KR20160017441A - 다공성 지지체 및 그 제조방법 - Google Patents

다공성 지지체 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160017441A
KR20160017441A KR1020140100959A KR20140100959A KR20160017441A KR 20160017441 A KR20160017441 A KR 20160017441A KR 1020140100959 A KR1020140100959 A KR 1020140100959A KR 20140100959 A KR20140100959 A KR 20140100959A KR 20160017441 A KR20160017441 A KR 20160017441A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
porous support
porogen
support
curing
mixed solution
Prior art date
Application number
KR1020140100959A
Other languages
English (en)
Inventor
성종환
심규영
이반야
최낙원
김범상
최인욱
하상근
Original Assignee
홍익대학교 산학협력단
한국식품연구원
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 홍익대학교 산학협력단, 한국식품연구원, 한국과학기술연구원 filed Critical 홍익대학교 산학협력단
Priority to KR1020140100959A priority Critical patent/KR20160017441A/ko
Publication of KR20160017441A publication Critical patent/KR20160017441A/ko

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/06Ointments; Bases therefor; Other semi-solid forms, e.g. creams, sticks, gels
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14Macromolecular materials
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14Macromolecular materials
    • A61L27/22Polypeptides or derivatives thereof, e.g. degradation products
    • A61L27/222Gelatin
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14Macromolecular materials
    • A61L27/22Polypeptides or derivatives thereof, e.g. degradation products
    • A61L27/227Other specific proteins or polypeptides not covered by A61L27/222, A61L27/225 or A61L27/24
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14Macromolecular materials
    • A61L27/26Mixtures of macromolecular compounds
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/52Hydrogels or hydrocolloids
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/56Porous materials, e.g. foams or sponges
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2400/00Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/08Methods for forming porous structures using a negative form which is filled and then removed by pyrolysis or dissolution
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00Materials or treatment for tissue regeneration

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

본 발명은 다공성 지지체의 제조방법 및 이에 의한 다공성 지지체에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 지지체의 제조 방법은 포로젠(porogen) 물질 및 젤라틴 메타크릴레이트를 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계; 상기 혼합용액을 경화하여, 상기 젤라틴 메타크릴레이트가 가교되고 상기 포로젠 물질을 함유하는 지지체를 형성하는 단계; 및 상기 지지체를 포로젠 용해성 물질로 세정하여 상기 지지체로부터 상기 포로젠 물질을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

다공성 지지체 및 그 제조방법{POROUS SUPPORT SYSTEM AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 다공성 지지체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
하이드로젤은 고분자로 이루어진 3D 네트워크 형태로 많은 양의 수분을 흡수할 수 있다. 하이드로젤은 다양한 종류가 존재하며, 종류에 따라 높은 수분 흡수량과 우수한 생분해성, 약물과 영양분의 저장 공간 확보 및 세포의 부동화, 세포의 부착 및 조직의 생성을 증진시키기 위해 적합한 기계적 강도 등으로 인해 조직 공학 및 의공학 연구에 널리 사용되고 있다.
하이드로젤 지지체 내에서 세포를 배양 시 영양분 및 산소의 원활한 이동을 통한 공급을 위해 하이드로젤 지지체에는 다공성이 요구된다. 그러나, 전통적인 기술은 다공성을 도입하는 과정이 세포 친화적이지 않아서 제조 과정에서 세포를 죽이는 경우가 많아 조직공학 목적에 사용하기에 적합하지 않은 문제점이 있다. 예를 들어, 낮은 압력과 탈수현상이 동반되는 동결건조법이나, 많은 양의 유기용매가 사용되는 에멀션 주조법은 세포독성이 있고, 세포 친화적이지 않다.
또한, 기존의 하이드로젤 지지체는 다공성을 가지고 있다고 하더라도 3차원 가교 구조로 제조된 후에 다공성을 정밀하게 제어하기가 어렵다. 하이드로젤 내부에서 세포를 배양할 경우 세포에 공급되는 산소와 영양분의 속도와 농도를 정밀하게 조절하는 것이 필요하고, 따라서 하이드로젤 내부의 기공 크기 및 공극도를 조절하여 확산 속도를 제어할 수 있게 하는 것이 필요하며, 특히 미세유체 칩 내부에서 공극 크기 및 공극도를 조절하여 하이드로젤을 제작할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 세포 친화적이고, 치료목적 내지 사용목적에 맞는 기공 크기, 공극도, 형태 및 구조를 갖는 다공성 지지체의 제조방법 및 이에 의한 다공성 지지체를 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 포로젠(porogen) 물질 및 젤라틴 메타크릴레이트를 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계; 상기 혼합용액을 경화하여, 상기 젤라틴 메타크릴레이트가 가교되고 상기 포로젠 물질을 함유하는 지지체를 형성하는 단계; 및 상기 지지체를 포로젠 용해성 물질로 세정하여 상기 지지체로부터 상기 포로젠 물질을 제거하는 단계;를 포함하는 다공성 지지체의 제조 방법을 제공한다.
상기 포로젠 물질 및 상기 젤라틴 메타크릴레이트의 혼합 비율을 조절하여, 상기 다공성 지지체의 공극도, 기공의 크기 또는 이 둘 모두를 제어하는 것일 수 있다.
상기 포로젠 물질은, 상기 혼합용액 중 0 중량% 초과 50 중량% 이하인 것일 수 있다.
상기 포로젠 물질이 상기 혼합용액 중 0 중량% 초과 10 중량% 이하일 때 상기 다공성 지지체의 기공의 크기는 2 ㎛ 내지 10 ㎛이고, 상기 포로젠 물질이 상기 혼합용액 중 10 중량% 내지 30 중량%일 때 상기 다공성 지지체의 기공의 크기는 10 ㎛ 내지 50 ㎛인 것일 수 있다.
상기 포로젠 물질이 상기 혼합용액 중 10 중량% 내지 30 중량%일 때 상기 다공성 지지체의 공극도는 35% 내지 50%인 것일 수 있다.
상기 포로젠 물질은, 젤라틴, 콜라겐, 키토산, 엘라스틴, 히알루론산, 헤파린, 알지네이트, 셀룰로오스, 덱스트란, 덱스트란 설페이트, 콘드로이틴 설페이트, 케라탄 설페이트, 더마탄 설페이트, 알지네이트, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리[(락틱-co-(글리콜산)) (PLGA), 폴리[(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트)(PHBV), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄) (PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)](PVOH), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스티렌(PS) 및 폴리아닐린(PAN)으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 생체적합성 고분자 또는 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 젤라틴 메타크릴레이트는, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA), N-부틸(메타)아크릴레이트(N-butyl(meth)acrylate), 메틸(메타)아크릴레이트[methyl(meth)acrylate], 에틸(메타)아크릴레이트[ethyl(meth)acrylate], 아이소보닐(메타)아크릴레이트[isobornyl(meth)acrylate], 사이클로헥실(메타)아크릴레이트[cyclohexyl(meth)acrylate], 하이드록시에틸 메타아크릴레이트(hydroxyethyl methacrylate), 하이드록시프로필 메타크릴레이트(hydroxypropyl methacrylate), N-메틸아크릴아미드(N-methyl acrylamide)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 경화는, 열경화, 광경화, 및 UV경화로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나에 의하는 것일 수 있다.
상기 경화는, 10 mW/cm2 내지 20 mW/cm2의 세기에서 300 nm내지 400 nm의 UV 광을 조사하여 경화하는 것일 수 있다.
상기 경화 시간을 조절하여, 상기 다공성 지지체의 공극도, 기공의 크기 또는 이 둘 모두를 제어하는 것일 수 있다.
상기 포로젠 용해성 물질은, 물, 인산염 완충 식염 용액(Phosphate Buffered Saline; PBS), Tris 완충액, Tris/EDTA 완충액 및 시트르산염 완충액으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 세정하는 단계는, 상기 경화에서 가교되지 않은 포로젠이 용해되어 제거되는 것일 수 있다.
상기 지지체를 포로젠 용해성 물질로 세정하는 시간을 조절하여, 상기 다공성 지지체의 공극도, 기공의 크기 또는 이 둘 모두를 제어하는 것일 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 본 발명의 제1 측면에 따른 방법에 의하여 제조되는 다공성 지지체를 제공한다.
본 발명의 다공성 지지체의 제조방법 및 이에 의한 제조된 다공성 지지체는, 기공 크기, 공극도, 형태 및 구조를 조절할 수 있어 치료목적 내지 사용목적에 알맞게 임상에 응용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 세포에 영향을 주지 않는 방법으로 하이드로젤의 공극도를 높일 수 있어 산소 및 영양분의 이동을 원활하게 할 수 있어 조직공학 및 의공학 연구 시 세포의 3차원 배양을 위한 지지체(스캐폴드)로 사용이 가능하다. 그리고, 세포 친화적인 성분을 가지고 있어 대부분의 인간 세포가 잘 배양될 수 있어 조직 배양에 이용되기 용이하며, 인공 조직을 배양하기 위한 스캐폴드로 사용되어 조직 공학 및 의공학 연구에 활용 가치가 높으며, 장기 기능 손상 시 치료 또는 질병 연구를 위한 모델 시스템으로 활용할 수 있다. 또한, 미세유체 칩 내부에서 세포 환경을 보다 정밀하게 조절할 수 있어 조직의 배양과 성장 가능성을 높일 수 있고, 타겟 장기 조직 별로 맞춤형 스캐폴드를 제작할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 다공성 지지체의 제조 과정을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 다공성 지지체의 제조 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다공성 지지체를 이용한 미세유체 칩의 제조 과정을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 지지체를 이용한 미세유체 칩의 외형 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 미세유체 칩 내에 형광물질을 주입한 후 시간대별로 측정한 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 미세유체 칩의 시간대별 상대 세기 그래프이다.
도 7의 (a)는 본 발명의 비교예에 따른 지지체의 표면 SEM 사진이다.
도 7의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 지지체의 표면 SEM 사진이다.
도 8의 (a)는 본 발명의 비교예에 따른 지지체에 헬라 셀을 배양한 후 헬라 셀의 live 분석 이미지이다.
도 8의 (b)는 본 발명의 비교예에 따른 지지체에 헬라 셀을 배양한 후 헬라 셀의 dead 분석 이미지이다.
도 8의 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 지지체에 헬라 셀을 배양한 후 헬라 셀의 live 분석 이미지이다.
도 8의 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 지지체에 헬라 셀을 배양한 후 헬라 셀의 dead 분석 이미지이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 다공성 지지체의 제조방법 및 이에 의한 다공성 지지체에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 포로젠(porogen) 물질 및 젤라틴 메타크릴레이트를 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계; 상기 혼합용액을 경화하여, 상기 젤라틴 메타크릴레이트가 가교되고 상기 포로젠 물질을 함유하는 지지체를 형성하는 단계; 및 상기 지지체를 포로젠 용해성 물질로 세정하여 상기 지지체로부터 상기 포로젠 물질을 제거하는 단계;를 포함하는 다공성 지지체의 제조 방법을 제공한다.
포로젠은 다공성 재료를 생성하기 위해 사용할 수 있는 임의의 구조 물질을 말한다. 포로젠의 형상은 거의 구형; 완전한 구형; 타원형; 다면체; 삼각형; 피라미드형; 정사각형, 직사각형, 평행사변형, 사다리꼴, 마름모꼴 등의 사변형; 및 다각 형상의 기타 형태;를 포함할 수 있다.
포로젠은 포로젠 스캐폴드의 형성을 허용하는데 충분한 두께를 가질 수 있다. 포로젠은 임의의 두께일 수 있고, 포로젠의 두께는 의도하는 목적에 유용한 포로젠 다공성 지지체를 만드는데 충분하다.
상기 포로젠 물질 및 상기 젤라틴 메타크릴레이트의 혼합 비율을 조절하여, 상기 다공성 지지체의 공극도, 기공의 크기 또는 이 둘 모두를 제어하는 것일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 다공성 지지체의 제조 과정을 나타낸 순서도이다. 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 다공성 지지체의 제조 과정을 설명한다.
먼저, 포로젠(porogen) 물질 및 젤라틴 메타크릴레이트를 포함하는 혼합용액을 제조한다 (S110).
상기 포로젠 물질은, 상기 혼합용액 중 0 중량% 초과 50 중량% 이하인 것일 수 있다. 혼합용액이 포로젠 물질을 포함하지 않는 경우, 다공성 지지체를 세정하는 과정에서 경화되지 않은 젤라틴 메타크릴레이트가 일부 빠져나가서 기공이 발생할 수는 있으나, 포로젠 물질을 이용하여 발생한 기공이 아니기 때문에 곡극율 및/또는 공극의 크기의 제어가 불가능하다. 상기 포로젠 물질이 상기 혼합용액 중 50 중량% 초과인 경우 혼합용액의 점도가 높아져서 유동성이 저하되어 미세유체칩 내로 주입하는 과정에 문제가 발생하여 공정 생산성이 낮아지는 문제 및 지지체를 세정하는 과정에서 지지체가 무너져버리는 문제점이 있을 수 있고, 지지체 형태의 제어가 곤란한 문제점이 있을 수 있다.
상기 포로젠 물질이 상기 혼합용액 중 0 중량% 초과 10 중량% 이하일 때 상기 다공성 지지체의 기공의 크기는 2 ㎛ 내지 10 ㎛이고, 상기 포로젠 물질이 상기 혼합용액 중 10 중량% 내지 30 중량%일 때 상기 다공성 지지체의 기공의 크기는 10 ㎛ 내지 50 ㎛인 것일 수 있다.
상기 포로젠 물질이 상기 혼합용액 중 10 중량% 내지 30 중량%일 때 상기 다공성 지지체의 공극도는 35% 내지 50%인 것일 수 있다.
상기 포로젠 물질은, 천연 또는 합성, 무기 또는 유기 물질을 포함할 수 있다. 상기 포로젠 물질은, 예를 들어, 천연 및 합성 염 및 이의 유도체, 천연 및 합성 세라믹 및/또는 이의 유도체, 천연 및 합성 당 및 이의 유도체, 천연 및 합성 폴리사카라이드 및 이의 유도체, 천연 및 합성 왁스 및 이의 유도체, 천연 및 합성 물질 및 이의 유도체, 천연 및 합성 계면활성제 및 이의 유도체, 천연 및 합성 유기 고체 및 이의 유도체, 천연 및 합성 수용성 고체 및 이의 유도체, 및/또는 천연 및 합성 폴리머 및 이의 유도체, 이의 복합물, 및/또는 이의 결합물을 포함한다.
천연 또는 합성 염 및 이의 유도체는 음이온 및 양이온으로 구성되어 생성물이 전기적으로 중성인 이온성 화합물을 나타낸다. 염의 성분 이온은 단원자 이온 또는 다원자 이온뿐만 아니라 무기 또는 유기 이온일 수 있다. 일반적인 염-형성 양이온은 제한 없이 암모늄 NH4 +, 칼슘 Ca2 +, 철 Fe2 + 및 Fe3 +, 마그네슘 Mg2 +, 칼륨 K+, 피리디움 C5H5NH+, 제4 암모늄 NR4 + 및 나트륨 Na+를 포함한다. 일반적인 염-형성 음이온은 제한 없이 아세테이트 CH3COO-, 카보네이트 CO3 2 -, 클로라이드 Cl-, 시트레이트 HOC(COO-)(CH2COO-)2, 시아니드 C=N-, 히드록시드 OH-, 니트레이트 NO3 -, 니트라이트 NO2 -, 옥사이드 O2 -, 포스페이트 PO4 3 - 및 설페이트 SO4 2 -를 포함하며, 비-제한적 염의 예로는 코발트 클로라이드, 헥사하이드레이트, 구리 설페이트 펜타하이드레이트, 철 헥사시아노페라이트, 납 디아세테이트, 마그네슘 설페이트, 망간 디옥사이드, 수은 설파이드, 모노나트륨 글루타메이트, 니켈 클로라이드 헥사하이드레이트, 칼륨 비타르트레이트, 칼륨 클로라이드, 칼륨 디크로메이트, 칼륨 플루오라이드, 과망간산칼륨, 나트륨 알지네이트, 나트륨 설페이트 및/또는 이의 혼합물을 포함한다.
천연 또는 합성 당 및 이의 유도체는 1개 내지 10개의 모노사카라이드 유닛, 예를 들면 모노사카라이드, 디사카라이드, 트리사카라이드 및 4개 내지 10개의 모노사카라이드 유닛을 포함하는 올리고사카라이드를 말한다. 모노사카라이드는 모 노사카라이드가 (퍼텐셜) 카르보닐 기를 갖는다는 조건에서 3개 이상의 탄소 원자를 갖는 폴리히드록시 알데하이드 또는 폴리히드록시 케톤이며, 고리 형태, 데옥시 당 및 아미노 당뿐만 아니라 알도스, 디알도스, 알도케토스, 케토스 및 디케토스 및 이의 유도체들을 포함한다. 올리고사카라이드는 적어도 2개의 모노사카라이드 염이 글리코시드 결합으로 연결되는 화합물이다. 유닛의 갯수에 따르면 디사카라이드, 트리사카라이드, 테트라사카라이드, 펜타사카라이드, 헥스사카라이드, 헵트사카라이드, 옥트사카라이드, 모노사카라이드, 데코사카라이드 등이 있다. 올리고사카라이드는 비분지쇄형, 분지쇄형 또는 환형일 수 있다. 당의 비-제한적인 예는 모노사카라이드, 예를 들어, 예를 들면 트리오스, 예를 들어, 글리세르알데하이드 및 디하이드록시아세톤; 테트로스, 예를 들어, 에리트로스, 트레오스 및 에리트룰로스; 펜토스, 예를 들어, 아라비노스, 락소오스, 리보스, 크실로오스, 리불로스, 크실루로스; 헥소오스, 예를 들어, 알로스, 알트로스, 갈락토스, 글루코스, 굴로스, 아이도스, 만노스, 탈로스, 플럭토스, 피시코스, 소르보스, 타가토스, 푸코스, 람노스; 헵토스 예를 들어, 세도헵툴로스 및 만노헵툴로스; 옥토오스, 예를 들어, 옥툴로스 및 2-케토-3-데옥시-만노-옥토네이트; 노노스 예를 들어, 시라로스; 및 데코스; 및 올리고사카라이드, 예를 들어, 예를 들면 디사카라이드, 예를 들어, 수크로스, 락토스, 말토스, 트레할로스, 셀로비오스, 젠티오비오스, 코지비오스, 라미나티비오스, 만노비오스, 멜리비오스, 니게로스, 루티노스 및 자일로비오스; 트리사카라이드 예를 들어, 라피노스, 아카르보스, 말토트리오스 및 멜레지토스 및/또는 이의 혼합물을 포함한다. 또한 당은 당 대용물, 예를 들어, 아세설팜 칼륨, 알리탐, 아스파르탐, 아세설팜, 시크라메이트, 둘신, 글루신, 네오헤스페리딘 디하이드로찰콘, 네오탐, 사카린 및 수크랄로스를 포함한다.
천연 또는 합성 폴리사카라이드 및 이의 유도체는 글리코사이드 결합으로 연결된 디사카라이드 유닛의 모노사카라이드를 10회 이상 반복한 것을 포함하는 폴리머 카르보하이드레이트 화합물을 나타낸다. 폴리사카라이드는 직쇄형일 수 있거나 또는 여러 종류의 가지형을 함유할 수 있다. 구조에 따라서 이러한 모노사카라이드는 이들의 모노사카라이드 빌딩 블록으로부터의 별개의 특성들을 가질 수 있다. 이들은 수 중에서 비결정성 또는 심지어 불용성일 수 있다. 폴리사카라이드에서의 모든 모노사카라이드가 동일한 형태인 경우 폴리사카라이드를 호모폴리사카라이드라고 하며, 모노사카라이드의 하나 이상의 타입이 존재하는 경우에는 헤테로폴리사카라이드라고 한다. 폴리사카라이드의 비-제한적인 예로는 아밀로스; 셀룰로스; 셀룰로스 유도체(예를 들어, FICOLL, 알킬셀룰로스, 카르복시 셀룰로소, 메틸 셀룰로스, 카르복시메틸 셀룰로스, 헤미셀룰로스, 히드록시에틸 셀룰로스, 히드록시프로필 셀룰로스, 히드록시에틸 메틸 셀룰로스, 히드록시프로필 메틸 셀룰로스); 키틴; 키토산; 덱스트란(예를 들어, 덱스트란 1K, 덱스트란 4K, 덱스트란 40K, 덱스트란 60K 및 덱스트란 70K); 덱스트린; 글리코겐; 인슐린; 글루코스아미노글리칸(예를 들어, 콘드로틴 설페이트, 케라틴 설페이트, 헤파린 설페이트, 알긴산, 히알루론산); 펙틴; 풀루란; 전분; 헤타스타치; 전분 유도체(예를 들어, 히드록시메틸 전분, 히드록시에틸 전분, 히드록시프로필 전분, 히드록시부틸 전분 및 히드록시펜틸 전분); 잔탄; 및 이의 염들을 있다.
천연 또는 합성 금속 및 이의 유도체는 고 전기 도전율이 특징인 원소, 화합물 또는 합금을 나타낸다. 합금은 주요 성분이 금속인 고용체 중 두 개 이상의 원소의 혼합물이다. 금속은 비금속, 철 금속, 노블 금속 또는 귀금속일 수 있다. 금속의 비-제한적인 예로는 알칼리 금속, 예를 들어, 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘 및 프란슘; 전이 금속, 예를 들어, 아연, 몰리브뎀, 카드뮴, 스칸듐, 티타늄, 바나디움, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 테크네튬, 루테늄, 로듐, 팔라디움, 은, 하프늄, 탄탈륨, 텅스텐, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금, 금, 수은, 러더퍼듐, 두브늄, 세보리움, 보륨, 하슘, 마이트네륨, 다름스타티움, 뢴트게늄 및 코페르니슘; 전이후 금속, 예를 들어, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 주석, 탈륨, 리드, 비스무스, 우눈트륨, 우눈큐아듐, 우눈펜튬 및 우눈헥슘; 란타노이드, 예를 들어, 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀 및 루테튬; 및 액티니드, 예를 들어, 악티늄, 토륨, 프로트악티늄, 우라늄, 넵투늄, 플루토늄, 아메리슘, 퀴륨, 버클륨, 칼리포르늄, 아인시타이늄, 페르뮴, 멘델레븀, 노벨륨 및 로렌슘이 있다.
천연 또는 합성 계면활성제 및 이의 유도체는 유기 용매 및 물 둘 다 중에서 가용성인 양친매성의 유기 화합물을 나타낸다. 계면활성제는 이에 제한하지 않지만 이온성 계면활성제, 예를 들어, 양이온성 계면활성제(4차 암모늄 양이온을 기초로 함) 및 음이온성 계면활성제(설페이트, 설포네이트 또는 카르복실레이트 음이온을 기초로 함), 양성이온(양쪽성) 계면활성제 및/또는 비-이온성 계면활성제를 포함한다. 계면활성제의 비-제한적인 예로는 음이온성 계면활성제, 예를 들어, 퍼플루오로옥타노에이트(PFOA 또는 PFO), 퍼플루오로옥탄설포네이트(PFOS), 나트륨 도데실 설페이트(SDS), 암모늄 라우릴 설페이트 및 기타 알킬 설페이트 염, 나트륨 라우릴 에테르 설페이트(SLES)로도 또한 알려져 나트륨 라우레스 설페이트, 알킬 벤젠 설포네이트, 비누 및 지방산 염; 양이온성 계면활성제, 예를 들어, 헥사데실 트리메틸 암모늄 브로마이드라고도 또한 알려져 있는 세틸 트리메틸암모늄 브로마이드(CTAB), 및 다른 알킬트리메틸암모늄 염, 세틸피리디움 클로라이드(CPC), 폴리에톡실화 우지 아민(POEA), 벤즈 알코늄 클로라이드(BAC), 벤즈에토늄 클로라이드(BZT); 양성이온성 계면활성제, 예를 들어, 도데실 벤타민, 코카미도프로필 베타인, 코코 암포 글리시네이트; 및 비이온성 계면활성제, 예를 들어, 수크로스 모노라우레이트, 나트륨 콜레이트, 도데실 디메틸아민 옥사이드, 알킬 나프탈렌 설포네이트(ANS), 알킬 폴리(에틸렌 옥사이드), 알킬페놀 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(에틸렌 옥사이드) 및 폴리(프로필렌 옥사이드) 코-폴리머, 폴록사머(Poloxamers) 또는 폴록사민(Poloxamines)이라고도 알려져 있는 것으로서, 예를 들면 폴록사머 124(PLURONIC®L44), 폴록사머 181(PLURONIC®L61), 폴록사머 182(PLURONIC®L62), 폴록사머 184(PLURONIC®L64), 폴록사머188(PLURONIC®F68), 폴록사머 237(PLURONIC®F87), 폴록사머 338(PLURONIC®L108) 및 폴록사머 407(PLURONIC®F127), 알킬 폴리글루코사이드, 예를 들면 옥틸 글루코사이드 및 데실 말토사이드, 지방 알콜, 예를 들면 세틸알콜 및 올레일 알콜, 코카마이드 MEA, 코카마이드 DEA, 폴리솔베이트, 예를 들면 폴리솔베이트 20(TWEEN®20), 폴리솔베이트 40(TWEEN®40), 폴리솔베이트 60(TWEEN®60), 폴리솔베이트 61(TWEEN®61), 폴리솔베이트65(TWEEN®65), 폴리솔베이트 80(TWEEN®80) 및 폴리솔베이트 81(TWEEN®81); 폴리옥시에틸렌글리콜 에테르, 예를 들어, BRIJ®30 및 BRIJ®35; 2-도데코시에탄올(LUBROL®PX); 폴리옥시에틸렌 옥틸 페닐 에테르(TRITON®X-100); 나트륨 도데실 설페이트(SDS); 3-[(3-콜아미도프로필)디메틸암모니오]-1-프로판설포네이트(CHAPS); 및 3-[(3-콜라미도프로필)디메틸 암모니오]-2-히드록시-1-프로판설포네이트(CHAPSO)가 있다.
상기 포로젠 물질은, 젤라틴, 콜라겐, 키토산, 엘라스틴, 히알루론산, 헤파린, 알지네이트, 셀룰로오스, 덱스트란, 덱스트란 설페이트, 콘드로이틴 설페이트, 케라탄 설페이트, 더마탄 설페이트, 알지네이트, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리[(락틱-co-(글리콜산)) (PLGA), 폴리[(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트)(PHBV), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄) (PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)](PVOH), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스티렌(PS) 및 폴리아닐린(PAN)으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 생체적합성 고분자 또는 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 젤라틴 메타크릴레이트는, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA), N-부틸(메타)아크릴레이트(N-butyl(meth)acrylate), 메틸(메타)아크릴레이트[methyl(meth)acrylate], 에틸(메타)아크릴레이트[ethyl(meth)acrylate], 아이소보닐(메타)아크릴레이트[isobornyl(meth)acrylate], 사이클로헥실(메타)아크릴레이트[cyclohexyl(meth)acrylate], 하이드록시에틸 메타아크릴레이트(hydroxyethyl methacrylate), 하이드록시프로필 메타크릴레이트(hydroxypropyl methacrylate), N-메틸아크릴아미드(N-methyl acrylamide)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
이어서, 상기 혼합용액을 경화하여, 상기 젤라틴 메타크릴레이트가 가교되고 상기 포로젠 물질을 함유하는 지지체를 형성한다 (S120).
상기 경화하는 단계는, 열경화, 광경화, 및 UV경화로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나에 의하는 것일 수 있다. 상기 경화에 의해 다공성 지지체를 가교결합 할 수 있다. 가교결합은 하나의 중합반응기가 다른 중합반응기에 공유결합으로 연결된 것을 의미하는 것으로, 본 발명에서는 메타크릴레이트와 메타크릴레이트 간 결합하는 것이다.
상기 경화하는 단계는, 예를 들어, 10 mW/cm2 내지 20 mW/cm2의 세기에서 300 nm내지 400 nm의 UV 광을 조사하여 경화하는 것일 수 있다.
상기 경화 시간을 조절하여, 상기 다공성 지지체의 공극도, 기공의 크기 또는 이 둘 모두를 제어하는 것일 수 있다. 상기 경화 시간이 짧은 경우 젤라틴 메타크릴레이트가 가교되는 시간이 짧아 지지체로부터 포로젠 물질이 쉽게 빠져나오게 되어 상기 다공성 지지체의 공극도, 기공의 크기 또는 이 둘 모두가 높아지게 되고, 상기 경화 시간이 긴 경우 젤라틴 메타크릴레이트가 가교되는 시간이 길어지게 되어 지지체로부터 포로젠 물질이 쉽지 않기 때문에 상기 다공성 지지체의 공극도, 기공의 크기 또는 이 둘 모두가 낮아지게 된다.
예를 들어, 상기 경화 시간이 20초 내지 30초일 때 상기 다공성 지지체의 기공의 크기는 2 ㎛ 내지 4 ㎛일 수 있다.
이어서, 상기 지지체를 포로젠 용해성 물질로 세정하여 상기 지지체로부터 상기 포로젠 물질을 제거한다 (S130).
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 다공성 지지체의 제조 과정을 나타내는 모식도이다. 도 2를 참조하면, 지지체(100)는 포로젠 물질(110) 및 젤라틴 메타크릴레이트(120)를 포함하고, 포로젠 용해성 물질로의 세정에 의해 지지체(100)로부터 포로젠 물질(110)을 제거하여 다공성 지지체(100')가 형성될 수 있다.
상기 포로젠 용해성 물질은, 물, 인산염 완충 식염 용액(Phosphate Buffered Saline; PBS), Tris 완충액, Tris/EDTA 완충액 및 시트르산염 완충액으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 세정하는 단계는, 상기 경화하는 단계에서 가교되지 않은 포로젠이 용해되어 제거되는 것일 수 있다. 가교결합에 참여하지 않은 포로젠이 세정하는 단계에서 용해되어 제거될 수 있다.
상기 지지체를 포로젠 용해성 물질로 세정하는 시간을 조절하여, 상기 다공성 지지체의 공극도, 기공의 크기 또는 이 둘 모두를 제어하는 것일 수 있다. 세정하는 시간이 짧은 경우 포로젠 물질이 지지체로부터 많이 제거되지 않아, 상기 다공성 지지체의 공극도, 기공의 크기 또는 이 둘 모두가 낮아지게 되고, 세정하는 시간이 긴 경우 포로젠 물질이 지지체로부터 많이 제거되어, 상기 다공성 지지체의 공극도, 기공의 크기 또는 이 둘 모두가 높아지게 된다.
본 발명의 다공성 지지체의 제조방법에 의한 다공성 지지체는, 기공 크기, 공극도, 형태 및 구조를 조절할 수 있어 치료목적 내지 사용목적에 알맞게 임상에 응용할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 본 발명의 제1 측면에 따른 방법에 의하여 제조되는 다공성 지지체를 제공한다.
다공성 지지체는 하나 이상의 생체분자를 포함할 수 있다. 생체분자에는 약물, 호르몬, 항생제, 항미생물 물질, 염료, 방사성 물질, 형광 물질, 항균성 물질, 화학제 또는 제제, 이의 임의의 조합물이 포함될 수 있다. 상기 물질들은 치료효과의 증대, 가시화의 증대, 적절한 방향의 표지, 감염의 내성, 치료의 촉진, 유연도의 증가 또는 임의의 다른 원하는 효과를 위해 사용될 수 있다.
다공성 지지체는 조직공학, 수복 또는 재생에 특히 적합하다. 공극도의 차이는 지지체의 적절한 부위로 상이한 세포 유형의 이동을 가능하게 할 수 있다. 공극도의 차이는 발달·수복·재생 조직의 적절한 구조화에 요구되는, 지지체를 포함하는 세포 유형 중에서 적절한 세포와 세포의 연결의 발달을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 세포 처리의 확장은 지지체의 다양한 공극도를 통해 더욱 적절하게 조절될 수 있다. 따라서, 지지체는 임의의 조직 세포를 포함할 수 있다. 세포는 상기 지지체 상에 파종될 수 있다. 본 발명의 다공성 지지체는 지지체 전체에 세포의 침투가 가능하도록 충분한 소정량의 시간 동안 원하는 세포를 포함하는 배양액 내에 침지될 수 있다. 본 발명의 다공성 지지체는 분화를 유도하지 않고 장기간 동안에 걸쳐 배양물 내 파종된 세포의 성장 및 생존을 지지할 수 있다.
본 발명의 다공성 지지체는 (성장 자극제에 의한 활성화 없이) 자극되지 않은 세포 성장을 위한 환경을 제공할 수 있다.
본 발명의 다공성 지지체는 생리학적 및 병리학적 과정, 예를 들어, 조직 성장, 골 개조, 상처 치유, (전이 및 침범을 포함하는) 종양 형성 및 혈관형성을 연구하기 위해 사용할 수 있다. 다공성 지지체는 내인성 인자가 없는 제어된 방식으로 특정 과정이 조절되고 연구될 수 있는 제한 및 조절된 환경을 생성할 수 있다.
특히, 본 발명의 다공성 지지체는 진단상 또는 독성학적 용량으로 3D 배양에 대해 사용될 수 있다. 상기 구현예에서, 본 발명의 다공성 지지체는 3D 환경에 존재하는 세포 상에서 직접 생성물의 독성의 평가를 가능하게 한다. 본 발명의 다공성 지지체는 생성물, 예를 들어, 간세포, 배아줄기세포, 상피세포, 케라틴 형성 세포, 또는 유도 다능성 줄기세포 (iPS 세포)의 독성학적 및/또는 약리학적 평가를 위해 유용한 세포를 배양하는데 사용된다.
본 발명의 다공성 지지체는 시험관내 및 생체내에서 세포 유형의 성장 및 분화를 지지할 수 있다. 상기 세포는 줄기 또는 전구세포이다. 상기 세포에는 연골세포; 섬유연골세포; 골세포; 골아세포; 파골세포; 윤활막세포; 골수세포; 간엽세포; 상피세포, 간세포, 근육세포; 기질세포; 줄기세포; 배아줄기세포; 지방 조직으로부터 유래된 전구세포; 말초혈액 전구세포; 성체조직으로부터 단리된 줄기세포; 유도 다능성 줄기세포 (iPS 세포); 유전적으로 변형된 세포; 연골세포 및 다른 세포의 혼합물; 골세포 및 다른 세포의 혼합물; 윤활막세포 및 다른 세포의 혼합물; 골수세포 및 다른 세포의 혼합물; 간엽세포 및 다른 세포의 혼합물; 기질 세포 및 다른 세포의 혼합물; 줄기세포 및 다른 세포의 혼합물; 배아줄기세포 및 다른 세포의 혼합물; 성체조직으로부터 단리된 전구세포 및 다른 세포의 혼합물; 말초혈액 전구세포 및 다른 세포의 혼합물; 성체조직으로부터 단리된 줄기세포 및 다른 세포의 혼합물; 및 유전적으로 변형된 세포 및 다른 세포의 혼합물이 포함될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 다공성 지지체에서 사용하기 위한 임의의 상기 세포는, 예를 들어, 헤파린 결합 성장인자(HBGF), 변형성 성장인자 알파 또는 베타(TGF.베타.), 알파 섬유아세포성 성장인자(FGF), 상피세포 성장인자(TGF), 혈관 내피 성장인자(VEGF) 및 SDF-1, 또한 일부 혈관형성 인자와 같은 목적분자를 발현하기 위하여 유전적으로 가공될 수 있다. 발현된 인자에는 호르몬, 예를 들어, 인슐린, 글루카곤 및 에스트로겐이 포함된다. 신경 성장인자(NGF) 또는 근육 형성인자(MMF)와 같은 인자가 발현되거나, TNF 알파/베타와 같은 인자가 발현된다.
본 발명의 다공성 지지체는 연골 또는 골 임플란트를 제조하는데 적합할 수 있다. 상기 방법으로, 본 발명의 다공성 지지체는 연골세포, 골세포; 골아세포; 파골세포; 혈관세포 또는 이의 혼합물을 적재할 수 있으며, 분화 제제의 존재 하에서 배양될 수 있다.
이하, 하기 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 그에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
[지지체의 제조]
[실시예]
젤라틴 포로젠 함량을 15 중량%로 하여 젤라틴 메타크릴레이트를 혼합하여 혼합용액을 제조한 후, 혼합용액을 13 mW/cm2 세기의 UV 광 (320-390 nm)으로 30초 동안 조사하여 가교시켜 지지체를 제조하였다. 지지체를 60℃의 인산염 완충 식염 용액(Phosphate Buffered Saline; PBS)으로 세정하여 가교되지 않은 젤라틴 포로젠이 빠져 나와 다공성의 지지체를 제조하였다.
[비교예]
젤라틴 포로젠을 포함하지 않도록 하여, 젤라틴 메타크릴레이트 10 중량%를 이용하여 지지체를 제조하였다.
[미세유체 칩의 제조]
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다공성 지지체를 이용한 미세유체 칩의 제조 과정을 나타내는 모식도이다. 플라즈마 처리를 통하여 직사각형 모양의 PDMS 조각을 슬라이드 글라스에 접착시킨다. 그 다음 다시 플라즈마 처리를 하여 PDMS 조각 위에 커버글라스를 접착시킨다. 완성된 미세유체 칩에 혼합용액을 주입한다. 그 다음 슬라이드 글라스 위에 직경이 800 ㎛인 원이 뚫려있는 포토마스크를 덮어주어 UV 경화를 실시한다. 그 다음 세정을 하면 경화된 부분이 지지체로 남게 되고 경화되지 않은 혼합용액은 씻겨 나간다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 지지체를 이용한 미세유체 칩의 외형 사진이다. 제조한 미세유체 칩을 이용하여 미세유체 칩 내에 있는 다공성 지지체 주변에 형광물질로서 FITC-덱스트란 20K Da을 주입하여 확산시켰다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 미세유체 칩 내에 형광물질을 주입한 후 시간대별로 측정한 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 미세유체 칩의 시간대별 상대 세기 그래프이다. 이미지 소프트웨어로서 이용한 이미지 J(Image J)에 의한 형광물질의 상대 세기 분석을 나타낸 것으로, 시간대별 다공성 지지체 내부의 형광 세기값을 사진 전체의 형광 세기값으로 나눠준 상대값을 그래프로 나타낸 것이다. 이미지 J는 이미지 분석 소프트웨어로 사용자가 구획을 지정하여 픽셀 값을 측정할 수 있는데 이를 통해서 지지체 내부로 확산된 형광물질의 밝기를 측정하는 것이다. 이 값을 전체의 형광 세기 값으로 나누어주면 상대적 세기 값을 구할 수 있다. 형광물질을 주입하면 시간이 지남에 따라 형광물질의 상대적 세기 값은 증가한다. 이것을 이용하여 포로젠의 함량이 서로 다른 지지체로 확산되는 형광물질의 속도나 유입량을 비교할 수 있다.
도 7의 (a)는 본 발명의 비교예에 따른 지지체의 표면 SEM 사진이고, 도 7의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 지지체의 표면 SEM 사진이다. 직경 6 mm, 두께 1 mm의 지지체를 전처리하고, Cryo-SEM을 이용하여 촬영한 x2000배율의 사진이다. 본 발명의 실시예에 따른 다공성 지지체의 기공 크기는 약 20 ㎛ 내외이고, 공극도는 38.2%였다. 전체 기공 분포도 균일한 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 비교예에 따른 지지체 및 실시예에 따른 다공성 지지체에 헬라 셀(Hela cell)을 배양하였다. 1 일은 디쉬 안에 칩을 넣고 배지를 가득 채운 채 포로젠을 침출하는 작업을 하였고, 2 일, 3 일은 칩 내에만 배지를 가득 채워서 배양하고 24 시간마다 배지를 교환하였다.
도 8의 (a)는 본 발명의 비교예에 따른 지지체에 헬라 셀을 배양한 후 헬라 셀의 live 분석 이미지이고, 도 8의 (b)는 본 발명의 비교예에 따른 지지체에 헬라 셀을 배양한 후 헬라 셀의 dead 분석 이미지이고, 도 8의 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 지지체에 헬라 셀을 배양한 후 헬라 셀의 live 분석 이미지이고, 도 8의 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 지지체에 헬라 셀을 배양한 후 헬라 셀의 dead 분석 이미지이다. 본 발명의 실시예에 따른 다공성 지지체에서 세포 분포도와 활성이 높은 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 다공성 지지체는 새포 재생에서 있어서 물성, 다공성, 형태, 구조 및 크기에 제약이 없고, 3차원으로 제조되어 연골세포의 이동, 성장, 및 분화에 적합한 환경을 제공하고, 우수한 생체 적합성 및 생분해성 그리고 3차원 구조로 인해 연골 결손에 있어 조직공학적 지지체로 유용하게 사용될 수 있음을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 제한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 지지체
100': 다공성 지지체
110: 포로젠 물질
120: 포로젠 메타크릴레이트

Claims (14)

  1. 포로젠(porogen) 물질 및 젤라틴 메타크릴레이트를 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계;
    상기 혼합용액을 경화하여, 상기 젤라틴 메타크릴레이트가 가교되고 상기 포로젠 물질을 함유하는 지지체를 형성하는 단계; 및
    상기 지지체를 포로젠 용해성 물질로 세정하여 상기 지지체로부터 상기 포로젠 물질을 제거하는 단계;
    를 포함하는 다공성 지지체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포로젠 물질 및 상기 젤라틴 메타크릴레이트의 혼합 비율을 조절하여, 상기 다공성 지지체의 공극도, 기공의 크기 또는 이 둘 모두를 제어하는 것인, 다공성 지지체의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 포로젠 물질은, 상기 혼합용액 중 0 중량% 초과 50 중량% 이하인 것인, 다공성 지지체의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 포로젠 물질이 상기 혼합용액 중 0 중량% 초과 10 중량% 이하일 때 상기 다공성 지지체의 기공의 크기는 2 ㎛ 내지 10 ㎛이고,
    상기 포로젠 물질이 상기 혼합용액 중 10 중량% 내지 30 중량%일 때 상기 다공성 지지체의 기공의 크기는 10 ㎛ 내지 50 ㎛인 것인,
    다공성 지지체의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 포로젠 물질이 상기 혼합용액 중 10 중량% 내지 30 중량%일 때 상기 다공성 지지체의 공극도는 35% 내지 50%인 것인,
    다공성 지지체의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 포로젠 물질은, 젤라틴, 콜라겐, 키토산, 엘라스틴, 히알루론산, 헤파린, 알지네이트, 셀룰로오스, 덱스트란, 덱스트란 설페이트, 콘드로이틴 설페이트, 케라탄 설페이트, 더마탄 설페이트, 알지네이트, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리[(락틱-co-(글리콜산)) (PLGA), 폴리[(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트)(PHBV), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄) (PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)](PVOH), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스티렌(PS) 및 폴리아닐린(PAN)으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 생체적합성 고분자 또는 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인, 다공성 지지체의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 젤라틴 메타크릴레이트는, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA), N-부틸(메타)아크릴레이트(N-butyl(meth)acrylate), 메틸(메타)아크릴레이트[methyl(meth)acrylate], 에틸(메타)아크릴레이트[ethyl(meth)acrylate], 아이소보닐(메타)아크릴레이트[isobornyl(meth)acrylate], 사이클로헥실(메타)아크릴레이트[cyclohexyl(meth)acrylate], 하이드록시에틸 메타아크릴레이트(hydroxyethyl methacrylate), 하이드록시프로필 메타크릴레이트(hydroxypropyl methacrylate), N-메틸아크릴아미드(N-methyl acrylamide)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 다공성 지지체의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 경화는,
    열경화, 광경화, 및 UV경화로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나에 의하는 것인, 다공성 지지체의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 경화는,
    10 mW/cm2 내지 20 mW/cm2의 세기에서 300 nm내지 400 nm의 UV 광을 조사하여 경화하는 것인, 다공성 지지체의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 경화 시간을 조절하여, 상기 다공성 지지체의 공극도, 기공의 크기 또는 이 둘 모두를 제어하는 것인, 다공성 지지체의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 포로젠 용해성 물질은, 물, 인산염 완충 식염 용액(Phosphate Buffered Saline; PBS), Tris 완충액, Tris/EDTA 완충액 및 시트르산염 완충액으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 다공성 지지체의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 세정하는 단계는,
    상기 경화에서 가교되지 않은 포로젠이 용해되어 제거되는 것인, 다공성 지지체의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 지지체를 포로젠 용해성 물질로 세정하는 시간을 조절하여, 상기 다공성 지지체의 공극도, 기공의 크기 또는 이 둘 모두를 제어하는 것인, 다공성 지지체의 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조되는 다공성 지지체.
KR1020140100959A 2014-08-06 2014-08-06 다공성 지지체 및 그 제조방법 KR20160017441A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140100959A KR20160017441A (ko) 2014-08-06 2014-08-06 다공성 지지체 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140100959A KR20160017441A (ko) 2014-08-06 2014-08-06 다공성 지지체 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160017441A true KR20160017441A (ko) 2016-02-16

Family

ID=55447924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140100959A KR20160017441A (ko) 2014-08-06 2014-08-06 다공성 지지체 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20160017441A (ko)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106947228A (zh) * 2017-05-05 2017-07-14 四川大学 多级多孔聚乳酸材料及其制备方法
KR20180062132A (ko) * 2016-11-30 2018-06-08 안동대학교 산학협력단 이중 공극이 형성된 3차원 세라믹 인공 지지체용 조성물
WO2019074314A1 (ko) * 2017-10-12 2019-04-18 서울과학기술대학교 산학협력단 그라프트 공중합체의 가교물을 포함하는 하이드로젤 및 이의 제조방법
KR20190043366A (ko) * 2017-10-18 2019-04-26 서울과학기술대학교 산학협력단 그라프트 공중합체와 젤라틴 가교물을 포함하는 히알루론산 하이드로젤 및 이의 제조방법
KR20190062067A (ko) * 2017-11-28 2019-06-05 재단법인 대구경북첨단의료산업진흥재단 다공성 생체친화성 폴리머 구조체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공성 생체친화성 폴리머 구조체
KR20190091947A (ko) * 2018-01-30 2019-08-07 건국대학교 산학협력단 메탄산화세균 고정화를 위한 매크로 다공성 지지체 및 이를 이용한 메탄올 생산방법
WO2021080275A3 (ko) * 2019-10-21 2021-06-17 주식회사 티엠디랩 혈관 외벽 랩핑용 기구
KR20220128120A (ko) * 2021-03-12 2022-09-20 충북대학교 산학협력단 대두유 기반 메타크릴레이트를 이용한 uv 경화형 다공성 구조체의 제조방법

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180062132A (ko) * 2016-11-30 2018-06-08 안동대학교 산학협력단 이중 공극이 형성된 3차원 세라믹 인공 지지체용 조성물
CN106947228A (zh) * 2017-05-05 2017-07-14 四川大学 多级多孔聚乳酸材料及其制备方法
WO2019074314A1 (ko) * 2017-10-12 2019-04-18 서울과학기술대학교 산학협력단 그라프트 공중합체의 가교물을 포함하는 하이드로젤 및 이의 제조방법
KR20190043366A (ko) * 2017-10-18 2019-04-26 서울과학기술대학교 산학협력단 그라프트 공중합체와 젤라틴 가교물을 포함하는 히알루론산 하이드로젤 및 이의 제조방법
KR20190062067A (ko) * 2017-11-28 2019-06-05 재단법인 대구경북첨단의료산업진흥재단 다공성 생체친화성 폴리머 구조체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공성 생체친화성 폴리머 구조체
KR20190091947A (ko) * 2018-01-30 2019-08-07 건국대학교 산학협력단 메탄산화세균 고정화를 위한 매크로 다공성 지지체 및 이를 이용한 메탄올 생산방법
WO2021080275A3 (ko) * 2019-10-21 2021-06-17 주식회사 티엠디랩 혈관 외벽 랩핑용 기구
KR20220128120A (ko) * 2021-03-12 2022-09-20 충북대학교 산학협력단 대두유 기반 메타크릴레이트를 이용한 uv 경화형 다공성 구조체의 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20160017441A (ko) 다공성 지지체 및 그 제조방법
Su et al. Mussel-inspired agarose hydrogel scaffolds for skin tissue engineering
Shao et al. Directly coaxial 3D bioprinting of large-scale vascularized tissue constructs
Hazur et al. Improving alginate printability for biofabrication: establishment of a universal and homogeneous pre-crosslinking technique
Kim et al. Enhanced rheological behaviors of alginate hydrogels with carrageenan for extrusion-based bioprinting
Wilson et al. Shear-thinning and thermo-reversible nanoengineered inks for 3D bioprinting
Soltan et al. Printability and cell viability in bioprinting alginate dialdehyde-gelatin scaffolds
Li et al. Three-dimensional bioprinting of oppositely charged hydrogels with super strong interface bonding
Bencherif et al. Advances in the design of macroporous polymer scaffolds for potential applications in dentistry
Duarte Campos et al. The stiffness and structure of three-dimensional printed hydrogels direct the differentiation of mesenchymal stromal cells toward adipogenic and osteogenic lineages
Dainiak et al. Gelatin–fibrinogen cryogel dermal matrices for wound repair: preparation, optimisation and in vitro study
Wang et al. Fabrication of multiple-layered hydrogel scaffolds with elaborate structure and good mechanical properties via 3D printing and ionic reinforcement
Li et al. Submerged and non-submerged 3D bioprinting approaches for the fabrication of complex structures with the hydrogel pair GelMA and alginate/methylcellulose
Yu et al. Enhancement of VEGF-mediated angiogenesis by 2-N, 6-O-sulfated chitosan-coated hierarchical PLGA scaffolds
Yue et al. Preparation of three-dimensional interconnected macroporous cellulosic hydrogels for soft tissue engineering
Neves et al. Additive manufactured polymeric 3D scaffolds with tailored surface topography influence mesenchymal stromal cells activity
Chen et al. Fabrication of large perfusable macroporous cell-laden hydrogel scaffolds using microbial transglutaminase
Hu et al. Facile fabrication of poly (L-lactic acid) microsphere-incorporated calcium alginate/hydroxyapatite porous scaffolds based on Pickering emulsion templates
Zazzali et al. Effects of pH, extrusion tip size and storage protocol on the structural properties of Ca (II)-alginate beads
Gospodinova et al. Extrusion bioprinting of hydroxyethylcellulose-based bioink for cervical tumor model
Goh et al. In situ formation of injectable and porous heparin-based hydrogel
Cutiongco et al. Composite pullulan–dextran polysaccharide scaffold with interfacial polyelectrolyte complexation fibers: A platform with enhanced cell interaction and spatial distribution
Sacco et al. On the correlation between the microscopic structure and properties of phosphate-cross-linked chitosan gels
Taneja et al. Hydrogel based 3D printing: Bio ink for tissue engineering
Lai et al. Low temperature hybrid 3D printing of hierarchically porous bone tissue engineering scaffolds with in situ delivery of osteogenic peptide and mesenchymal stem cells

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application