상기 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 제조방법은 상기 (a) 단계의 수용성 고분자 물질이 폴리 비닐 알코올인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the method for manufacturing the three-dimensional artificial tubular scaffold is characterized in that the water-soluble polymer material in step (a) is polyvinyl alcohol.

일 실시예로, 상기 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 제조방법은 상기 (b) 단계의 고분자 물질이 PCL인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the method for manufacturing the three-dimensional artificial tubular scaffold is characterized in that the polymer material in step (b) is PCL.

일 실시예로, 상기 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 제조방법은 상기 (c) 단계의 고분자 용액은 폴리 우레탄 용액인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the method for manufacturing the three-dimensional artificial tubular scaffold is characterized in that the polymer solution in step (c) is a polyurethane solution.

일 실시예로, 상기 삼차원 인공 튜브형 스캐포드 제조방법은 상기 세포가 HGF, A83-01 및 CHIR99021를 포함하는 인간 성체 간세포의 간전구세포로의 리프로그래밍 배지 조성물에 의해 리프로그래밍된 간 전구세포를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the method for manufacturing the three-dimensional artificial tubular scaffold includes liver progenitor cells reprogrammed by a reprogramming medium composition of human adult hepatocytes containing HGF, A83-01 and CHIR99021. It is characterized by doing.

본 명세서에서 제공하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 생체 내에 이식하기에 적합한 기계적 강도 및 유연성을 가지는 특징을 가진다. 추가적으로, 생체 내에서 물리적 기능에 더하여 생물학적 기능을 수행할 수 있는 효과가 있다.The three-dimensional artificial tubular scaffold provided herein has mechanical strength and flexibility suitable for implantation in vivo. Additionally, there is an effect of performing a biological function in addition to a physical function in vivo.

도 1-3은 인공 담도의 형성 과정을 그림으로 도시한 것이다.
도 1a는 MRI 데이터를 기반으로 표적 담도를 3D 설계한 결과이며, 도1b는 3D 모델 데이터에 따라 3D 프린팅하여 수용성 템플릿을 제조한 결과이며, 도2a는 3D 템플릿에 전기 방사하여 섬유층을 형성하는 과정을 도시한 것이며, 도2b는 염이 분산된 고분자 용액에 섬유층이 적층된 템플릿을 침지시켜 딥 코팅한 후 염 침출을 통해 다공성 폼층을 형성하는 과정을 도시한 것이다.
도3a-a는 최종 인공 스캐폴드의 전체 모양을 나타낸 것이고, 도3a-b는 섬유층, 융합층, 다공성 폼층으로 구성된 스캐폴드의 단면을 보여주는 결과이고, 도3a-c는 섬유층의 SEM 이미지, 도3a-d는 다공성 폼층의 SEM 이미지를 나타내는 것이다. 스케일 바는 A, 20 mm; B, 50 μm, C-D, 100 μm를 나타낸다. 도3b는 구김과 스트레칭(늘림)에 의한 복원력 테스트 결과를 나타낸 결과이며, 도3c는 섬유층과 섬유층 및 폼층으로 구성된 스캐폴드의 인장 테스트 결과를 나타낸다.
도 4-5는 hCdHs의 분화에 따른 담도 마커 유전자 발현 여부를 확인한 결과이다.
도4a는 실험디자인을 나타내는 것이고, 도4b는 위상차(위) 및 음성대조군으로 사용되는 미분화 hCdH와 비교하여 분화 유도 후 14일째 담도 마커 CK19/CTFR 및 CK7/AE2에 대한 이중 면역 형광 염색 이미지를 나타내는 것이고, 스케일 바는 검정색은 100 μm, 흰색은 50 μm를 나타낸다. 도4c는 분화 후 14일 때 담도 마커 유전자의 RT-qPCR 분석결과를 나타내는 것이고, 도5a는 담즙산 전달을 나타내는 플루오레세인 다이아세테이트의 분비를 나타내는 형광 이미지이다. 스케일 바는 100 μm를 나타낸다. 도5b는 인간 담낭 조직 (검은 색), hCdHs (파란색) 및 hCdH-Chols (빨간색)에서 전체 유전자 발현 프로파일의 히트맵 및 비지도 계층적 군집 분석 결과를 나타낸다.
도 6-7은 플랫디쉬와 섬유 스캐폴드에 시딩 및 배양된 hCdH의 담도 세포 분화를 비교한 결과이다.
도6a는 실험디자인을 나타내는 것이고, 도6b는 칼세인-AM (live, 그린) 및 프로피듐 요오드(PI)(dead, 레드)를 사용한 대표적인 위상차 및 live/dead 염색 이미지를 나타낸다. hCdH는 플랫디쉬와 섬유 스캐폴드에 시딩하고 담도 세포 분화 배지에서 14 일 동안 배양하였다. 스케일 바는 500 μm를 나타낸다. 도 7은 증식, 전구 및 담도세포 마커의 RT-qPCR 분석결과를 나타낸다. 비분화된 hCdH는 음성 대조군으로 사용되었고, GAPDH는 내부 대조군으로 사용되었다.
도8-9는 섬유의 구조에 따른 hCdH-Chols의 기능적 특성 차이를 나타내는 결과이다.
도8a는 나노 섬유로만 구성된 매트 및 나노, 마이크로 섬유 하이브리드 매트의 SEM 이미지를 나타내는 것이며, 스케일 바는 10 μm를 나타낸다. 도8b는 섬유 직경 분포를 나타내는 것이며, 도8c는 나노, 마이크로 섬유 하이브리드 매트(거친 매트) 내에서 보다 친밀한 세포 대 세포 및 세포 대 매트릭스 상호 작용을 보여주는 개략도를 도시한 것이다. 도9a는 14일동안 재프로그래밍 및 담도 세포 분화 배지에서 미세 또는 거친 매트에 시딩된 hCdHs 및 hCdH-Chols의 SEM 이미지를 나타내는 것이며, 스케일 바는 10 μm를 나타낸다. 도9b는 14일동안 재프로그래밍 및 담도 세포 분화 배지에서 미세 또는 거친 매트에서 배양된 hCdHs 및 hCdH-Chols에서 담도 마커 유전자 AE2, CFTR, AQP1 및 CK19의 RT-qPCR 분석결과를 나타낸 것이며, 도9c는 담도 마커 단백질 CK19/CFTR 및 CK7/AE2에 대한 이중 면역 형광 염색 이미지를 나타내며, 스케일 바는 50 μm를 나타낸다.
도10-11은 인공 담도내에서 hCdH가 부착되고 증식하고 담도 세포로 분화되는 것을 보여주는 결과이다.
도10a는 칼세인-AM으로 염색한 면역 형광 이미지를 나타내며, 스케일 바는 500μm를 나타낸다. 도10b는 14일 째에 담도 마커 CK19 (녹색), CFTR (빨간색)에 대한 이중 면역 형광 염색결과를 나타내며 스케일 바는 100μm를 나타낸다. 도11은 조밀하게 채워진 세포가 내부 섬유층에만 존재하고 외부 층에는 존재하지 않음을 보여주는 SEM이미지이다. 스케일 바는 200μm를 나타낸다.
도 12-13는 mCherry 면역형광, 수술 후 토끼의 상태 및 3D 인공 담도를 채우는 hCdH-Chols가 생체 내에서 담도 세포 계통 특이적 마커 단백질의 발현을 유지함을 나타낸다.
도 12a는 인공 담도에 시딩하기 전 hCdH의 bright 및 mCherry 형광 이미지를 나타낸다. 스케일바는 500μm를 나타낸다. 도 12b는 수술 후 1, 7, 14일째 토끼의 사진이다. 도 13a는 문합부위의 H&E 염색결과를 나타내며 스케일 바는 500μm를 나타낸다. 박스 영역은 토끼 담도와 3D 스캐폴드의 접점을 나타낸다. 도 13b는 mCherry(레드) 및 담도세포 마커 CK7(그린)의 이중 면역 형과 염색 결과 이미지를 나타낸다. 핵은 Hoechst로 대조염색되었다. 스케일 바는 50μm를 나타낸다.
도 14-15는 인공 담도의 생체 내 이식 결과를 나타내는 것이다.
도 14a는 실험 디자인을 나타내는 것이고, 도14b는 이식 직후 (왼쪽)와 수술 후 2주 (오른쪽)에 이식편과 네이티브 총담도 사이의 문합 부위 사진을 나타내는 것이다. 도15a는 14일째 토끼 간담도 트리의 MRI 이미지를 나타내며, 화살표는 문합 부위를 나타낸다. 도15b는 CK19 (녹색) 및 mCherry (빨간색) 항체를 사용하여 문합 부위에서 담관의 십이지장 및 간 쪽을 통한 섹션의 이중 면역 형광 염색한 결과이다. 흰색 점선은 천연 담관 (N.B)과 인공 담관 (A.B) 사이의 경계를 구분한다. 스케일 바는 250 μm를 나타낸다.
1-3 is a pictorial illustration of the formation process of the artificial biliary tract.
Figure 1a is a result of 3D design of a target bile duct based on MRI data, Figure 1b is a result of manufacturing a water-soluble template by 3D printing according to 3D model data, Figure 2a is a process of forming a fiber layer by electrospinning a 3D template 2b shows a process of forming a porous foam layer through salt leaching after immersing and dip-coating a template in which a fiber layer is laminated in a polymer solution in which salt is dispersed.
Figures 3a-a show the overall shape of the final artificial scaffold, Figures 3a-b are results showing the cross-section of the scaffold composed of a fiber layer, a fusion layer, and a porous foam layer, and Figures 3a-c are SEM images of the fiber layer. 3a-d show SEM images of the porous foam layer. Scale bars are A, 20 mm; B, 50 μm, CD, 100 μm. Figure 3b shows the results of a test for resilience by wrinkling and stretching (stretching), and Figure 3c shows the results of a tensile test of a scaffold composed of a fiber layer, a fiber layer, and a foam layer.
4-5 are results of confirming the expression of biliary tract marker genes according to the differentiation of hCdHs.
Fig. 4a shows the experimental design, and Fig. 4b shows double immunofluorescence staining images for the biliary tract markers CK19/CTFR and CK7/AE2 at day 14 after differentiation induction compared to phase contrast (top) and undifferentiated hCdH used as a negative control. The scale bar is 100 μm in black and 50 μm in white. Figure 4c shows the results of RT-qPCR analysis of the biliary marker gene at 14 days after differentiation, and Figure 5a is a fluorescence image showing secretion of fluorescein diacetate, which indicates bile acid transport. Scale bar represents 100 μm. Figure 5b shows heatmap and unmapped hierarchical clustering analysis results of global gene expression profiles in human gallbladder tissue (black), hCdHs (blue) and hCdH-Chols (red).
6-7 are comparison results of biliary cell differentiation of hCdH seeded and cultured on flat dishes and fibrous scaffolds.
Figure 6a shows the experimental design, and Figure 6b shows representative phase contrast and live/dead staining images using calcein-AM (live, green) and propidium iodide (PI) (dead, red). hCdH was seeded on flat dishes and fibrous scaffolds and cultured for 14 days in biliary cell differentiation medium. Scale bar represents 500 μm. Figure 7 shows the results of RT-qPCR analysis of proliferative, progenitor and biliary cell markers. Undifferentiated hCdH was used as a negative control and GAPDH was used as an internal control.
8-9 are results showing the difference in functional properties of hCdH-Chols according to the fiber structure.
8a shows SEM images of a mat composed only of nanofibers and a hybrid mat of nanofibers and microfibers, and the scale bar represents 10 μm. Figure 8b shows the fiber diameter distribution, and Figure 8c shows a schematic diagram showing more intimate cell-to-cell and cell-to-matrix interactions within the nano- and microfiber hybrid mat (rough mat). Figure 9a shows SEM images of hCdHs and hCdH-Chols seeded on fine or rough mats in reprogramming and biliary cell differentiation medium for 14 days, scale bars represent 10 μm. Figure 9b shows the results of RT-qPCR analysis of biliary marker genes AE2, CFTR, AQP1 and CK19 in hCdHs and hCdH-Chols cultured on fine or rough mats in reprogramming and biliary cell differentiation medium for 14 days. Double immunofluorescence staining images for the biliary marker proteins CK19/CFTR and CK7/AE2 are shown, and the scale bar represents 50 μm.
10 and 11 are results showing that hCdH adheres to, proliferates, and differentiates into biliary cells in the artificial bile duct.
Figure 10a shows an immunofluorescence image stained with calcein-AM, and the scale bar represents 500 μm. Figure 10b shows the results of double immunofluorescence staining for the biliary tract markers CK19 (green) and CFTR (red) at day 14, and the scale bar represents 100 μm. Fig. 11 is a SEM image showing that densely packed cells exist only in the inner fibrous layer and not in the outer layer. Scale bar represents 200 μm.
12-13 show mCherry immunofluorescence, conditions of rabbits after surgery and hCdH-Chols filling 3D artificial biliary tract maintain expression of biliary cell lineage specific marker proteins in vivo.
12A shows bright and mCherry fluorescence images of hCdH before seeding into artificial bile ducts. Scale bar represents 500 μm. 12B are photographs of rabbits on days 1, 7, and 14 after surgery. Figure 13a shows the results of H&E staining of the anastomotic region, and the scale bar represents 500 μm. The boxed area represents the junction of the rabbit biliary tract and the 3D scaffold. Figure 13b shows images of the double immunohistochemistry and staining results of mCherry (red) and biliary cell marker CK7 (green). Nuclei were counterstained with Hoechst. Scale bar represents 50 μm.
14 and 15 show results of in vivo implantation of an artificial biliary tract.
Fig. 14a shows the experimental design, and Fig. 14b shows photographs of the anastomosis site between the graft and the native common bile duct immediately after transplantation (left) and 2 weeks after surgery (right). Figure 15a shows an MRI image of a rabbit hepatobiliary tree at day 14, arrows indicate anastomosis sites. Figure 15b shows the results of double immunofluorescence staining of sections through the duodenal and hepatic sides of the bile duct at the anastomosis site using CK19 (green) and mCherry (red) antibodies. The white dotted line demarcates the border between the natural bile duct (NB) and the artificial bile duct (AB). Scale bar represents 250 μm.

종래 기술의 문제점Problems with the prior art

종래 생체 내 이식을 위한 인공 스캐폴드에 있어서, 생체 적합성 고분자 물질을 이용한 스캐폴드를 제조하기 위한 많은 연구들이 수행되어 왔다. 종래의 인공 스캐폴드들은 생체 적합성 고분자 용액을 제조한 후 전기 방사하여 섬유 형태로 층을 형성함을 통해 제조되었다. 그러나 섬유 형태는 끊어지기 쉬어 이식 수술 과정에 필요한 충분한 기계적 강도를 갖지 못한다는 문제가 존재하였다.In conventional artificial scaffolds for in vivo implantation, many studies have been conducted to prepare scaffolds using biocompatible polymeric materials. Conventional artificial scaffolds are prepared by preparing a biocompatible polymer solution and electrospinning to form a layer in the form of fibers. However, there was a problem in that the fiber shape was easily broken and did not have sufficient mechanical strength required for the transplant operation process.

또한, 종래 인공 스캐폴드는 물리적 특성의 문제점을 개선하기 위해 다양한 층의 구조를 가지도록 제조되었다. 그러나 종래 스캐폴드는 그 층 사이의 결합에 대한 내용을 개시하지 않고 있다. 따라서, 종래 스캐폴드는 스캐폴드 층이 분리될 수 있는 문제점을 내포하고 있다. 즉, 종래 스캐폴드는 스캐폴드 층 사이의 결합관계 부존재로 층 사이의 박리가 발생할 수 있는 문제점을 가지고 있다.In addition, conventional artificial scaffolds have been manufactured to have a structure of various layers in order to improve the problem of physical properties. However, conventional scaffolds do not disclose information about bonding between the layers. Therefore, the conventional scaffold has a problem that the scaffold layer can be separated. That is, the conventional scaffold has a problem in that separation between the layers may occur due to the absence of a bonding relationship between the scaffold layers.

마지막으로, 종래의 세포를 포함하는 인공 스캐폴드에 있어서, 세포를 인공 스캐폴드에 부착시키기 위한 많은 연구들이 수행되어 왔다. 그러나 종래의 스캐폴드는 세포 부착에 최적화된 “특정한” 섬유의 직경이나 기공의 크기를 찾는데 집중되어 왔다. 그러나, 특정한 섬유의 직경이나 기공의 크기는 스캐폴드 내에 동일한 공간의 크기를 제공하는데 그친다. 이러한 스캐폴드의 동일한 공간은 세포가 스캐폴드 내의 공간으로 자유롭게 침투하여 부착되는데 어려움을 준다. 즉, 종래의 스캐폴드는 세포가 다양한 공간을 통해 스캐폴드 구조 내의 공간으로 침투되어 부착되지 못하고, 스캐폴드 표면에 집중적으로 부착되는 문제점을 가진다. 이러한 문제점은 세포와 세포 및 세포와 매트릭스 간의 적절한 상호작용을 갖지 못하는 한계점을 가지게 된다.Lastly, for artificial scaffolds containing conventional cells, many studies have been conducted to attach cells to the artificial scaffold. However, conventional scaffolds have been focused on finding “specific” fiber diameters or pore sizes that are optimized for cell adhesion. However, the diameter or pore size of a specific fiber is limited to providing the same size of space in the scaffold. The same space of these scaffolds makes it difficult for cells to freely penetrate and attach to the space within the scaffold. That is, conventional scaffolds have a problem in that cells penetrate into and adhere to the space within the scaffold structure through various spaces and are intensively attached to the surface of the scaffold. This problem has a limitation in not having proper interactions between cells and cells and between cells and matrices.

본 명세서는 상기 문제점들을 해결하기 위한 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 및 그 제조방법에 대해 개시한다.The present specification discloses a three-dimensional artificial tubular scaffold and a manufacturing method thereof to solve the above problems.

삼차원 인공 튜브형 스캐폴드의 구성Construction of a three-dimensional artificial tubular scaffold

일반적으로, 생체 내 이식을 위한 튜브형 스캐폴드의 경우 용액의 흐름에 따른 압력을 견디고, 생체 내 이식 후 움직임에 의한 스캐폴드의 손상을 방지하기 위해 적절한 유연성을 가져야 한다. 또한, 이식 수술 과정에서의 봉합에 의한 찢어짐을 방지하기 위해 적절한 기계적 강도를 가져야 한다. In general, in the case of a tubular scaffold for in vivo implantation, it must have appropriate flexibility to withstand pressure due to the flow of a solution and prevent damage to the scaffold due to movement after implantation in vivo. In addition, it should have adequate mechanical strength to prevent tearing caused by sutures during transplant surgery.

추가적으로, 세포가 부착되어 있는 스캐폴드의 경우 스캐폴드에 부착된 세포가 생체 내에서 증식, 분화되면서 생물학적 기능을 수행할 수 있도록 적절한 환경을 제공하여야 한다. Additionally, in the case of a scaffold to which cells are attached, an appropriate environment must be provided so that the cells attached to the scaffold can perform biological functions while proliferating and differentiating in vivo.

본 명세서에서는 일 태양으로 위와 같은 적절한 유연성, 기계적 강도 및 세포가 생물학적 기능을 수행할 수 있는 적절한 환경을 가지는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드를 제공한다. 상기 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 섬유층, 융합층, 다공성 폼층을 포함한다. In one aspect, the present specification provides a three-dimensional artificial tubular scaffold having appropriate flexibility, mechanical strength, and an appropriate environment in which cells can perform biological functions. The three-dimensional artificial tubular scaffold includes a fiber layer, a fusion layer, and a porous foam layer.

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 섬유층을 포함한다. The three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein includes a fibrous layer.

상기 섬유층은 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드의 가장 안쪽에 위치하며, 생분해성 고분자 물질로 이루어진 섬유를 포함한다. 상기 섬유층은 다양한 직경을 가지는 섬유로 구성된다. 일 실시예로 상기 섬유층은 나노스케일의 직경을 가지는 섬유와 마이크로스케일의 직경을 가지는 섬유를 함께 포함한다. 바람직한 실시예로 상기 섬유층은 1μm미만의 직경을 가지는 섬유와 1μm이상의 직경을 가지는 섬유를 함께 포함한다. 이러한 섬유 구성은 섬유층 내에 보다 다양한 크기의 공간을 제공한다. 종래의 스캐폴드는 일관된 크기의 공간을 제공하여 세포가 스캐폴드의 표면에 집중적으로 부착되는 형태로 이용되어져 왔다. 그러나, 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 내의 섬유층은 다양한 크기의 공간을 가지기 때문에 세포가 섬유층 내에 보다 깊숙이 침투하여 부착되는 특징을 가진다. The fiber layer is located at the innermost part of the three-dimensional artificial tubular scaffold and includes fibers made of a biodegradable polymer material. The fiber layer is composed of fibers having various diameters. In one embodiment, the fiber layer includes fibers having nanoscale diameters and fibers having microscale diameters. In a preferred embodiment, the fibrous layer includes both fibers having a diameter of less than 1 μm and fibers having a diameter of 1 μm or more. This fiber configuration provides more variable sized spaces within the fibrous layer. Conventional scaffolds have been used in a form in which cells are intensively attached to the surface of the scaffold by providing a space of a consistent size. However, since the fibrous layer in the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein has spaces of various sizes, cells penetrate more deeply into the fibrous layer and are attached thereto.

도8-9에 따르면, 나노 스케일 섬유로만 이루어진 섬유층에서는 세포가 표면에서 생존하지만, 나노 스케일 섬유와 마이크로 스케일 섬유가 함께 존재하는 섬유층에서는 세포가 스캐폴드 내에서 세포 집단을 형성하며 생존함을 확인할 수 있다. 또한, 이러한 특징으로 인해 세포와 세포 및 세포와 매트릭스간의 상호작용이 개선되며 세포의 분화 효율을 향상시키는 효과를 가질 수 있다.8-9, it can be seen that cells survive on the surface in the fibrous layer composed of only nanoscale fibers, but cells form a cell population in the scaffold and survive in the fibrous layer in which both nanoscale and microscale fibers exist. there is. In addition, due to these characteristics, interactions between cells and cells and between cells and matrices may be improved, and the differentiation efficiency of cells may be improved.

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 다공성 폼층을 포함한다.The three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein includes a porous foam layer.

다공성 폼층은 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드의 가장 바깥쪽에 위치하며, 생체적합성 고분자 물질로 이루어져 있다. 상기 다공성 폼층은 하나 이상의 기공을 포함한다. 본 명세서에 개시된 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 다공성 폼층에 존재하는 그 기공들로 인해 유연성의 특성을 가진다. 상기 기공은 그 크기에 따라 스캐폴드의 기계적 강도와 유연성에 영향을 미칠 수 있다. 이 때, 생체 내 이식에 적합한 기계적 강도와 유연성을 가지기 위해 기공의 크기가 조절될 수 있다. The porous foam layer is located on the outermost side of the three-dimensional artificial tubular scaffold and is made of a biocompatible polymer material. The porous foam layer includes one or more pores. The three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein has flexibility due to the pores present in the porous foam layer. Depending on the size of the pores, the mechanical strength and flexibility of the scaffold may be affected. At this time, the size of the pore can be adjusted to have mechanical strength and flexibility suitable for in vivo transplantation.

일 실시예로 기공은 약 1~100μm이다. 일 실시예로 기공의 크기는 약 10~90μm이다. 일 실시예로 기공의 크기는 약 20~80μm이다. 일 실시예로 기공의 크기는 약 30~70μm이다. 일 실시예로 기공의 크기는 약 40~60μm이다. 바람직한 실시예로 기공의 크기는 약 50μm이다.In one embodiment, the pores are about 1 to 100 μm. In one embodiment, the pore size is about 10 to 90 μm. In one embodiment, the pore size is about 20 to 80 μm. In one embodiment, the pore size is about 30 to 70 μm. In one embodiment, the size of the pores is about 40 to 60 μm. In a preferred embodiment, the pore size is about 50 μm.

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 섬유층에 더하여 다공성 폼층이 함께 존재하는 특징을 가진다. 통상적으로, 섬유는 끊어지고 부서지기 쉬운 성질을 가지고 있기 때문에 섬유층만 포함하는 스캐폴드는 이식을 위한 인공 튜브형 스캐폴드에 적절한 기계적 강도를 갖지 못한다. 그러나, 본 명세서의 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 섬유층 및 다공성 폼층을 함께 포함함으로써 높은 기계적 강도를 가진다. 상기 다공성 폼층은 끊어지고 부서지기 쉬운 섬유층을 구조적으로 지지하여 스캐폴드의 기계적 강도를 높이는 기능을 한다. 이에 따라 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 생체 내 이식에 적합한 기계적 강도를 가진다. 도 3b에 따르면, 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 생체 내 이식 수술 과정의 물리적 조작을 견딜 수 있는 기계적 강도를 가진다.The three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein is characterized in that a porous foam layer is present in addition to the fibrous layer. Typically, scaffolds containing only fibrous layers do not have adequate mechanical strength for artificial tubular scaffolds for implantation, because fibers tend to break and become brittle. However, the three-dimensional artificial tubular scaffold of the present specification has high mechanical strength by including a fibrous layer and a porous foam layer together. The porous foam layer serves to structurally support the broken and brittle fibrous layer to increase the mechanical strength of the scaffold. Accordingly, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein has mechanical strength suitable for in vivo implantation. According to FIG. 3B, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein has mechanical strength capable of withstanding the physical manipulation of an in vivo implantation procedure.

또한, 다공성 폼층은 섬유층만 존재하는 스캐폴드보다 그 유연성의 정도가 증가되는 특징을 가진다. 도3c에 따르면, 섬유층과 다공성 폼층으로 구성된 것이 섬유층만으로 구성된 것보다 낮은 탄성 계수와 긴 파단 연신율로 더 큰 유연성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. In addition, the porous foam layer has a characteristic that the degree of flexibility is increased compared to the scaffold having only the fibrous layer. According to FIG. 3c, it can be seen that the case composed of the fiber layer and the porous foam layer exhibits greater flexibility with a lower modulus of elasticity and long elongation at break than the case composed only of the fiber layer.

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 융합층을 포함한다.The three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein includes a fusion layer.

융합층은 섬유층과 다공성 폼층 사이에 위치하며, 다공성 폼층을 이루는 생체적합성 고분자 물질이 섬유층의 섬유 사이로 삽입 되어있는 형태로 존재한다. The fusion layer is located between the fiber layer and the porous foam layer, and exists in a form in which a biocompatible polymer material constituting the porous foam layer is inserted between the fibers of the fiber layer.

상기 융합층은 섬유층과 다공성 폼층을 서로 견고하게 결합시키는 기능을 가진다. 이에 따라, 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 섬유층과 다공성 폼층이 함께 존재함에 따라 기계적 강도와 유연성이 증가되는 효과를 가지면서도 두 층 사이의 박리 발생이 방지되는 효과도 함께 가진다. 스캐폴드 제조를 위해 각 층을 단순히 쌓는 것은 층 사이의 결합이 견고하지 않아 각 층이 분리되는 박리현상이 발생할 수 있다. 그러나 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 섬유층과 다공성 폼층이 융합되어 있는 융합층의 존재로 층 사이의 결합이 견고하여 각 층의 분리없이 하나의 스캐폴드로 기능을 수행할 수 있다.The fusion layer has a function of firmly bonding the fiber layer and the porous foam layer to each other. Accordingly, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein has an effect of increasing mechanical strength and flexibility as the fibrous layer and the porous foam layer exist together, and also has an effect of preventing peeling between the two layers. Simply stacking each layer for scaffold manufacturing may cause peeling of each layer because the bonding between the layers is not strong. However, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein has a fusion layer in which a fibrous layer and a porous foam layer are fused, so that the bonding between the layers is strong, so that it can function as a single scaffold without separation of each layer.

삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 재료Three-dimensional artificial tubular scaffold materials

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드에서 섬유층은 생분해성 고분자 물질로 이루어진다. In the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein, the fibrous layer is made of a biodegradable polymer material.

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드에서 세포가 시딩되어있는 섬유층은 생체 내에 스캐폴드가 이식된 후 스스로 분해될 수 있어야 한다. 일 실시예로, 스캐폴드가 생체 내에 이식된 후, 세포가 자라 조직이 복원된 후에 섬유층이 스스로 분해되어 소멸될 수 있도록 섬유층은 생분해성 고분자 물질로 이루어진다. 상기 생분해성 고분자 물질은 polycaprolactone, polyL-lactic acid, polycarprolaction-co-lactide으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다. 일 실시예는 polycarprolactone(PCL)이다.In the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein, the fibrous layer in which cells are seeded must be self-degradable after the scaffold is implanted in vivo. In one embodiment, the fibrous layer is made of a biodegradable polymer material so that the fibrous layer self-decomposes and disappears after the scaffold is transplanted into a living body, cells grow and tissue is restored. The biodegradable polymeric material may be at least one selected from the group consisting of polycaprolactone, polyL-lactic acid, and polycarprolaction-co-lactide. However, it is not limited thereto. One example is polycarprolactone (PCL).

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드에서 다공성 폼층은 생체적합성 고분자 물질로 이루어진다. In the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein, the porous foam layer is made of a biocompatible polymer material.

본 명세서에 개시하는 스캐폴드의 다공성 폼층은 생체 내 이식된 후 물리적 기능을 지속적으로 수행해야 하므로 생체 내에서 스스로 분해, 소멸되지 않아야 한다. 일 실시예로 본 명세서에 개시된 스캐폴드의 다공성 폼층은 비분해성 고분자로 이루어진다. 또한, 본 명세서에 개시된 스캐폴드는 생체 내 이식을 위한 것이므로 다공성 폼층은 생체적합성 고분자 물질로 이루어진다. 상기 생체 적합성, 비분해성 고분자 물질은 polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, poly(ethylene terephthalate), poly(methyl methacrylate), poly(2-hydroxyethyl methacrylate), poly(N-isopropylacrylamide), polysiloxane, polyurethanes으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다. 일 실시예는 폴리우레탄(polyurethanes)이다.Since the porous foam layer of the scaffold disclosed herein must continuously perform physical functions after being implanted in vivo, it must not self-decompose or disappear in vivo. In one embodiment, the porous foam layer of the scaffold disclosed herein is made of a non-degradable polymer. In addition, since the scaffold disclosed herein is for implantation in vivo, the porous foam layer is made of a biocompatible polymer material. The biocompatible, non-degradable polymeric material is selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, poly(ethylene terephthalate), poly(methyl methacrylate), poly(2-hydroxyethyl methacrylate), poly(N-isopropylacrylamide), polysiloxane, and polyurethanes can be more than one. However, it is not limited thereto. One example is polyurethanes.

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 섬유층에 하나 이상의 세포를 포함한다. The three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein includes one or more cells in a fibrous layer.

본 명세서에서 개시하는 스캐폴드는 생체 내에 이식되어 물리적 기능뿐만 아니라 생물학적 기능을 수행하기 위해 섬유층에 하나 이상의 세포를 포함한다.The scaffold disclosed herein includes one or more cells in a fibrous layer to perform physical as well as biological functions when implanted in a living body.

상기 세포는 이식 대상과 이종 세포, 동종 세포 또는 자가 세포일 수 있다. 일 실시예로 상기 세포는 이식 대상의 자가 세포일 수 있다. 본 명세서의 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드가 이식 대상의 자가 세포를 포함하는 경우, 상기 스캐폴드는 이식 대상에게 이식된 후 생체 내에서 빠르게 적응하며 기능을 수행할 수 있다.The cells may be cells of a transplant target and foreign cells, allogeneic cells, or autologous cells. In one embodiment, the cells may be autologous cells of a transplant target. When the three-dimensional artificial tubular scaffold of the present specification includes autologous cells of a transplant target, the scaffold can quickly adapt and perform functions in vivo after being transplanted to a transplant target.

상기 세포는 줄기 세포 또는 분화 세포일 수 있다. 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드가 줄기세포를 포함하는 경우, 상기 줄기세포는 생체 내 이식 부위 주변의 세포 신호에 따라 특정 조직으로 분화하여 스캐폴드가 생체 내에서 생물학적 기능을 수행할 수 있도록 한다. 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드가 분화 세포를 포함하는 경우, 상기 분화 세포는 스캐폴드의 이식 부위에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 일 실시예로 상기 세포는 배아 줄기 세포, 유도 만능 줄기 세포, 중간엽 줄기 세포, 태반 줄기 세포, 역분화 줄기 세포, 내피 세포, 상피 세포, 피부 세포, 내배엽 세포, 중배엽 세포, 섬유아 세포, 골세포, 연골세포, 간세포, 간 전구세포, 담도 세포, 췌장 세포 등으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다. 일 실시예는 담도 세포이다. 일 실시예는 간 전구세포이다. The cells may be stem cells or differentiated cells. When the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein includes stem cells, the stem cells differentiate into specific tissues according to cell signals around the implantation site in vivo so that the scaffold can perform biological functions in vivo. do. When the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein includes differentiated cells, the differentiated cells may be appropriately selected depending on the transplantation site of the scaffold. In one embodiment, the cells are embryonic stem cells, induced pluripotent stem cells, mesenchymal stem cells, placental stem cells, dedifferentiated stem cells, endothelial cells, epithelial cells, skin cells, endoderm cells, mesenchymal cells, fibroblasts, bone It may be any one or more selected from the group consisting of cells, chondrocytes, hepatocytes, liver progenitor cells, biliary tract cells, pancreatic cells, and the like. However, it is not limited thereto. One example is a biliary tract cell. One example is liver progenitor cells.

일 실시예로 상기 세포는 이식 대상으로부터 추출 후 리프로그래밍한 세포일 수 있다. 일 실시예로 상기 세포는 이식 대상으로부터 추출하여 리프로그래밍 후 분화시킨 세포일 수 있다. 일 실시예로 상기 세포는 성인 인간 간세포를 리프로그래밍한 간 전구세포일 수 있다. 일 실시예로 상기 세포는 성인 인간 간세포를 리프로그래밍한 간 전구세포로부터 분화된 담도 세포일 수 있다. 일 실시예로 상기 세포는 HGF, A83-01 및 CHIR99021를 포함하는 인간 성체 간세포의 간 전구세포로의 리프로그래밍 배지 조성물에 의해 리프로그래밍 된 간 전구세포일 수 있다. 일 실시예로 상기 세포는 HGF, A83-01 및 CHIR99021를 포함하는 인간 성체 간세포의 간 전구세포로의 리프로그래밍 배지 조성물에 의해 리프로그래밍 된 간 전구세포로부터 분화된 담도세포일 수 있다. In one embodiment, the cells may be reprogrammed cells extracted from a transplant target. In one embodiment, the cells may be cells extracted from a transplant target and differentiated after reprogramming. In one embodiment, the cells may be liver progenitor cells reprogrammed from adult human hepatocytes. In one embodiment, the cells may be biliary cells differentiated from liver progenitor cells reprogrammed from adult human hepatocytes. In one embodiment, the cells may be hepatic progenitor cells reprogrammed by a reprogramming medium composition containing HGF, A83-01 and CHIR99021 from human adult hepatocytes to hepatic progenitor cells. In one embodiment, the cells may be biliary cells differentiated from hepatic progenitor cells reprogrammed by a medium composition for reprogramming human adult hepatocytes into hepatic progenitor cells including HGF, A83-01 and CHIR99021.

삼차원 인공 튜브형 스캐폴드의 기능Functions of 3D artificial tubular scaffolds

생체 내에서 물리적 기능 수행Performing physical functions in vivo

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 생체 내에서 결함 있는 장기를 대체하여 물리적 기능을 수행할 수 있다. 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 적절한 기계적 강도와 유연성으로 인해 생체 내에 이식되어 생체 내 물질이 정상적인 흐름을 유지하도록 기능할 수 있다. 일 실시예로 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 담즙이 정상적인 흐름을 갖도록 기능할 수 있다.The three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein can perform physical functions by replacing defective organs in vivo. The three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed in this specification can be implanted into a living body due to its appropriate mechanical strength and flexibility and function to maintain a normal flow of materials in the living body. In one embodiment, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein may function to have a normal flow of bile.

생체 내에서 생물학적 기능 수행Performing biological functions in vivo

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 세포가 부착되어 생체 내에 이식된 후 생물학적 기능을 수행할 수 있다. 인공 스캐폴드에 부착된 세포가 생체 내에서 증식, 분화되면서 생물학적 기능을 수행하여 스캐폴드가 생체 내에서 잘 기능할 수 있도록 돕는 역할을 수행할 수 있다. 일 실시예로 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 세포의 부착, 증식, 분화를 위한 환경을 제공하여 생체 내에서 조직이 재생되도록 하는 기능을 수행할 수 있다. 일 실시예로 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 담도 조직이 재생되도록 하는 기능을 수행할 수 있다. The three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein can perform biological functions after cells are attached and transplanted into a living body. Cells attached to the artificial scaffold perform biological functions while proliferating and differentiating in vivo, thereby helping the scaffold to function well in vivo. In one embodiment, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein provides an environment for attachment, proliferation, and differentiation of cells to perform a function of tissue regeneration in vivo. In one embodiment, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein may perform a function of regenerating bile duct tissue.

삼차원 인공 튜브형 스캐폴드의 용도Uses of three-dimensional artificial tubular scaffolds

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 치료 목적 또는 실험 목적으로 사용될 수 있다. 단, 치료 목적 또는 실험 목적에 제한되지 않고, 이 외에 적합한 용도에 따라 사용될 수 있다.The three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein may be used for therapeutic or experimental purposes. However, it is not limited to therapeutic or experimental purposes, and may be used for other suitable purposes.

치료 용도therapeutic use

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 이식을 필요로 하는 대상에게 이식될 수 있다. 일 실시예로, 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 이식을 필요로 하는 동물에게 사용될 수 있다. 일 실시예로 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 이식을 필요로 하는 인간에게 사용될 수 있다.The three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein can be implanted into a subject in need of implantation. In one embodiment, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein may be used for an animal in need of transplantation. In one embodiment, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein may be used for a human in need of transplantation.

일 실시예로, 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 생체 내 이식을 위한 기관 또는 장기로 제공될 수 있다. 구체적으로, 생체 내의 기관 또는 장기가 손상되거나 그 기능에 결함이 있어 그 기관 또는 장기를 대체하는 것이 필요할 때 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드가 사용될 수 있다. 일 실시예로 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 생체 내의 튜브형 기관 또는 장기를 대체하는데 사용될 수 있다. 일 실시예로 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 기관(trachea), 담도, 식도, 혈관 등을 대체하는데 사용될 수 있다. 일 실시예로, 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 생체 내 담도를 대체하는데 사용될 수 있다.In one embodiment, the three-dimensional artificial tubular scaffold may be provided as an organ or organ for in vivo transplantation. Specifically, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein can be used when an organ or organ in a living body is damaged or its function is defective and it is necessary to replace the organ or organ. In one embodiment, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein may be used to replace a tubular organ or organ in a living body. In one embodiment, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein can be used to replace trachea, bile duct, esophagus, blood vessel, and the like. In one embodiment, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein can be used to replace the biliary tract in vivo.

실험 용도Experiment use

일 실시예로, 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 실험 용도로 사용될 수 있다. 일 실시예로, 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 비인간 동물에 이식될 수 있고, 이식한 비인간 동물과 이식하지 않은 비인간 동물을 비교하여 이식의 효과를 평가하는데 사용될 수 있다.As an example, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein may be used for experimental purposes. In one embodiment, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein may be implanted into a non-human animal, and the implanted non-human animal may be compared with an unimplanted non-human animal to evaluate the transplantation effect.

삼차원 인공 튜브형 스캐폴드의 특징 Characteristics of the 3D artificial tubular scaffold

첫번째로, 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 섬유층 및 다공성 폼층을 가진다.First, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein has a fiber layer and a porous foam layer.

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드의 다공성 폼층은 구조적 유연성을 유지하면서 깨지기 쉬운 섬유층을 기계적으로 지지할 수 있다. 또한, 상기 다공성 폼층은 하나 이상의 기공을 포함하며 다공성 폼층에 존재하는 기공들은 스캐폴드가 구조적 유연성을 가지도록 한다. 즉, 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 생체 내 이식에 적합한 기계적 강도 및 유연성을 가진다.The porous foam layer of the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein can mechanically support the fragile fibrous layer while maintaining structural flexibility. In addition, the porous foam layer includes one or more pores, and the pores present in the porous foam layer allow the scaffold to have structural flexibility. That is, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein has mechanical strength and flexibility suitable for in vivo implantation.

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 섬유층 및 다공성 폼층이 함께 존재함으로 인해 적절한 기계적 강도와 유연성을 가지므로 스캐폴드의 두께를 적절하게 제조할 수 있다. 일반적으로, 스캐폴드의 기계적 강도를 높이기 위해 스캐폴드의 두께를 두껍게 제조하는 방법이 사용되는데 본 명세서의 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 적절한 두께를 가지면서도 충분한 기계적 강도와 유연성을 가진다. 일 실시예로, 본 명세서의 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드의 두께는 약 600마이크로미터 미만이다. 일 실시예로, 두께는 약 550마이크로미터 미만이다. 일 실시예로, 두께는 약 500마이크로미터 미만이다. 바람직한 실시예로 두께는 약 440마이크로미터 이상 470마이크로미터 미만이다.The three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein has appropriate mechanical strength and flexibility due to the presence of the fibrous layer and the porous foam layer, so that the thickness of the scaffold can be appropriately manufactured. In general, in order to increase the mechanical strength of the scaffold, a method of making the scaffold thick is used. The three-dimensional artificial tubular scaffold of the present specification has sufficient mechanical strength and flexibility while having an appropriate thickness. In one embodiment, the thickness of the three-dimensional artificial tubular scaffold of the present disclosure is less than about 600 micrometers. In one embodiment, the thickness is less than about 550 micrometers. In one embodiment, the thickness is less than about 500 micrometers. In a preferred embodiment, the thickness is greater than about 440 micrometers and less than 470 micrometers.

두번째로, 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 융합층이 존재한다.Second, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein has a fusion layer.

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 섬유층과 다공성 폼층 사이에 융합층이 존재하는 특징을 가진다. 상기 융합층은 다공성 폼층을 구성하는 생체 적합성 고분자 물질이 섬유층의 섬유 사이에 삽입되어 있는 형태로 존재한다. 상기 융합층은 섬유층과 다공성 폼층 사이의 결합을 견고하게 하는 역할을 한다. 상기 융합층은 섬유층과 다공성 폼층 사이의 박리 발생을 방지하여 스캐폴드의 층 구조가 분리되지 않고 하나의 스캐폴드로 기능을 수행할 수 있도록 하는 역할을 한다.The three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein is characterized in that a fusion layer exists between a fiber layer and a porous foam layer. The fusion layer exists in a form in which a biocompatible polymer material constituting the porous foam layer is inserted between the fibers of the fibrous layer. The fusion layer serves to strengthen the bond between the fiber layer and the porous foam layer. The fusion layer serves to prevent separation between the fibrous layer and the porous foam layer so that the layer structure of the scaffold can function as one scaffold without being separated.

세번째로 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 섬유층 내에 다양한 직경의 섬유를 포함한다.Thirdly, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein includes fibers of various diameters in a fibrous layer.

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 섬유층을 구성하는 섬유의 직경이 다양화되어 있는 것을 특징으로 한다. 서로 다른 직경의 섬유가 함께 포함되어 있는 섬유층은 섬유층 내 공간의 크기를 다양하게 하는 역할을 한다. 상기 섬유층 내의 공간은 세포가 섬유층 구조 내로 자유롭게 침투하여 부착되게 하는 역할을 한다. 상기 섬유층 내의 공간은 세포 대 세포 및 세포 대 스캐폴드 상호작용을 증가시키는 역할을 한다. 또한, 나노 스케일 섬유와 마이크로 스케일 섬유가 함께 존재하는 섬유층은 다공성을 증가시켜 세포의 분화 효율을 크게 향상시키는 특징을 가진다.The three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein is characterized in that the diameters of the fibers constituting the fibrous layer are diversified. The fiber layer containing fibers of different diameters serves to vary the size of the space within the fiber layer. Spaces within the fibrous layer serve to allow cells to freely penetrate and adhere to the fibrous layer structure. Spaces within the fibrous layer serve to increase cell-to-cell and cell-to-scaffold interactions. In addition, the fibrous layer in which nano-scale fibers and micro-scale fibers coexist has a feature of greatly improving cell differentiation efficiency by increasing porosity.

마지막으로, 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 생물학적 기능을 수행할 수 있도록 섬유층에 하나 이상의 세포를 포함한다. Finally, the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein includes one or more cells in the fibrous layer to perform biological functions.

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 섬유층에 하나 이상의 세포를 포함한다. 상기 세포는 스캐폴드 내의 섬유층에 부착되어 증식, 분화될 수 있다. 상기 세포는 스캐폴드가 생체 내에 이식된 후 생물학적 기능을 수행할 수 있다. 상기 세포는 스캐폴드가 생체 내에 이식된 후 생체 내에서 조직이 재생될 수 있도록 기능할 수 있다. The three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein includes one or more cells in a fibrous layer. The cells can proliferate and differentiate by being attached to the fibrous layer in the scaffold. The cells can perform biological functions after the scaffold is implanted in vivo. The cells can function to regenerate tissues in vivo after the scaffold is implanted in vivo.

삼차원 인공 튜브형 스캐폴드의 제조방법Manufacturing method of three-dimensional artificial tubular scaffold

본 명세서는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드의 제조방법을 제공한다. 본 명세서에서 개시하는 제조방법은 아래의 단계를 포함할 수 있다.The present specification provides a method for manufacturing a three-dimensional artificial tubular scaffold. The manufacturing method disclosed herein may include the following steps.

상기 방법은 일 예로서, As an example, the method

(a) 수용성 고분자 물질을 이용하여 튜브형 3D 템플릿을 제조하는 단계;(a) preparing a tubular 3D template using a water-soluble polymer;

(b) 생분해성 고분자 물질을 섬유형태로 튜브형 3D 템플릿 위에 전기방사하는 단계;(b) electrospinning a biodegradable polymer material in the form of fibers onto a tubular 3D template;

(c) (b)단계에서 만들어진 물질을 염이 분산되어 있는 생체적합성 고분자 용액에 침지하는 단계;(c) immersing the material made in step (b) in a biocompatible polymer solution in which salt is dispersed;

(d) (c)단계에서 만들어진 물질을 건조 후 물에 침지시키는 단계; 및(d) immersing the material made in step (c) in water after drying; and

(e) 섬유층에 세포를 시딩하는 단계.(e) seeding the cells into the fibrous layer.

추가의 예로, 상기 제조방법은 (a),(b) 단계 사이에 3D 템플릿의 표면 처리 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.As a further example, the manufacturing method may additionally include a surface treatment step of the 3D template between steps (a) and (b).

추가의 예로, 상기 제조방법은 (d)단계 이후 섬유층에 세포를 시딩하기 전 준비 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.As a further example, the manufacturing method may additionally include a preparation step before seeding the cells on the fibrous layer after step (d).

이하 각 단계에 대해 구체적으로 기술한다.Each step is described in detail below.

수용성 고분자 물질로 튜브형 3D 템플릿을 제조하는 단계Manufacturing a tubular 3D template with a water-soluble polymer material

이식에 적합한 스캐폴드 구조를 제조하기 위해 수용성 고분자 물질로 3D 템플릿을 제조할 수 있다. 3D templates can be fabricated from water-soluble polymeric materials to prepare scaffold structures suitable for implantation.

3D 템플릿은 이식 기관 또는 장기의 구조에 적합한 형틀을 제작한 후 이를 이용하여 제조되거나 또는 3D 프린팅 방법에 따라 제조될 수 있다. 일 실시예로 3D 템플릿은 3D 프린팅 방법에 따라 제조될 수 있다.The 3D template may be manufactured using a mold suitable for a transplanted organ or structure of the organ, and then manufactured using the same, or may be manufactured according to a 3D printing method. In one embodiment, the 3D template may be manufactured according to a 3D printing method.

3D 템플릿은 디자인 데이터를 사용하여 3D 프린팅 방법에 따라 제조될 수 있다. 3D 템플릿은 2D 디자인 데이터 또는 3D 디자인 데이터를 사용하여 3D 프린팅 방법에 따라 제조될 수 있다. 일 실시예로 3D 템플릿은 자기 공명 영상 데이터(MRI)를 사용하여 3D 프린팅 방법에 따라 제조될 수 있다. 일 실시예로 3D 템플릿은 자기 공명 영상 데이터를 기반으로 한 CAD(computer-Aided design)을 사용하여 3D 프린팅 방법에 따라 제조될 수 있다. A 3D template can be manufactured according to a 3D printing method using design data. The 3D template may be manufactured according to a 3D printing method using 2D design data or 3D design data. In one embodiment, the 3D template may be manufactured according to a 3D printing method using magnetic resonance image data (MRI). In one embodiment, the 3D template may be manufactured according to a 3D printing method using computer-aided design (CAD) based on magnetic resonance image data.

3D 템플릿은 광중합방식, 재료 분사 방식, 결합제 분사 방식, 재료 압출 방식, 분말 융접 방식, 판재 적층 방식, 또는 방향성 에너지 침착 방식에 따라 3D 프린팅 되어 제조될 수 있다. 일 실시예로 3D 템플릿은 재료 압출 방식에 따라 3D 프린팅 되어 제조될 수 있다. The 3D template may be manufactured by 3D printing according to a photopolymerization method, a material injection method, a binder injection method, a material extrusion method, a powder fusion method, a plate stacking method, or a directional energy deposition method. In one embodiment, the 3D template may be manufactured by 3D printing according to a material extrusion method.

3D 템플릿 제조에는 수용성 고분자 물질을 사용한다. 3D 템플릿 제조에 사용될 수 있는 수용성 고분자 물질은 PVA(polyvinyl alcohol), PVP(polyvinyl pyrrolidone), PEO(polyethylene oxide), CMC(carboxyl methyl cellulose), 전분(starch), PAA(polyacrylic acid) 및 히알루론산(Hyaluronic acid)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다. 일 실시예로, 상기 수용성 고분자 물질은 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)이다. A water-soluble polymer material is used to manufacture the 3D template. Water-soluble polymer materials that can be used for manufacturing 3D templates include polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyethylene oxide (PEO), carboxyl methyl cellulose (CMC), starch, polyacrylic acid (PAA), and hyaluronic acid (PAA). Hyaluronic acid) may be any one or more selected from the group consisting of. However, it is not limited thereto. In one embodiment, the water-soluble polymer material is polyvinyl alcohol.

3D 템플릿 제조를 위해 적절한 3D 프린터 노즐 내경, 노즐 온도 및 적층 두께를 설정할 수 있다. 일 실시예로 노즐 내경, 노즐 온도 및 적층 두께는 각각 약 0.1~0.4mm, 150~190℃및 0.05~0.25mm이다. 일 실시예로 노즐 내경, 노즐 온도 및 적층 두께는 각각 약 0.2~0.3mm, 160~180℃및 0.1~0.2mm이다. 일 실시예로 노즐 내경, 노즐 온도 및 적층 두께는 각각 약 0.25mm, 170℃및 0.15mm이다.An appropriate 3D printer nozzle inner diameter, nozzle temperature, and layer thickness can be set for 3D template manufacturing. In one embodiment, the nozzle inner diameter, the nozzle temperature, and the layer thickness are about 0.1 to 0.4 mm, 150 to 190 ° C, and 0.05 to 0.25 mm, respectively. In one embodiment, the nozzle inner diameter, the nozzle temperature, and the layer thickness are about 0.2 to 0.3 mm, 160 to 180 ° C, and 0.1 to 0.2 mm, respectively. In one embodiment, the nozzle inner diameter, nozzle temperature, and laminate thickness are about 0.25 mm, 170° C., and 0.15 mm, respectively.

3D 템플릿의 표면 처리 단계Surface treatment steps for 3D templates

상기 제조된 3D 템플릿의 표면을 매끄럽게 하는 단계를 선택적으로 수행할 수 있다. 3D 템플릿의 표면을 매끄럽게 하기 위해 물리적인 방법 또는 화학적인 방법이 사용될 수 있다. 3D 템플릿의 표면을 매끄럽게 하기 위해 기계적 가공, 초음파 가공, 레이저 가공, 방전 가공, 전해 가공 방법 등이 사용될 수 있다. 일 실시예로 3D 템플릿의 표면을 매끄럽게 하기 위해 초음파 가공 방법이 사용된다. The step of smoothing the surface of the prepared 3D template may be selectively performed. Physical or chemical methods may be used to smooth the surface of the 3D template. In order to smooth the surface of the 3D template, mechanical processing, ultrasonic processing, laser processing, electric discharge processing, electrolytic processing, etc. may be used. In one embodiment, an ultrasonic machining method is used to smooth the surface of the 3D template.

예를 들어, 3D 템플릿의 표면을 매끄럽게 하기 위해 증류수에 템플릿을 침지시킨 후 초음파 처리할 수 있다. 이 때, 증류수는 약 40~60℃구체적인 실시예로, 증류수는 약 50℃이다. 또한, 상기 템플릿을 증류수에 침지시키는 시간은 약 30초에서 2분이다. 일 실시예로 템플릿을 증류수에 침지시키는 시간은 약 1분이다. For example, in order to smooth the surface of the 3D template, the template may be immersed in distilled water and then subjected to ultrasonic treatment. At this time, the distilled water is about 40 ~ 60 ℃ in a specific embodiment, the distilled water is about 50 ℃. In addition, the time to immerse the template in distilled water is about 30 seconds to 2 minutes. In one embodiment, the time to immerse the template in distilled water is about 1 minute.

3D 템플릿 표면에 생분해성 고분자 물질을 섬유 형태로 증착하는 단계Depositing a biodegradable polymer material in the form of fibers on the surface of the 3D template

3D 템플릿 표면에 생분해성 고분자 물질을 “섬유 형태”로 증착하기 위해 생분해성 고분자 물질을 섬유 형태로 제조하여야 한다. 생분해성 고분자 물질을 섬유 형태로 제조하기 위해 다양한 방사 방법이 이용될 수 있다. 일 실시예로 생분해성 고분자 물질을 섬유 형태로 제조하기 위해 전기 방사 방법을 이용할 수 있다. In order to deposit the biodegradable polymer material in a “fiber form” on the surface of the 3D template, the biodegradable polymer material must be manufactured in the form of a fiber. Various spinning methods may be used to prepare biodegradable polymeric materials in the form of fibers. In one embodiment, an electrospinning method may be used to prepare a biodegradable polymer material in a fiber form.

3D 템플릿 표면에 생분해성 고분자 물질을 증착하기 위해 3D 템플릿 “표면”에 생분해성 고분자 용액을 전기방사 하여야 한다. 일 실시예로 3D 템플릿 표면에 생분해성 고분자 물질을 증착하기 위해 3D 템플릿을 회전시키면서 생분해성 고분자 용액을 3D 템플릿 표면에 전기 방사할 수 있다.In order to deposit the biodegradable polymer material on the surface of the 3D template, the biodegradable polymer solution must be electrospun on the “surface” of the 3D template. In one embodiment, the biodegradable polymer solution may be electrospun on the surface of the 3D template while rotating the 3D template to deposit the biodegradable polymer material on the surface of the 3D template.

상기 생분해성 고분자 용액은 생분해성 고분자 물질을 적절한 용매에 용해시켜 제조할 수 있다. 상기 생분해성 고분자 물질은 polycaprolactone, polyL-lactic acid, polycarprolaction-co-lactide으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질이다. 다만 이에 한정되지 않는다. 상기 적절한 용매는 유기 용매 중 하나 이상의 물질일 수 있다.The biodegradable polymer solution may be prepared by dissolving the biodegradable polymer material in an appropriate solvent. The biodegradable polymer material is at least one material selected from the group consisting of polycaprolactone, polyL-lactic acid, and polycarprolaction-co-lactide. However, it is not limited thereto. The suitable solvent may be one or more substances among organic solvents.

일 실시예로 상기 생분해성 고분자 용액은 polycarprolactone을 메틸렌 클로라이드와 디메틸포름알데히드 용매 혼합물에 용해시켜 제조할 수 있다. 일 실시예로 상기 생분해성 고분자 용액은 polycarprolactone을 3:1의 비율인 메틸렌 클로라이드와 디메틸포름알데히드 용매 혼합물에 용해시켜 제조하였다. In one embodiment, the biodegradable polymer solution may be prepared by dissolving polycarprolactone in a solvent mixture of methylene chloride and dimethylformaldehyde. In one embodiment, the biodegradable polymer solution was prepared by dissolving polycarprolactone in a solvent mixture of methylene chloride and dimethylformaldehyde in a ratio of 3:1.

3D 템플릿 표면에 생분해성 고분자 물질을 다양한 직경을 가지는 섬유 형태로 증착할 수 있다. 3D 템플릿 표면에 생분해성 고분자 물질을 다양한 직경을 가지는 섬유 형태로 증착하기 위해 생분해성 고분자 용액의 농도가 조절될 수 있다. 일 실시예로 고농도의 생분해성 고분자 용액을 사용할 수 있다. 일 실시예로 고농도의 생분해성 고분자 용액의 농도는 약 5~30%(w/v)일 수 있다. 일 실시예로 8~25%(w/v)일 수 있다. 일 실시예로 15~22%(w/v)일 수 있다. 바람직한 실시예로 18%(w/v)이다.Biodegradable polymer materials can be deposited in the form of fibers having various diameters on the surface of the 3D template. The concentration of the biodegradable polymer solution may be adjusted to deposit the biodegradable polymer material in the form of fibers having various diameters on the surface of the 3D template. In one embodiment, a high-concentration biodegradable polymer solution may be used. In one embodiment, the concentration of the high-concentration biodegradable polymer solution may be about 5 to 30% (w / v). In one embodiment, it may be 8 to 25% (w / v). In one embodiment, it may be 15 to 22% (w / v). A preferred embodiment is 18% (w/v).

섬유가 증착된 3D 템플릿을 생체 적합성 고분자 용액에 침지하는 단계Step of immersing the 3D template on which fibers are deposited into a biocompatible polymer solution

섬유가 증착된 3D 템플릿 위에 다공성 폼층을 제조하기 위해 섬유가 증착된 3D 템플릿을 생체 적합성 고분자 용액에 침지한다. 이 과정에서 상기 생체 적합성 고분자 용액이 섬유층의 섬유 사이로 삽입되면서 융합되는 융합층이 형성될 수 있다. 이 과정에서 생성되는 융합층은 섬유층과 추후 생성되는 다공성 폼층을 견고하게 결합시키는 역할을 할 수 있다.To prepare a porous foam layer on the 3D template on which the fibers are deposited, the 3D template on which the fibers are deposited is immersed in a biocompatible polymer solution. In this process, a fusion layer in which the biocompatible polymer solution is fused while being inserted between the fibers of the fibrous layer may be formed. The fusion layer generated in this process may serve to firmly bind the fiber layer and the porous foam layer to be generated later.

다공성 폼층을 제조하기 위해 기공을 생성하는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 일 실시예로 기공을 생성하는 방법으로 염 침출법, 가스 발포법 등이 사용될 수 있다. 일 실시예로 기공을 생성하는 방법으로 염 침출법이 사용될 수 있다. 일 실시예로 다공성 폼층을 제조하기 위해 섬유가 증착된 3D 템플릿을 염이 분산된 생체 적합성 고분자 용액에 침지시킬 수 있다. Various methods of creating pores may be used to manufacture the porous foam layer. In one embodiment, a salt leaching method, a gas foaming method, or the like may be used as a method for generating pores. In one embodiment, a salt leaching method may be used as a method of generating pores. In one embodiment, a 3D template on which fibers are deposited may be immersed in a biocompatible polymer solution in which salt is dispersed in order to prepare a porous foam layer.

염이 분산된 생체 적합성 고분자 용액은 생체 적합성 고분자 용액에 염 입자를 혼합시켜 제조한다. The biocompatible polymer solution in which the salt is dispersed is prepared by mixing salt particles with the biocompatible polymer solution.

상기 생체 적합성 고분자 용액은 생체 적합성 고분자 물질을 적절한 용매에 용해시켜 제조한다. 상기 생체 적합성 고분자 물질은 polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, poly(ethylene terephthalate), poly(methyl methacrylate), poly(2-hydroxyethyl methacrylate), poly(N-isopropylacrylamide), polysiloxane, polyurethanes으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다. 상기 적절한 용매는 유기 용매 중 하나 이상의 물질일 수 있다. 일 실시예로 상기 생체 적합성 고분자 용액은 열가소성 폴리우레탄을 디메틸포름알데히드에 용해시켜 제조할 수 있다. 일 실시예로 용액의 농도는 약 5~25%(w/v)이다. 일 실시예로 용액의 농도는 약 10~20%(w/v)이다. 일 실시예로 용액의 농도는 약 15%(w/v)이다. The biocompatible polymer solution is prepared by dissolving a biocompatible polymer material in an appropriate solvent. The biocompatible polymeric material is at least one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, poly(ethylene terephthalate), poly(methyl methacrylate), poly(2-hydroxyethyl methacrylate), poly(N-isopropylacrylamide), polysiloxane, and polyurethanes. can However, it is not limited thereto. The suitable solvent may be one or more substances among organic solvents. In one embodiment, the biocompatible polymer solution may be prepared by dissolving thermoplastic polyurethane in dimethylformaldehyde. In one embodiment, the concentration of the solution is about 5 to 25% (w/v). In one embodiment, the concentration of the solution is about 10 to 20% (w/v). In one embodiment the concentration of the solution is about 15% (w/v).

상기 염이 분산된 생체 적합성 고분자 용액은 생체 적합성 고분자 용액에 용매에 의하여 침출되는 성질을 가지는 염입자를 혼합시켜 제조한다. 일 실시예로 상기 용매는 물이다. 일 실시예로 상기 염은 물과 반응하여 침출되는 성질을 가지는 염 중의 어느 하나 이상일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다. 일 실시예로 상기 염은 NaCl이다. 일 실시예로 염이 분산된 생체 적합성 고분자 용액으로 400%(w/w) NaCl 용액을 사용하였다.The biocompatible polymer solution in which the salt is dispersed is prepared by mixing salt particles having the property of being leached by a solvent into the biocompatible polymer solution. In one embodiment the solvent is water. In one embodiment, the salt may be any one or more salts having a property of being leached by reacting with water. However, it is not limited thereto. In one embodiment the salt is NaCl. In one embodiment, a 400% (w/w) NaCl solution was used as a salt-dispersed biocompatible polymer solution.

상기 다공성 폼층의 기공 크기는 염이 분산된 생체 적합성 고분자 용액의 조건을 변경하여 조절될 수 있다. 일 실시예로 다공성 폼층의 기공 크기는 염이 분산된 생체 적합성 고분자 용액의 염 입자 크기를 변경하여 조절될 수 있다. 일 실시예로 상기 염 입자 크기는 약 30 마이크로미터 이상이다. 일 실시예로 상기 염 입자 크기는 약 40 마이크로미터 이상이다. 일 실시예로 상기 염 입자 크기는 약 45 마이크로미터 이상이다. 일 실시예로 상기 염 입자 크기는 메쉬로 체질하여 조절될 수 있다. 일 실시예로 상기 염 입자 크기는 약 40~50마이크로미터 메쉬로 체질된 염입자일 수 있다. 일 실시예로 상기 염 입자는 약 45마이크로미터 메쉬로 체질된 염입자이다. The pore size of the porous foam layer can be adjusted by changing the conditions of the biocompatible polymer solution in which the salt is dispersed. In one embodiment, the pore size of the porous foam layer can be adjusted by changing the salt particle size of the biocompatible polymer solution in which the salt is dispersed. In one embodiment, the salt particle size is greater than about 30 micrometers. In one embodiment, the salt particle size is greater than about 40 micrometers. In one embodiment, the salt particle size is greater than about 45 micrometers. In one embodiment, the salt particle size may be adjusted by sieving with a mesh. In one embodiment, the salt particle size may be a salt particle sieved to a mesh of about 40 to 50 micrometers. In one embodiment, the salt particles are salt particles sieved to about 45 micrometer mesh.

염이 분산된 생체적합성 고분자 용액에 침지시킨 템플릿을 건조 후 물에 침지하는 단계Drying the template immersed in a salt-dispersed biocompatible polymer solution and then immersing in water

염이 분산된 생체적합성 고분자 용액에 침지시킨 템플릿을 건조 후에 물에 침지 시킨다. 일 실시예로 상기 템플릿은 물에 침지 되어 염 입자가 침출 될 수 있다. 일 실시예로 상기 템플릿은 염 입자가 침출 되기 위해 약 1분 이상 물에 침지 될 수 있다. 바람직한 실시예로 상기 템플릿은 염 입자가 침출 되기 위해 약 2분 동안 물에 침지 될 수 있다. 일 실시예로 상기 물은 초음파 처리된 물일 수 있다. 이 과정을 통해 상기 템플릿에 기공을 포함하는 다공성 폼층이 형성될 수 있다.The template immersed in the salt-dispersed biocompatible polymer solution is then immersed in water after drying. In one embodiment, the template may be immersed in water to leach salt particles. In one embodiment, the template may be immersed in water for about 1 minute or more to leach salt particles. In a preferred embodiment, the template may be immersed in water for about 2 minutes to leach out the salt particles. In one embodiment, the water may be sonicated water. Through this process, a porous foam layer including pores may be formed in the template.

염이 분산된 생체적합성 고분자 용액에 침지시킨 템플릿은 건조 후 물에 침지 되어 수용성 고분자 물질을 이용하여 가장 처음으로 제조된 3D 템플릿이 제거될 수 있다. 일 실시예로 염이 분산된 생체적합성 고분자 용액에 침지시킨 후 건조된 템플릿은 약 10분 이상 물에 침지 될 수 있다. 일 실시예로 상기 템플릿은 약 20분 이상 물에 침지 될 수 있다. 바람직한 실시예로 상기 템플릿은 약 30분 동안 물에 침지 된다. 일 실시예로 상기 템플릿은 약 30~70℃ 물에 침지 될 수 있다. 일 실시예로 상기 템플릿은 약 40~60℃물에 침지 될 수 있다. 바람직한 실시예로 상기 템플릿은 약 50℃물에 침지 된다. 일 실시예로 상기 물은 초음파 처리된 물일 수 있다. The template immersed in the salt-dispersed biocompatible polymer solution is dried and then immersed in water so that the first 3D template manufactured using the water-soluble polymer material can be removed. In one embodiment, after being immersed in a biocompatible polymer solution in which salt is dispersed, the dried template may be immersed in water for about 10 minutes or longer. In one embodiment, the template may be immersed in water for about 20 minutes or longer. In a preferred embodiment, the template is immersed in water for about 30 minutes. In one embodiment, the template may be immersed in water at about 30 to 70 ° C. In one embodiment, the template may be immersed in water at about 40 to 60 °C. In a preferred embodiment, the template is immersed in water at about 50°C. In one embodiment, the water may be sonicated water.

염이 분산된 생체적합성 고분자 용액에 침지시킨 템플릿을 건조 후 물에 침지하여 염이 침출 되고, 수용성 고분자 물질을 이용하여 가장 처음으로 제조된 3D 템플릿이 제거되는 과정은 함께 발생하거나 일련의 순서대로 발생할 수 있다. 일 실시예로 물 침지 단계를 통해서 염 침출과 수용성 고분자 물질을 이용하여 가장 처음으로 제조된 3D 템플릿 제거 과정이 동시에 발생할 수 있다. 일 실시예로 물 침지 단계를 통해서 염 침출 이후에 수용성 고분자 물질을 이용하여 가장 처음으로 제조된 3D 템플릿이 제거될 수 있다. The process of drying the template immersed in a biocompatible polymer solution in which salt is dispersed, leaching the salt by immersing it in water, and removing the first 3D template manufactured using a water-soluble polymer material may occur together or in a sequential order. can In one embodiment, salt leaching through the water immersion step and a process of removing the first 3D template using a water-soluble polymer material may occur simultaneously. In one embodiment, after salt leaching through the water immersion step, the first 3D template manufactured using a water-soluble polymer material may be removed.

염이 분산된 생체적합성 고분자 용액에 침지시킨 템플릿을 건조 후 물에 침지하는 단계 전 또는 단계 중간에 상기 템플릿의 끝단을 자르는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 템플릿의 끝단을 자른 후 물에 침지하는 경우 수용성 고분자 물질을 이용하여 가장 처음으로 제조된 3D 템플릿이 더 효과적으로 제거될 수 있다. A step of cutting the end of the template before or in the middle of the step of immersing the template in water after drying the template immersed in the biocompatible polymer solution in which the salt is dispersed may be additionally included. When the end of the template is cut and then immersed in water, the first 3D template manufactured using a water-soluble polymer material can be more effectively removed.

섬유층에 세포를 시딩하기 전 준비 단계Preparatory steps before seeding cells on the fibrous layer

세포를 시딩하기 전 준비 단계가 섬유층에 세포를 시딩하는 단계 전에 선택적으로 포함될 수 있다. 일 실시예로 세포를 시딩하기 전 스캐폴드를 세척, 멸균 또는 코팅하는 단계 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 실시예로 세포를 시딩하기 전 스캐폴드를 에탄올로 세척하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예로 세포를 시딩하기 전 스캐폴드를 자외선으로 멸균하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예로 세포를 시딩하기 전 스캐폴드를 에탄올로 세척하는 단계 후 자외선으로 멸균하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예로 세포를 시딩하기 전 스캐폴드를 젤라틴으로 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예로 시딩하기 전 에탄올로 세척하는 단계 후 젤라틴으로 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예로 시딩하기 전 자외선으로 멸균하는 단계 후 스캐폴드를 젤라틴으로 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예로 스캐폴드는 약 0.1% 젤라틴으로 코팅할 수 있다. 일 실시예로 스캐폴드는 약 0.1% 젤라틴으로 코팅하고 37 °C 및 5% CO2에서 30분 동안 배양될 수 있다. 상기 젤라틴으로 코팅하는 단계는 젤라틴으로 코팅 및 배양 후 과량의 젤라틴을 제거하고 실온에서 건조시키는 단계를 포함할 수 있다. A preparatory step prior to seeding the cells may optionally be included prior to seeding the cells into the fibrous layer. In one embodiment, one or more of the steps of washing, sterilizing, or coating the scaffold before seeding the cells may be included. In one embodiment, a step of washing the scaffold with ethanol may be included before seeding the cells. In one embodiment, a step of sterilizing the scaffold with ultraviolet light may be included before seeding the cells. In one embodiment, the step of washing the scaffold with ethanol before seeding the cells may include the step of sterilizing with ultraviolet light. In one embodiment, a step of coating the scaffold with gelatin may be included before seeding the cells. In one embodiment, it may include the step of coating with gelatin after the step of washing with ethanol before seeding. In one embodiment, a step of coating the scaffold with gelatin after sterilizing with ultraviolet light before seeding may be included. In one embodiment, the scaffold may be coated with about 0.1% gelatin. In one embodiment, scaffolds can be coated with about 0.1% gelatin and incubated for 30 minutes at 37 °C and 5% CO2. The coating with gelatin may include coating and culturing with gelatin, removing excess gelatin, and drying at room temperature.

섬유층에 세포를 시딩하는 단계Seeding cells into the fibrous layer

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 제조 방법은 염이 분산된 생체적합성 고분자 용액에 침지시킨 템플릿을 건조 후 물에 침지하는 단계 후에 세포를 시딩하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 세포는 인공 튜브형 스캐폴드 내 섬유층에 시딩될 수 있다.The method for manufacturing a three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein may include drying a template dipped in a salt-dispersed biocompatible polymer solution and then immersing the template in water, followed by seeding the cells. The cells may be seeded on a fibrous layer in an artificial tubular scaffold.

상기 세포는 이식 대상의 세포와 같은 종으로부터 유래한 세포, 또는 상이한 종으로부터 유래한 세포일 수 있다. 일 실시예로 세포는 이식 대상으로부터 유래한 세포 일 수 있다. The cells may be cells derived from the same species as the cells of the transplantation target, or cells derived from a different species. In one embodiment, the cells may be cells derived from a transplant target.

상기 세포는 줄기세포 또는 분화된 세포일 수 있다. 일 실시예로 상기 세포는 배아 줄기 세포, 유도 만능 줄기 세포, 중간엽 줄기 세포, 태반 줄기 세포, 역분화 줄기 세포, 내피 세포, 상피 세포, 피부 세포, 내배엽 세포, 중배엽 세포, 섬유아 세포, 골세포, 연골세포, 간세포, 간 전구세포, 담도 세포, 췌장 세포 등으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다. 일 실시예는 간 전구 세포이다. 일 실시예는 담도 세포이다. 일 실시예는 성인 인간 간세포를 리프로그래밍한 간 전구세포이다. 일 실시예는 성인 인간 간세포를 리프로그래밍한 간 전구세포로부터 분화된 담도 세포이다. 일 실시예는 HGF, A83-01 및 CHIR99021를 포함하는 인간 성체 간세포의 간전구세포로의 리프로그래밍 배지 조성물에 의해 리프로그래밍된 간 전구세포이다. The cells may be stem cells or differentiated cells. In one embodiment, the cells are embryonic stem cells, induced pluripotent stem cells, mesenchymal stem cells, placental stem cells, dedifferentiated stem cells, endothelial cells, epithelial cells, skin cells, endoderm cells, mesenchymal cells, fibroblasts, bone It may be any one or more selected from the group consisting of cells, chondrocytes, hepatocytes, liver progenitor cells, biliary tract cells, pancreatic cells, and the like. However, it is not limited thereto. One example is liver progenitor cells. One example is a biliary tract cell. One embodiment is liver progenitor cells reprogrammed from adult human hepatocytes. One embodiment is biliary tract cells differentiated from hepatic progenitor cells reprogrammed adult human hepatocytes. One embodiment is hepatic progenitor cells reprogrammed by a medium composition for reprogramming human adult hepatocytes to hepatic progenitor cells comprising HGF, A83-01 and CHIR99021.

삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 제조 방법의 용도Use of 3D artificial tubular scaffold manufacturing method

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 제조 방법은 생체 내에 이식하고자 하는 기관 또는 장기 맞춤형 스캐폴드를 제조하는 용도로 사용될 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고 이 외의 적합한 용도에 따라 사용될 수 있다.The method for manufacturing a three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein may be used for preparing an organ to be transplanted into a living body or a scaffold customized for an organ. However, it is not limited thereto and may be used for other suitable purposes.

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 생체 내 이식에 적합한 기관 또는 장기 크기, 구조에 맞는 스캐폴드를 제조하는데 사용될 수 있다. 본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 제조 방법은 이식하고자 하는 기관 또는 장기의 자기공명영상을 이용하여 3D 디자인하고 이를 이용한 3D 프린팅을 통해 이식 맞춤형 사이즈, 구조의 3D 템플릿을 제조할 수 있다. 상기 제조된 3D 템플릿을 통해 이식 맞춤형 사이즈 구조의 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드를 제조할 수 있다.The three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein can be used to prepare a scaffold suitable for an organ or organ size and structure suitable for in vivo transplantation. In the method for manufacturing a three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein, a 3D template of a size and structure customized for transplantation can be manufactured through 3D design using magnetic resonance images of organs or organs to be transplanted and 3D printing using the same. A three-dimensional artificial tubular scaffold having a transplant-specific size structure can be manufactured using the prepared 3D template.

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 이식 대상 및 이식하고자 하는 기관 또는 장기에 적합한 세포를 시딩하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예로 이식 대상으로부터 유래한 세포를 포함하는 인공 튜브형 스캐폴드는 이식 대상에게 이식된 후 빠르게 적응하며 생체 내에서 그 기능을 수행할 수 있다. 일 실시예로 이식하고자 하는 기관 또는 장기 맞춤형 세포를 포함하는 인공 튜브형 스캐폴드는 생체 내 이식되어 이식된 기관 또는 장기의 맞춰 생물학적 기능을 수행할 수 있다.The three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein may include a step of seeding cells suitable for a transplant target and an organ or organ to be transplanted. In one embodiment, an artificial tubular scaffold including cells derived from a transplant target adapts quickly after being transplanted to a transplant target and can perform its function in vivo. In one embodiment, an artificial tubular scaffold including organs or organ-specific cells to be transplanted can be implanted in vivo and perform biological functions according to the transplanted organ or organs.

실시예Example

이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.

이때 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들의 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 자명하다.At this time, the examples are only for explaining the present invention in more detail, and it is obvious to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples.

실험 방법Experiment method

MRI 영상MRI imaging

MRI는 작은 말단 코일이 있는 3T MRI 스캐너 (Ingenia; Philips Healthcare, Best, The Netherlands)를 사용하여 수술 1 일 전과 14 일 후에 수행되었다. MRI 스캔 중에 케타민 (40-100 mg / kg) 및 자일라진 (5-13 mg / kg)의 근육 주사로 토끼를 마취하였다. 간단히 설명해서, 3면 국소화 영상 구배 에코 시퀀스를 먼저 얻은 다음, 호흡 유발 3D 자기 공명 담관 췌장 조영술 (MRCP) 영상과 두꺼운 슬래브 단일 샷 2D MRCP 영상을 얻었다. 획득한 3D MRCP 이미지는 디지털 이미징 및 통신 의학 (DICOM) 형식으로 저장되고 상용 소프트웨어 (Mimics; Materialise, Louvain, Belgium)를 사용하여 3D 인쇄 가능한 파일 형식 (STL, 표면 테셀레이션 언어)의 3D 개체로 처리되었다.MRI was performed 1 day before and 14 days after surgery using a 3T MRI scanner (Ingenia; Philips Healthcare, Best, The Netherlands) with a small distal coil. Rabbits were anesthetized with an intramuscular injection of ketamine (40-100 mg/kg) and xylazine (5-13 mg/kg) during MRI scans. Briefly, three-plane localization imaging gradient echo sequences were first obtained, followed by breath-evoked 3D magnetic resonance cholangiopancreatography (MRCP) images and thick-slab single-shot 2D MRCP images. The acquired 3D MRCP images were saved in Digital Imaging and Communication Medicine (DICOM) format and processed into 3D objects in a 3D printable file format (STL, Surface Tessellation Language) using commercial software (Mimics; Materialise, Louvain, Belgium). .

담도세포 분화Biliary cell differentiation

본 실험은 한양대학교 기관 심의위원회(HYI-16-229-3)에서 승인한 프로토콜에 따라 수행되었다. 한양대학교 의료원에서 수술을 받은 3명의 기증자로부터 환자의 동의 하에 인체 간 조직을 채취하였다. hCdH의 생성은 Y. Kim, K. Kang, S. B. Lee, D. Seo, S. Yoon, S. J. Kim, K. Jang, Y. K. Jung, K. G. Lee, V. M. Factor, J. Jeong, D. Choi, J Hepatol 2019, 70, 97. 에 따라 수행되었다. 간단히 설명하면, 일차 인간 간세포는 콜라게나제를 사용하여 분리하고 William's E 배지(Gibco, CA, USA)의 콜라겐 코팅 플레이트 (STEMCELL Technologies, BC, Canada)에 시딩되었다. 다음날 배지를 20ng /ml의 간세포 성장 인자 (HGF) (Peprotech), 3μM CHIR99021 (STEMCELL Technologies) 및 4μM A83-01 (Gibco)이 첨가된 DMEM / F12 (Gibco, CA, USA) 리프로그래밍 배지(이후 HAC라고 함)로 변경하였다. hCdHs는 1주일 이내에 생성되었다. hCdH를 담도 세포(hCdH-Chols)로 분화를 유도하기 위해 E. M. Buisson, J. Jeong, H. J. Kim, D. Choi, Int J Stem Cells 2019, 12, 183.에 기재된 프로토콜을 사용하였다. 간단히 설명하면 hCdH는 2 주 동안 7.5ng/ml 상피 성장 인자 (EGF), 7.5μM CHIR 및 7.5 ng/ml HGF로 그리고 마지막 2 일 동안 10μM 타우로콜산 나트륨 수화물 (Sigma)로 보충된 DMEM / F12를 함유하는 담도 세포 분화 배지 (CDM)에서 젤라틴 (Sigma) 코팅 된 접시에 시딩되었다.This experiment was performed according to the protocol approved by the Institutional Review Board of Hanyang University (HYI-16-229-3). Human liver tissue was collected from three donors who underwent surgery at Hanyang University Medical Center with the consent of the patients. The production of hCdH is Y. Kim, K. Kang, S. B. Lee, D. Seo, S. Yoon, S. J. Kim, K. Jang, Y. K. Jung, K. G. Lee, V. M. Factor, J. Jeong, D. Choi, J Hepatol 2019 , 70, 97. Briefly, primary human hepatocytes were isolated using collagenase and seeded on collagen-coated plates (STEMCELL Technologies, BC, Canada) in William's E medium (Gibco, CA, USA). The next day, the medium was changed to DMEM/F12 (Gibco, CA, USA) reprogramming medium (then HAC called) was changed. hCdHs were generated within 1 week. To induce differentiation of hCdH into biliary tract cells (hCdH-Chols), the protocol described in E. M. Buisson, J. Jeong, H. J. Kim, D. Choi, Int J Stem Cells 2019, 12, 183 was used. Briefly, hCdH was administered with DMEM/F12 supplemented with 7.5ng/ml epidermal growth factor (EGF), 7.5 μM CHIR and 7.5 ng/ml HGF for 2 weeks and 10 μM sodium taurocholate hydrate (Sigma) for the last 2 days. were seeded on gelatin (Sigma) coated dishes in biliary cell differentiation medium (CDM) containing

면역 형광 염색immunofluorescence staining

세포, 스캐폴드 및 담도는 각각 20분 또는 밤새 4% 파라포름알데히드에 고정되었다. 염색은 제조업체의 권장 사항에 따라 수행되었다. 핵은 Hoechst 33342 (1:10000, Molecular Probes, USA)로 염색되었다. 세포는 TCS SP5 공 초점 현미경 (독일 라이카)을 사용하여 이미지화되었다.Cells, scaffolds and biliary tracts were fixed in 4% paraformaldehyde for 20 min or overnight, respectively. Staining was performed according to the manufacturer's recommendations. Nuclei were stained with Hoechst 33342 (1:10000, Molecular Probes, USA). Cells were imaged using a TCS SP5 confocal microscope (Leica, Germany).

항체 목록antibody list

Figure 112020107325521-pat00001
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mRNA 분리 및 RT-qPCR 분석mRNA isolation and RT-qPCR analysis

TRIzol 시약 (Ambion, Foster City, CA, USA)과 클로로포름을 사용하여 총 RNA를 분리하였다. Transcriptor First Strand cDNA Synthesis Kit (Roche, Mannheim, Germany)를 사용하여 RNA 1㎍의 역전사를 수행하였다. 실시간 중합 효소 연쇄 반응 (RT-qPCR)을 수행하기 위해 cDNA 1μg과 PCR PreMix 10μg (Dyne bio, Seongnam, Korea)과 함께 올리고 뉴클레오티드 프라이머를 사용하였다. PCR 주기는 95 ℃에서 20 초, 60 ℃에서 40 초로 총 40주기를 사용하였다.Total RNA was isolated using TRIzol reagent (Ambion, Foster City, CA, USA) and chloroform. Reverse transcription of 1 μg of RNA was performed using the Transcriptor First Strand cDNA Synthesis Kit (Roche, Mannheim, Germany). To perform real-time polymerase chain reaction (RT-qPCR), oligonucleotide primers were used along with 1 μg of cDNA and 10 μg of PCR PreMix (Dyne bio, Seongnam, Korea). PCR cycles were 20 seconds at 95 ° C and 40 seconds at 60 ° C, for a total of 40 cycles.

프라이머 목록list of primers

Figure 112020107325521-pat00002
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플루오레세인 디아세테이트(FD)분석Fluorescein diacetate (FD) assay

세포를 PBS로 세척하고 배지에 희석된 fluorescein diacetate (Sigma)와 함께 37 ℃에서 15 분 동안 2.5 μg/mL 농도로 배양하였다. FD 함유 배지를 제거한 후, 세포를 새로운 배지에서 추가 30 분 동안 배양하였다. 형광 이미지는 FD 함유 배지에서 배양 한 직후 및 신선한 배지를 Hanks Buffer (HBSS)로 교체한 후 촬영되었다.Cells were washed with PBS and incubated with fluorescein diacetate (Sigma) diluted in medium at a concentration of 2.5 μg/mL for 15 minutes at 37°C. After removing the FD containing medium, the cells were cultured in fresh medium for an additional 30 minutes. Fluorescence images were taken immediately after incubation in FD-containing medium and after replacing fresh medium with Hanks Buffer (HBSS).

Live/Dead 염색Live/Dead staining

배지를 제거하고 세포를 PBS로 세척하였다. Calcein (live staining) 또는 Propidium Iodide (dead staining) (ThermoFisher)으로 세포에 태그를 지정하기 위해 1μl의 calcein과 1μl의 proprium iodide를 1ml의 배지에 첨가하고 세포, 스캐폴드 및 인공 담도 단편을 37 ° C 및 5 % CO2에서 30 분간 배양하였다. 그런 다음 배지를 제거하고 새 배지로 교체하였다. 그 후 형광 현미경을 사용하여 사진을 찍었다.Media was removed and cells were washed with PBS. To tag cells with Calcein (live staining) or Propidium Iodide (dead staining) (ThermoFisher), 1 μl of calcein and 1 μl of proprium iodide were added to 1 ml of medium and cells, scaffolds and artificial biliary fragments were incubated at 37 °C. and incubated for 30 minutes at 5% CO2. The medium was then removed and replaced with fresh medium. After that, pictures were taken using a fluorescence microscope.

세포 시딩cell seeding

세포 시딩 전에 섬유 스캐폴드 및 인공 담도를 절단하고 에탄올로 세척한 다음 자외선으로 멸균하였다. 30 분 후 섬유지지체 및 인공 담도를 0.1 % 젤라틴 (Sigma)으로 코팅하고 37 ° C 및 5 % CO2에서 30 분 동안 배양하였다. 그 후 과량의 젤라틴을 제거하고 샘플을 실온에서 2 시간 동안 건조시켰다. hCdH는 이전에 확립된 방법을 사용하여 계대배양되었다. 106 개의 세포를 10μl의 HAC 배지에 현탁하고 인공 담도 구조물 내부에 시딩하였다. 그런 다음 37 ° C 및 5 % CO2에서 한 시간 동안 배양하였다. 4웰 플레이트에서 웰당 0.5ml의 리프로그래밍 배지를 사용하고 다음날 CDM 배지로 교체하였다.Prior to cell seeding, the fibrous scaffold and artificial biliary tract were cut, washed with ethanol and sterilized with UV light. After 30 minutes, the fibrous scaffold and artificial biliary tract were coated with 0.1% gelatin (Sigma) and incubated at 37 °C and 5% CO2 for 30 minutes. Excess gelatin was then removed and samples were dried at room temperature for 2 h. hCdH was subcultured using previously established methods. 10 6 cells were suspended in 10 μl of HAC medium and seeded inside the artificial bile duct construct. Then incubated for one hour at 37 °C and 5% CO2. In a 4-well plate, 0.5 ml of reprogramming medium was used per well and replaced with CDM medium the next day.

SEM 이미징SEM imaging

전기 방사 섬유 및 배양된 세포의 미세 구조는 주사 전자 현미경을 사용하여 시각화되었다. 세포가 있는 스캐폴드를 PBS로 3 회 세척하고 0.1M 카코딜산 나트륨 및 0.1M 수크로스를 함유하는 5 % 글루타르알데히드 용액에 30 분 동안 고정시켰다. 증류수로 5 분간 세척한 후 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 100 % 에탄올 용액에서 각각 5 분간 연속 배양하여 샘플을 천천히 탈수시킨 후 hexamethyldisilazane (HMDS; JT Baker, Phillipsburg, NJ, USA)를 15분 동안 처리하였다. 완전히 건조되면 20nm 두께의 코팅이 얻어 질 때까지 샘플을 Pt로 스퍼터링하였다. 샘플은 SEM (S-4800; Hitachi, Japan)을 통해 이미지화 되었다.The microstructures of the electrospun fibers and cultured cells were visualized using scanning electron microscopy. The scaffolds with cells were washed three times with PBS and fixed in a 5% glutaraldehyde solution containing 0.1 M sodium cacodylate and 0.1 M sucrose for 30 minutes. After washing with distilled water for 5 min, the sample was slowly dehydrated by successive incubation in 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, and 100% ethanol solutions for 5 min each, followed by hexamethyldisilazane (HMDS; JT Baker, Phillipsburg, NJ; USA) for 15 minutes. Once completely dry, the sample was sputtered with Pt until a 20 nm thick coating was obtained. Samples were imaged through an SEM (S-4800; Hitachi, Japan).

라이브러리 준비 및 전사체 시퀀싱Library preparation and transcriptome sequencing

총 RNA 농도는 Quant-IT RiboGreen (Invitrogen, # R11490)에 의해 계산되었고 무결성 값은 TapeStation RNA 스크린 테이프 (Agilent, # 5067-5576)에 의해 액세스되었다. RNA 라이브러리 구성에는 RNA Integrity Number (RIN)가 7.0보다 큰 고품질 RNA 만 사용되었다. Illumina TruSeq Stranded mRNA Sample Prep Kit (Illumina, Inc., San Diego, CA, USA, # RS-122-2101) 에 의해 각 샘플에 대해 1ug의 총 RNA를 사용하여 라이브러리를 독립적으로 준비하였다. 라이브러리 준비의 초기 단계에는 poly-T 부착 자기 비드를 사용하여 mRNA 분자를 포함하는 poly-A를 정제하는 것이 포함되었다. 이 단계 후, 정제된 mRNA는 상승된 온도에서 2가 양이온을 사용하여 작은 조각으로 단편화되었다. 절단된 mRNA 단편은 SuperScript II 역전사 효소 (Invitrogen, # 18064014) 및 랜덤 프라이머를 사용하여 cDNA의 상단 가닥에 복사되었으며, DNA 중합 효소 I, RNase H 및 dUTP를 사용하여 cDNA의 역상보적가닥을 합성하였다. 이러한 cDNA 조각은 단일 'A'염기와 어댑터 결합을 추가함으로써 말단 복구 프로세스를 거쳤다. 이 단계 후에 최종 cDNA 라이브러리가 생성되고 PCR로 증폭되었다. 생성된 라이브러리는 qPCR Quantification Protocol Guide (KAPA Biosystems, # KK4854)에 따라 Illumina Sequencing 플랫폼 용 KAPA Library Quantification 키트를 사용하여 정량화되었고, TapeStation D1000 ScreenTape (Agilent Technologies, # 5067-5582)에 의해 검증되었다. 색인된 라이브러리는 Macrogen Inc.의 Illumina Hiseq2500 (Illumina, Inc., San Diego, CA, USA)에 의해 페어드 엔드 시퀀싱되었다.Total RNA concentration was calculated by Quant-IT RiboGreen (Invitrogen, #R11490) and integrity values were accessed by TapeStation RNA screen tape (Agilent, #5067-5576). Only high-quality RNAs with an RNA Integrity Number (RIN) greater than 7.0 were used for RNA library construction. Libraries were independently prepared using 1 ug of total RNA for each sample by the Illumina TruSeq Stranded mRNA Sample Prep Kit (Illumina, Inc., San Diego, CA, USA, # RS-122-2101). An early step in library preparation involved purifying poly-A containing mRNA molecules using magnetic beads attached to poly-T. After this step, the purified mRNA was fragmented into small pieces using divalent cations at elevated temperature. The truncated mRNA fragment was copied onto the top strand of cDNA using SuperScript II reverse transcriptase (Invitrogen, # 18064014) and random primers, and the reverse complementary strand of cDNA was synthesized using DNA polymerase I, RNase H and dUTP. . These cDNA fragments were subjected to a process of end repair by adding a single 'A' base and an adapter linkage. After this step, a final cDNA library was generated and amplified by PCR. The resulting library was quantified using the KAPA Library Quantification Kit for the Illumina Sequencing Platform according to the qPCR Quantification Protocol Guide (KAPA Biosystems, # KK4854) and verified by a TapeStation D1000 ScreenTape (Agilent Technologies, # 5067-5582). Indexed libraries were paired-end sequenced by Macrogen Inc.'s Illumina Hiseq2500 (Illumina, Inc., San Diego, CA, USA).

Cryosectioning 및 H & E 염색Cryosectioning and H&E staining

샘플을 OCT에서 -20 ° C에서 냉동하고 4μm 두께의 슬라이스로 냉동 절편 하였다. 슬라이드를 95 % 알코올에 5 분 동안 고정하고 H & E로 염색하였다.Samples were frozen at −20 °C in OCT and cryosectioned into 4-μm-thick slices. Slides were fixed in 95% alcohol for 5 minutes and stained with H&E.

생물정보학 분석Bioinformatics analysis

Illumina 표준 파이프 라인 및 실시간 분석 (RTA) 도구는 페어드 엔드 RNA 시퀀싱 데이터로부터 BCL2Fastq (v2.20, Illumina Inc., San Diego, CA, USA)를 사용하여 원시 이미지 처리, 염기 확정(base calling) 및 FASTQ 데이터 생성에 사용되었다. 101bpX2 판독 시퀀스는 불량 하위 시퀀스를 트리밍하기 위해 Sickle (v1.33) (32)을 사용하거나 어댑터 시퀀스를 제거하기 위해 CutAdapt (v1.5) (33)를 사용하여 전처리 되었다. 전처리 후 시퀀싱 판독은 RSEM(v1.2.31)을 STAR(v2.5.2b) 정렬 소프트웨어(34,35)와 함께 사용하여 Hg19 인간 참조 게놈(University of California, University of California iGenomes, https://support.illumina.com/sequencing/sequencing_software/igenome.html에서 제공됨)에 정렬된다. 전사체의 발현 수준의 양을 TPM (Transcripts Per Kilobase Million) 점수로 측정하여 각 샘플에서 유전자에 매핑된 판독 비율을 쉽게 비교할 수 있다. 원시 시퀀싱 데이터는 GSE152809의 번호로 GEO (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo)에서 제공된다. Cluster3.0 (Michael Eisen lab, http://eisenlab.org/)을 사용하여 클러스터링 분석을 수행하고 R 소프트웨어 (v3.3.2, https : www.r-project.org)로 시각화를 수행하였다.The Illumina standard pipeline and real-time analysis (RTA) tool uses BCL2Fastq (v2.20, Illumina Inc., San Diego, CA, USA) from paired-end RNA sequencing data for raw image processing, base calling and It was used to generate FASTQ data. The 101bpX2 read sequence was preprocessed using Sickle (v1.33) (32) to trim bad subsequences or CutAdapt (v1.5) (33) to remove adapter sequences. After pre-processing, sequencing reads were read from the Hg19 human reference genome (University of California, University of California iGenomes, https://support. Available at illumina.com/sequencing/sequencing_software/igenome.html). The amount of expression level of a transcript is measured by the TPM (Transcripts Per Kilobase Million) score, making it easy to compare the proportion of reads mapped to genes in each sample. Raw sequencing data are available from GEO (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo) under number GSE152809. Clustering analysis was performed using Cluster3.0 (Michael Eisen lab, http://eisenlab.org/) and visualization was performed with R software (v3.3.2, https: www.r-project.org).

생체 내 이식implantation in vivo

동물 실험은 한양 대학교 IACUC (기관 동물 관리 및 사용위원회 번호 2018-0097A)의 허가를 받아 NIH 가이드라인 및 한양 대학교 동물 연구 프로토콜을 준수하여 수행되었다. 두열 바이오텍 (Seoul, Republic of Korea)에서 3~4kg 체중의 21개월령 암컷 반 특이적 병원체 없는(semi-specific-pathogen-free) 토끼를 제공받았다. 모든 동물은 12 시간의 명암 주기로 표준 조건에서 사육되었고 4 주 적응 기간 동안 표준 사료를 먹였다. 토끼는 수술 전 12 시간 동안 금식하였다. 마취과 의사가 투여 한 전신 마취하에 동물을 바로 누운 자세로 고정시키고 상복부의 중간선 절개를 통해 개복술을 실시하여 총담관 (CBD)을 노출시켰다. 하부 CBD를 절개하고 인공 담도를 광학 현미경 검사하에 10-0 Ethilon®단절 봉합으로 CBD의 근위 및 원위 말단까지 문합하였다. 모든 절차는 미세 외과 의사가 수행하였다. 수술 중에 문합된 인공 담도를 통한 적절한 담즙 배액이 확인되었다. 닫기 전에 복강을 따뜻한 식염수로 세척하였다. 일상적인 조직학을 위해, 토끼 간 및 재구성된 담도의 샘플을 즉시 10 % 중성 완충 포르말린에 넣고 4°C에서 24 시간 동안 고정하였다. 조직을 처리하고, 파라핀에 포매하고, 4 μm에서 절편하고, 헤마톡실린 및 에오신(H & E)으로 염색하였다. 조직 병리학적 검사는 훈련된 병리학자에 의해 수행되었다.Animal experiments were performed in compliance with NIH guidelines and Hanyang University animal research protocols with the permission of the Hanyang University IACUC (Institutional Animal Care and Use Committee No. 2018-0097A). 21-month-old female semi-specific-pathogen-free rabbits weighing 3-4 kg were provided from Duyeol Biotech (Seoul, Republic of Korea). All animals were housed under standard conditions with a 12-h light/dark cycle and fed standard chow during the 4-week acclimatization period. Rabbits were fasted for 12 hours before surgery. Under general anesthesia administered by an anesthesiologist, the animals were fixed in a supine position and a laparotomy was performed through a midline incision in the upper abdomen to expose the common bile duct (CBD). The lower CBD was incised and the artificial biliary tract was anastomized to the proximal and distal ends of the CBD with 10-0 Ethilon® disconnect sutures under light microscopy. All procedures were performed by a microsurgeon. Adequate biliary drainage through the artificial biliary tract anastomosed intraoperatively was confirmed. Before closing, the abdominal cavity was washed with warm saline. For routine histology, samples of rabbit liver and reconstituted biliary tract were immediately placed in 10% neutral buffered formalin and fixed at 4 °C for 24 h. Tissues were processed, embedded in paraffin, sectioned at 4 μm, and stained with hematoxylin and eosin (H & E). Histopathological examination was performed by a trained pathologist.

통계 분석statistical analysis

모든 데이터는 평균 ± SD로 표현된다. 각 체외 실험은 최소 2 ~ 3 회 반복되었다. 모든 측정에 세번의 기술적 반복 실험이 사용되었다. 통계 분석은 Excel 2016의 paired and unpaired Student 's t-test를 사용하여 수행되었다. *P < 0.05; **P < 0.01; ***P < 0.001; ****P < 0.0001.All data are expressed as mean ± SD. Each in vitro experiment was repeated at least 2–3 times. Three technical replicates were used for all measurements. Statistical analysis was performed using paired and unpaired Student's t-test in Excel 2016. *P < 0.05; **P < 0.01; ***P < 0.001; ****P < 0.0001.

실시예 1Example 1

실험예 1 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 제조Experimental Example 1 Manufacture of 3D Artificial Tubular Scaffold

스캐폴드 제조를 위해 템플릿의 3D 프린팅, 전기 방사 섬유 코팅, 폴리머 용액의 딥 코팅, 템플릿 및 입자 제거 단계를 수행하였다. 3D 템플릿의 제조에는 자기 공명 영상 (MRI) 데이터를 기반으로 한 CAD (Computer-Aided Design)가 사용되었다. 2D 자기 공명 담관 췌장 조영술 (MRCP) 이미지에서 담도 트리의 대상 물체를 3 차원적으로 재구성하고 3D 인쇄 가능한 파일 형식 (STL)으로 후 처리하였다(도 1a). 3D 템플릿은 폴리 비닐 알코올 필라멘트(PVA filament, ESUN)를 재료 압축 방식으로 구동되는 3D 프린터로 인쇄하였다(도 1b). 오픈 소스 소프트웨어 Cura를 사용하여 인쇄용 G-code를 생성하였다. 노즐 내경, 노즐 온도 및 적층 두께의 변수는 각각 0.25mm, 170℃및 0.15mm로 설정하였다. 인쇄된 템플릿의 표면 거칠기를 배제하기 위해 50℃의 따뜻한 증류수에 1분 동안 담가 초음파 처리하였다. 3D printing of the template, electrospun fiber coating, dip coating of the polymer solution, and template and particle removal steps were performed for scaffold fabrication. Computer-aided design (CAD) based on magnetic resonance imaging (MRI) data was used for the fabrication of the 3D template. Objects of the biliary tree were three-dimensionally reconstructed from 2D magnetic resonance cholangiopancreatography (MRCP) images and post-processed into a 3D printable file format (STL) (Fig. 1a). The 3D template was printed with a 3D printer driven by a material compression method using a polyvinyl alcohol filament (ESUN) (Fig. 1b). The open-source software Cura was used to generate G-code for printing. The variables of nozzle inner diameter, nozzle temperature and layer thickness were set to 0.25 mm, 170 °C and 0.15 mm, respectively. In order to remove the surface roughness of the printed template, it was immersed in warm distilled water at 50 °C for 1 minute and sonicated.

다음 단계를 위해 폴리카프로락톤(PCL, MW 80,000; Sigma-Aldrich)용액의 전기 방사를 3D 프린팅 된 PVA 템플릿을 회전시키면서 수행하였다(도 2a). PCL 과립을 3:1의 비율인 메틸렌 클로라이드와 디메틸포름알데히드(DMF)의 혼합물에 용해시켰다. 용액 농도는 나노 스케일 및 마이크로, 나노 스케일 혼합 전기 방사 매트를 생성하기 위해 각각 10% 및 18% (w/v)로 설정하였다. 템플릿 코팅에 앞서 담도 세포 분화를 유도하는 기능에 대해 두 매트를 비교하였다. 비교 실험 후 템플릿 코팅 조건을 18%(w/v) 농도로 선택하였다.For the next step, electrospinning of polycaprolactone (PCL, MW 80,000; Sigma-Aldrich) solution was performed while rotating the 3D printed PVA template (Fig. 2a). PCL granules were dissolved in a mixture of methylene chloride and dimethylformaldehyde (DMF) in a ratio of 3:1. The solution concentration was set at 10% and 18% (w/v), respectively, to create nanoscale and micro, nanoscale mixed electrospun mats. The two mats were compared for their ability to induce biliary cell differentiation prior to template coating. After the comparative experiment, the template coating condition was selected as 18% (w/v) concentration.

그 다음으로 섬유가 증착된 템플릿을 염이 분산된 폴리 우레탄 용액에 침지시켜 딥 코팅한 다음 염 입자를 침출하여 섬유 템플릿 주위에 다공성 폼층을 형성하였다(도 2b). 딥 코팅 단계를 위해 섬유 코팅 된 템플릿을 염이 분산되어 있는 열가소성 폴리우레탄(TPU;대림 케미칼)용액에 침지시켰다. TPU과립을 15%(w/v) 농도로 DMF에 용해시켰다. 그 후, 45 마이크로미터 메쉬로 체질된 염 입자를 400%(w/w)의 농도로 TPU 용액과 혼합하였다. 코팅 된 부분을 건조시킨 후 초음파 처리된 물에 2분 동안 담가 염 입자를 걸러냈다.Next, the template on which the fibers were deposited was immersed in a polyurethane solution in which salt was dispersed, and then dip-coated, and salt particles were leached to form a porous foam layer around the fiber template (FIG. 2b). For the dip coating step, the fiber-coated template was immersed in a salt-dispersed thermoplastic polyurethane (TPU; Daelim Chemical) solution. TPU granules were dissolved in DMF at a concentration of 15% (w/v). Then, the salt particles sieved to a 45 micron mesh were mixed with the TPU solution at a concentration of 400% (w/w). After drying the coated part, it was immersed in sonicated water for 2 minutes to filter out salt particles.

가장 안쪽 층의 표면에 섬유 형태를 가지는 최종 스캐폴드는 3D 템플릿을 증류수에 용해하여 제거한 후 획득되었다. 초음파 처리된 물에 50℃에서 30분 동안 담가 PVA 템플릿을 제거하여 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드를 얻었다. PVA 템플릿 제거 과정에서, 물 침투를 위한 입구를 생성하기 위해 코팅된 템플릿 끝을 조금 절단하였다.The final scaffold having a fibrous shape on the surface of the innermost layer was obtained after removing the 3D template by dissolving it in distilled water. A three-dimensional artificial tubular scaffold was obtained by removing the PVA template by soaking in sonicated water at 50 °C for 30 minutes. During the PVA template removal process, a small cut was made at the end of the coated template to create an inlet for water penetration.

토끼 인공 담도 제조Rabbit artificial biliary tract manufacturing

토끼 몸의 영상에서 3D CAD 데이터를 처리하여 담도트리의 모양을 얻었다. 최종 스캐폴드는 두개의 갈라진 간내 도관으로 구성된 전체 해부학적 구조를 포함하였다(도 3a-a). 층 조직은 튜브 벽의 단면을 통해 관찰할 수 있다(도 3a-b). 섬유가 증착된 템플릿에 딥코팅하는 단계에서 섬유층과 다공성 폼층이 결합하는 융합 영역이 형성되었다. 이 단단한 융합으로 인해 층 구조에 박리가 발생하지 않아 스캐폴드에 적절한 기계적 강도를 보장한다. 튜브형 스캐폴드의 가장 안쪽 표면은 전기 방사 섬유로 구성 되어있고(도 3a-c), 스캐폴드의 외부는 다공성 형태를 가진다(도 3a-d). 사용된 염 입자의 크기에 따라 기공 크기는 약 50 μm로 구조적 유연성을 유지하고, 깨지기 쉬운 섬유층을 기계적으로 지지 할 수 있다. 제조된 튜브형 스캐폴드는 속공간(lumen)을 유지하고 수술 중 발생하는 물리적 조작을 견딜 수 있다(도 3b). 기계적 안정성을 입증하기 위해 스캐폴드를 인장 시험기에 장착하였다. 그 결과 섬유층과 다공성 폼층으로 구성된 것이 섬유층만으로 구성된 것보다 약간 낮은 탄성 계수와 훨씬 더 긴 파단 연신율로 더 큰 유연성을 나타냄을 확인하였다 (도 3c).The shape of the biliary tree was obtained by processing 3D CAD data from images of the rabbit body. The final scaffold contained the entire anatomy consisting of two bifurcated intrahepatic ducts (Fig. 3a-a). Layer organization can be observed through cross-sections of the tube walls (FIGS. 3a-b). In the step of dip-coating the fiber-deposited template, a fusion region where the fiber layer and the porous foam layer are combined is formed. This tight fusion prevents delamination of the layered structure, ensuring adequate mechanical strength for the scaffold. The innermost surface of the tubular scaffold was composed of electrospun fibers (Fig. 3a-c), and the outer surface of the scaffold was porous (Fig. 3a-d). Depending on the size of the salt particles used, the pore size is about 50 μm, which can maintain structural flexibility and mechanically support the fragile fibrous layer. The fabricated tubular scaffold maintains a lumen and can withstand physical manipulations occurring during surgery (Fig. 3b). Scaffolds were mounted in a tensile tester to demonstrate mechanical stability. As a result, it was confirmed that the fiber layer and the porous foam layer exhibited greater flexibility with a slightly lower modulus of elasticity and a much longer elongation at break than the fiber layer alone (FIG. 3c).

실시예 2Example 2

실험예 2 hCdH 생성 및 담도 세포 분화Experimental Example 2 hCdH production and biliary cell differentiation

본 명세서에서 개시하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 제조에 있어서 hCdH 유래 담도 세포를 사용하였다. 인간 및 기타 포유류의 1차 담즙 상피 세포는 체외에서 분리 및 증식하기 어렵기 때문에 담도 상피 모델링을 위해 화학적으로 파생된 간 전구세포(hCdHs)를 활용하였다. hCdH를 생성하기 위해, 우리는 최근 간행물(Y. Kim, K. Kang, S. B. Lee, D. Seo, S. Yoon, S. J. Kim, K. Jang, Y. K. Jung, K. G. Lee, V. M. Factor, J. Jeong, D. Choi, J Hepatol 2019, 70, 97.)에 설명된 대로 HGF의 존재하에 두개의 소분자 A83-01 및 CHIR99021을 사용한 조합 처리를 통해 건강한 기증자 간에서 분리된 성인 인간 간세포를 직접 이분화능 전구세포로 재프로그래밍하였다. 세포가 계대2가 되었을 때, 도 4a에 도시된 대로 담도 세포 분화 프로토콜을 적용하였다. Na-Taurocholate 및 CHIR99021을 포함하는 담도 세포 분화 배지 (CDM)에서 젤라틴 코팅 접시에서 2 주 동안 배양된 hCdHs는 면역 형광 (도 4b) 및 RT-qPCR 분석에 의해 입증된 바와 같이 주요 담즙 마커 CK7, CK19, AE2 및 CFTR의 현저한 유도를 나타냈다(도 4c). 이후에 hCdH-Chols로 지칭되는 hCdH 유래 담도 세포는 기능적 성숙도 획득과 일치하는 플루오레세인 다이아세테이트를 대사 할 수 있었다 (도 5a). 전체적 유전자 발현 프로파일링은 hCdHs의 분화 동안 담도 상피 표현형으로의 전사 변화를 확인하였다. hCdH-Chols의 유전자 발현 프로파일은 미분화 hCdHs보다 인간 담낭에 더 가깝게 군집되었다 (도 5b). 이러한 데이터는 튜브형 스캐폴드를 채워 기능성 담도 이식 구조물 제조를 위한 hCdH-Chols의 사용을 검증한다.In the preparation of the three-dimensional artificial tubular scaffold disclosed herein, hCdH-derived biliary cells were used. Because primary biliary epithelial cells from humans and other mammals are difficult to isolate and propagate in vitro, chemically derived hepatic progenitor cells (hCdHs) were utilized for biliary epithelial modeling. To generate hCdH, we used recent publications (Y. Kim, K. Kang, S. B. Lee, D. Seo, S. Yoon, S. J. Kim, K. Jang, Y. K. Jung, K. G. Lee, V. M. Factor, J. Jeong, D. Choi, J Hepatol 2019, 70, 97.) Directly converting adult human hepatocytes isolated from healthy donor livers into bipotent progenitor cells by combinatorial treatment with the two small molecules A83-01 and CHIR99021 in the presence of HGF as described in (2019, 70, 97). reprogrammed with When the cells reached passage 2, the biliary cell differentiation protocol was applied as shown in Figure 4a. hCdHs cultured for 2 weeks on gelatin-coated dishes in biliary cell differentiation medium (CDM) containing Na-Taurocholate and CHIR99021 expressed the major biliary markers CK7, CK19, as demonstrated by immunofluorescence (Figure 4b) and RT-qPCR analysis. , showed marked induction of AE2 and CFTR (FIG. 4c). hCdH-derived biliary cells, hereafter referred to as hCdH-Chols, were able to metabolize fluorescein diacetate consistent with the acquisition of functional maturity (Fig. 5a). Global gene expression profiling confirmed transcriptional changes to a biliary epithelial phenotype during differentiation of hCdHs. The gene expression profile of hCdH-Chols clustered closer to human gallbladder than undifferentiated hCdHs (Fig. 5b). These data validate the use of hCdH-Chols for the fabrication of functional biliary graft constructs by filling tubular scaffolds.

실시예 3Example 3

실험예 3 담도 세포 분화 강화를 위한 섬유층 형태의 최적화Experimental Example 3 Optimization of fibrous layer morphology for enhancing biliary cell differentiation

세포 행동의 조절에서 세포 접착 및 매트릭스의 역할을 감안하여, 섬유층에서의 성장이 hCdH-Chols의 분화 특성에 미치는 영향을 실험하였다. 이를 위해, hCdH는 재프로그래밍 배지에서 동일한 밀도 (106세포/cm2)로 준비되고 표준 플랫 접시 또는 전기 방사 섬유 스캐폴드에 플래이팅 되었다. 2일 후, 배지를 Na-Taurocholate 및 CHIR99021을 포함하는 담도 세포 분화 배지(CDM)으로 교체하여 14 일 동안 담도 세포 분화를 유도하였다(도 6a). Live/Dead 분석의 결과는 성장 조건의 차이가 세포 생존력에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 실험의 끝에서, 전기 방사된 섬유층에 플래이팅된 hCdH-Chol은 평평한 접시에서 배양된 세포보다 비슷하거나 약간 더 높은 생존력을 나타냈다(도 6b). 특히, 섬유층은 담도 세포 분화에 더 유리한 미세 환경을 제공했다. 섬유층에서 배양된 hCdH-Chols는 주요 마커 유전자 SSRT2, SCR, JAG1, TGR5, CK7, AE2, CFTR, CK19 및 AQP 1 (도 7a)의 훨씬 더 강한 발현을 나타냈다. 이와 일치하여, hCdH-Chols의 성장 속도 및 특성은 증식(Ki67) 및 전구(CD90, EpCAM) 마커 유전자 발현의 RT-qPCR 분석으로 판단했을 때 현저하게 감소했다(도 7a). 다음으로, hCdH-Chols의 기능적 특성에 대한 섬유층 구조의 효과를 평가했다. 일반적인 전기 방사 공정 동안 폴리머 용액의 농도와 표면 장력이 섬유 직경의 분포 범위를 정의한다는 점을 감안할 때(M. J. Dalby, N. Gadegaard, R. O. Oreffo, Nat Mater 2014, 13, 558), PCL 저농도 및 고농도 용액의 (각각 10 및 18 % w/v)의 섬유 직경에 대한 영향을 테스트했다. 낮은 농도의 PCL에서 섬유 직경은 1 마이크로 미터 내에 좁게 분포되어 있다 (도 8a-a). 이에 비해 고농도의 고분자 용액은 직경이 500 nm에서 5 μm 이상인 훨씬 두꺼운 섬유를 생성하여 도 8a-b와 같이 나노 섬유 (빨간색 화살표)와 마이크로 섬유 (파란색 화살표)를 모두 포함한다. 멀티 스케일 섬유로 구성된 매트는 서브 마이크로 미터 매트에 비해 확대된 마이크로 스케일 기공 네트워크로 인해 보다 친밀한 세포 대 세포 및 세포 대 매트릭스 상호 작용을 제공할 것으로 예상되었다(도 8b 및 c). 이 점을 입증하기 위해 우리는 각 매트에서 배양된 hCdH 및 hCdH-Chol을 주사 전자 현미경을 사용하여 관찰하였다. 나노 섬유 전용 매트에서 성장했을 때 hCdH는 섬유층 내로 확장되지 않았으며 세포 간 상호 작용이 최소화된 단일 세포로 표면에서 생존했다. 대조적으로, 멀티 스케일 매트(거친 매트)에서는, hCdHs와 특정 hCdH-Chols 모두 섬유층 네트워크 내에 더 잘 통합된 상당히 큰 클러스터를 형성했다 (도 9a). 이러한 결과는 RT-qPCR 및 이중 면역 형광 분석으로 확인되었으며, 이는 주요 담도 마커의 더 강력한 유도와 멀티 스케일 매트(거친 매트)에서 hCdH-Chols의 더 두드러진 확장을 확인하였다 (도 9b 및 c). 따라서 마이크로 및 나노 스케일의 섬유로 구성된 섬유층의 제조는 스캐폴드 다공성을 증가시켜 hCdH의 공간 구성과 담도 표현형으로의 분화 효율을 크게 향상시켰다.Given the role of cell adhesion and matrix in the regulation of cell behavior, the effect of growth on the fibrous layer on the differentiation properties of hCdH-Chols was tested. To this end, hCdH was prepared at the same density (10 6 cells/cm 2 ) in reprogramming medium and plated on standard flat dishes or electrospun fiber scaffolds. After 2 days, the medium was replaced with biliary cell differentiation medium (CDM) containing Na-Taurocholate and CHIR99021 to induce biliary cell differentiation for 14 days (Fig. 6a). The results of Live/Dead analysis showed that differences in growth conditions did not affect cell viability. At the end of the experiment, hCdH-Chol plated on electrospun fibrous layers showed comparable or slightly higher viability than cells cultured on flat dishes (Fig. 6b). In particular, the fibrous layer provided a more favorable microenvironment for biliary cell differentiation. hCdH-Chols cultured on the fibrous layer showed much stronger expression of the key marker genes SSRT2, SCR, JAG1, TGR5, CK7, AE2, CFTR, CK19 and AQP 1 (Fig. 7a). Consistent with this, the growth rate and characteristics of hCdH-Chols were significantly reduced as judged by RT-qPCR analysis of proliferative (Ki67) and progenitor (CD90, EpCAM) marker gene expression (Fig. 7a). Next, the effect of the fibrous layer structure on the functional properties of hCdH-Chols was evaluated. Given that the concentration and surface tension of the polymer solution during a typical electrospinning process define the range of fiber diameter distribution (MJ Dalby, N. Gadegaard, RO Orefo, Nat Mater 2014, 13, 558), PCL low- and high-concentration solutions of (10 and 18% w/v, respectively) on fiber diameter was tested. At low concentrations of PCL, the fiber diameters are narrowly distributed within 1 micrometer (Fig. 8a-a). In comparison, high-concentration polymer solutions produced much thicker fibers ranging from 500 nm to more than 5 μm in diameter, including both nanofibers (red arrows) and microfibers (blue arrows), as shown in Fig. 8a-b. Mats composed of multiscale fibers were expected to provide more intimate cell-to-cell and cell-to-matrix interactions due to the enlarged microscale pore network compared to submicrometer mats (Figures 8b and c). To demonstrate this point, we observed hCdH and hCdH-Chol cultured on each mat using a scanning electron microscope. When grown on nanofiber-only mats, hCdH did not extend into the fibrous layer and survived on the surface as single cells with minimal cell-to-cell interactions. In contrast, in multi-scale mats (rough mats), both hCdHs and specific hCdH-Chols formed significantly larger clusters that were better integrated within the fibrous layer network (Fig. 9a). These results were confirmed by RT-qPCR and double immunofluorescence analysis, which confirmed stronger induction of key biliary tract markers and more prominent expansion of hCdH-Chols in multiscale mats (rough mats) (Figure 9b and c). Therefore, the fabrication of the fibrous layer composed of micro- and nanoscale fibers greatly improved the spatial organization of hCdH and the differentiation efficiency into the biliary phenotype by increasing the scaffold porosity.

실시예 4Example 4

실험예 4 hCdH 유래 담도 세포를 이용한 인공 담도의 상피화Experimental Example 4 Epithelialization of artificial biliary tract using hCdH-derived biliary cells

다음으로, hCdH가 내부 전기 방사 섬유층으로 구성되고 안정성을 높이기 위해 미세 다공성 폼 층으로 둘러싸인 인공 담도 유사 구조 내부에 담도 상피를 부착 및 형성할 수 있는지 여부를 테스트했다. 이를 위해 튜브형 스캐폴드에 hCdH를 시딩하고 담도 세포 분화를 촉진하는 배지에서 14 일 동안 배양하였다. 두 관점에서 스캐폴드를 30 분 동안 칼세인 -AM으로 염색하고 형광 현미경으로 검사했다(도 10a). 결과는 튜브형 스캐폴드의 성공적인 상피화를 나타냈다. 즉, 전체 내부 표면 영역에 걸쳐 점차적으로 확장되는 녹색-칼세인 형광 신호의 점진적인 축적을 보여주었다(도 10a). 대조적으로, 음성 대조군으로 사용된 무세포 튜브형 구조는 어떠한 형광 신호도 나타내지 않았다(도 10a). 세포의 분화 상태를 평가하기 위해 내부 섬유층의 횡단면과 종단면을 준비하고 담도 세포 특이 단백질 CK19 및 CFTR에 대한 항체로 염색했다. 이중 면역 형광 염색은 이식된 세포가 담즙 상피 분화에 대한 능력을 유지하고 계통 특이적 마커 단백질의 발현을 증가시켰음을 보여주었다 (도 10b). 특히, 양성으로 염색된 세포는 조밀하게 패킹되고 튜브형 스캐폴드의 내부 표면에 완전히 콜로니화되었다(도 10b). 마지막으로 튜브형 스캐폴드를 분리하고 섬유층 및 다공성 폼층 각각에 대해 주사 전자 현미경을 통해 관찰하였다 (도 11). 예상대로, 세포는 내부 섬유층에만 채워졌고 (도 11a), 외부 층에는 없었다(도 11b). 이러한 데이터는 나노 및 마이크로 섬유의 무작위 혼합이 hCdH 부착, 증식 및 분화에 유리한 미세 환경을 제공하고 있음을 증명한다.Next, we tested whether hCdH could adhere and form biliary epithelium inside an artificial biliary-like structure composed of an inner electrospun fibrous layer and surrounded by a microporous foam layer to increase stability. To this end, the tubular scaffold was seeded with hCdH and cultured for 14 days in a medium promoting biliary cell differentiation. At both points, scaffolds were stained with Calcein-AM for 30 min and examined under a fluorescence microscope (FIG. 10A). Results indicated successful epithelialization of the tubular scaffold. That is, it showed a gradual accumulation of green-calcein fluorescence signal that gradually expanded over the entire inner surface area (Fig. 10a). In contrast, the cell-free tubular construct used as a negative control did not show any fluorescence signal (FIG. 10a). To evaluate the differentiation status of the cells, transverse and longitudinal sections of the inner fibrous layer were prepared and stained with antibodies against the biliary cell-specific proteins CK19 and CFTR. Double immunofluorescence staining showed that the transplanted cells retained the capacity for biliary epithelial differentiation and increased expression of lineage specific marker proteins (FIG. 10B). In particular, positively stained cells were densely packed and fully colonized on the inner surface of the tubular scaffold (FIG. 10B). Finally, the tubular scaffold was separated and each of the fiber layer and the porous foam layer was observed through a scanning electron microscope (FIG. 11). As expected, cells were populated only in the inner fibrous layer (FIG. 11A) and absent in the outer layer (FIG. 11B). These data prove that the random mixing of nano- and microfibers provides a favorable microenvironment for hCdH attachment, proliferation and differentiation.

실시예 5Example 5

실험예 5 자연 담도의 대체 가능성 평가Experimental Example 5 Evaluation of replacement possibility of natural bile duct

시험관 내 결과를 바탕으로 토끼 모델에서 총담관 결함을 복원하기 위해 바이오 프린팅 된 인공 담도 구조의 대체 가능성을 조사하였다. 건강한 총담관에서 5mm 길이의 세그먼트를 절제하여 결함을 생성하고 쉬운 추적을 위해 mCherry를 발현하는 hCdH-Chols로 채워진 전체 인공 CBD 구조(도 12a)를 잘라낸 10mm 조각으로 대체했다(도 14a). 작은 벽 두께(440 ~ 470 μm, 범위)에도 불구하고 그물 모양의 물체는 원래 총담관의 양쪽 끝단에 대한 취급 및 봉합을 견딜 수 있는 충분한 기계적 강도와 유연성을 가졌다 (도 14b). 토끼는 수술에서 살아 남았고, 첫날부터 움직이고, 먹고 정상적으로 행동했다 (도 12b). 동물이 이식된 인간 세포의 면역 거부를 완화하기 위해 면역 억제 약물 Prograf®를 투여 받았기 때문에 실험은 2 주 만에 종료되었다. 부검 동안 이식된 스캐폴드는 그 자리를 유지했고 토끼 총담관의 필수 부분으로 나타났다(도 14b). 병변 부위의 황변에도 불구하고(도 14b), 수술 후 3D 자기 공명 담관 조영술 (MRC)로 판단한 바와 같이 문합 부위를 통한 담즙 흐름이 유지되었다(도 15a). MRC는 또한 문합 부위에서 자연 도관이 약간 확장된 것 외에 비정상적인 담즙 축적을 나타내지 않았다 (도 15a). 수술 2주 후, 측정된 간 기능의 모든 혈액 매개 변수는 기준 값(표 1) 내에 유지되었다. Based on the in vitro results, the possibility of replacing bioprinted artificial bile duct constructs to restore common bile duct defects in a rabbit model was investigated. A 5 mm long segment was excised from a healthy common bile duct to create a defect, and the entire artificial CBD construct (FIG. 12A) filled with mCherry expressing hCdH-Chols was replaced with a cut 10 mm piece (FIG. 14A). Despite their small wall thickness (ranging from 440 to 470 μm), the mesh-like objects possessed sufficient mechanical strength and flexibility to withstand handling and suturing of both ends of the original common bile duct (Fig. 14b). Rabbits survived the surgery and moved, ate and behaved normally from day one (Fig. 12b). The experiment was terminated after 2 weeks as the animals received the immunosuppressive drug Prograf® to mitigate immune rejection of transplanted human cells. During necropsy, the implanted scaffold remained in place and appeared to be an integral part of the rabbit common bile duct (FIG. 14B). Despite yellowing of the lesion site (FIG. 14B), bile flow through the anastomosis site was maintained as judged by postoperative 3D magnetic resonance cholangiography (MRC) (FIG. 15A). MRC also showed no abnormal bile accumulation other than a slight dilatation of the natural conduits at the site of the anastomosis (FIG. 15A). Two weeks after surgery, all measured hematological parameters of liver function remained within baseline values (Table 1).

표1. 수술 전과 후의 토끼 혈액 검사 결과Table 1. Rabbit blood test results before and after surgery

Figure 112020107325521-pat00003
Figure 112020107325521-pat00003

그러나, 빌리루빈과 아스파르테이트 아미노트랜스퍼라제의 수준과 백혈구 수는 수술 전 값에 비해 각각 2.7 배, 1.6 배 및 2.4배 증가된 상태를 유지했다. 이러한 이상은 작은 크기의 동물에서 수행된 기술적으로 어려운 수술 중 약간의 담즙 누출, 약한 수술 후 염증 및 불충분한 치유 시간과 관련이 있을 가능성이 가장 크다. 문합 부위에서 준비된 담도의 두개골과 꼬리 부분에 대한 후속 조직학적 평가는 이식된 인공 담도 구조물이 천연 토끼 담도에 잘 연결되어 있음을 보여주었다(도 13a). 이중 면역 형광 염색은 또한 튜브형 스캐폴드를 채우는 mCherry- 발현 hCdH-Chol이 계통 특이적 마커 단백질 CK19 및 CK7을 발현함을 확인했다(도 15b 및 도 13b). 대조적으로, 무세포 3D 프린팅 구조로 이식된 두 토끼 중 어느 것도 5 일 이상 생존하지 못했다. 이러한 연구는 생체 내에서 총 담도의 기능을 복원하기 위해 생체 인쇄 담관 구조의 타당성을 입증한다.However, the levels of bilirubin and aspartate aminotransferase and leukocyte counts remained elevated 2.7-fold, 1.6-fold, and 2.4-fold, respectively, compared to preoperative values. These abnormalities are most likely related to slight bile leakage, mild postoperative inflammation, and insufficient healing time during technically challenging surgeries performed in small-sized animals. Subsequent histological evaluation of the cranial and caudal sections of the biliary tract prepared at the site of the anastomosis showed that the implanted artificial biliary tract construct was well connected to the native rabbit biliary tract (Fig. 13a). Double immunofluorescence staining also confirmed that the mCherry-expressing hCdH-Chol populating the tubular scaffolds expressed the lineage-specific marker proteins CK19 and CK7 (FIGS. 15B and 13B). In contrast, neither of the two rabbits implanted with the cell-free 3D printed construct survived longer than 5 days. These studies demonstrate the feasibility of bioprinted bile duct constructs to restore the function of the common bile duct in vivo.

Claims (9)

삼차원 인공 튜브형 스캐폴드에 있어서,
상기 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는
섬유형태의 생분해성 고분자 물질로 이루어진 내부 섬유층;
생체 적합성 고분자 물질로 이루어진 외부 다공성 폼층; 및
상기 생체 적합성 고분자 물질이 상기 섬유층의 섬유 사이에 삽입되어 두 층이 융합되어 있는 융합층;을 포함하며,
상기 섬유층은 하나 이상의 세포와 직경이 다른 두 개 이상의 섬유를 포함하고,
상기 다공성 폼층은 하나 이상의 기공을 포함하고,
상기 융합층은 상기 내부 섬유층과 상기 외부 다공성 폼층 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드.
In the three-dimensional artificial tubular scaffold,
The three-dimensional artificial tubular scaffold
An inner fibrous layer made of a fibrous biodegradable polymer material;
An external porous foam layer made of a biocompatible polymeric material; and
A fusion layer in which the biocompatible polymer material is inserted between the fibers of the fibrous layer and the two layers are fused,
The fibrous layer includes one or more cells and two or more fibers having different diameters,
The porous foam layer includes one or more pores,
The fusion layer is a three-dimensional artificial tubular scaffold, characterized in that located between the inner fibrous layer and the outer porous foam layer.
제1항에 있어서,
상기 섬유층은 섬유의 직경이 1 micrometer 미만인 섬유와 1 micrometer 이상인 섬유를 함께 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드.
According to claim 1,
The fibrous layer is a three-dimensional artificial tubular scaffold, characterized in that it comprises fibers with a diameter of less than 1 micrometer and fibers with a diameter of 1 micrometer or more.
제1항에 있어서,
상기 세포는 HGF, A83-01 및 CHIR99021를 포함하는 인간 성체 간세포의 간 전구세포로의 리프로그래밍 배지 조성물에 의해 리프로그래밍된 간 전구세포를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드.
According to claim 1,
The three-dimensional artificial tubular scaffold, characterized in that the cells include hepatic progenitor cells reprogrammed by a reprogramming medium composition of human adult hepatocytes to hepatic progenitor cells including HGF, A83-01 and CHIR99021.
제1항에 있어서,
상기 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드는 인공 담도인 것을 특징으로 하는 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드.
According to claim 1,
The three-dimensional artificial tubular scaffold is a three-dimensional artificial tubular scaffold, characterized in that the artificial biliary tract.
제1항의 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 제조 방법에 있어서,
상기 방법은 아래의 단계를 포함하며,
(a) 수용성 고분자 물질을 이용하여 튜브형 3D 템플릿을 제조하는 단계;
(b) 생분해성 고분자 물질을 섬유형태로 튜브형 3D 템플릿 위에 전기 방사하는 단계;
(c) (b)단계에서 만들어진 물질을 염이 분산되어 있는 생체적합성 고분자 용액에 침지하는 단계;
(d) (c)단계에서 만들어진 물질을 건조 후 물에 침지시키는 단계; 및
(e) 섬유층에 세포를 시딩하는 단계,
상기 (d)단계는 물 침지를 통한 염 침출 및 (a)단계에서 제조된 템플릿 제거를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항의 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 제조 방법.
In the method of manufacturing the three-dimensional artificial tubular scaffold of claim 1,
The method includes the following steps,
(a) preparing a tubular 3D template using a water-soluble polymer;
(b) electrospinning a biodegradable polymer material in the form of fibers onto a tubular 3D template;
(c) immersing the material made in step (b) in a biocompatible polymer solution in which salt is dispersed;
(d) immersing the material made in step (c) in water after drying; and
(e) seeding the cells into the fibrous layer;
The method of manufacturing the three-dimensional artificial tubular scaffold of claim 1, wherein step (d) comprises salt leaching through water immersion and removal of the template prepared in step (a).
제5항에 있어서,
상기 (a)단계의 수용성 고분자 물질은 폴리 비닐 알코올인 것을 특징으로 하는 제1항의 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 제조 방법.
According to claim 5,
The method for manufacturing a three-dimensional artificial tubular scaffold according to claim 1, wherein the water-soluble polymer material in step (a) is polyvinyl alcohol.
제5항에 있어서,
상기 (b)단계의 고분자 물질은 PCL인 것을 특징으로 하는 제1항의 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 제조 방법.
According to claim 5,
The method of manufacturing the three-dimensional artificial tubular scaffold of claim 1, wherein the polymer material in step (b) is PCL.
제5항에 있어서,
상기 (c)단계의 고분자 용액은 폴리 우레탄 용액인 것을 특징으로 하는 제1항의 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 제조 방법.
According to claim 5,
The method of manufacturing the three-dimensional artificial tubular scaffold of claim 1, wherein the polymer solution in step (c) is a polyurethane solution.
제5항에 있어서,
상기 세포는 HGF, A83-01 및 CHIR99021를 포함하는 인간 성체 간세포의 간 전구세포로의 리프로그래밍 배지 조성물에 의해 리프로그래밍된 간 전구세포를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항의 삼차원 인공 튜브형 스캐폴드 제조 방법.
According to claim 5,
The cells are prepared from the three-dimensional artificial tubular scaffold of claim 1, characterized in that they contain hepatic progenitor cells reprogrammed by a reprogramming medium composition of human adult hepatocytes into hepatic progenitor cells containing HGF, A83-01 and CHIR99021. method.
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