KR20200052467A - Functional bio-ink composition comprising transforming growth factor β for inducing production of cartilage - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a functional bio-ink composition comprising a transforming growth factor-β (TGF-β) for inducing production of cartilage, and more particularly, to a bio-ink composition comprising TGF-β which has cytocompatibility, high viscosity and elasticity for easy printing, excellent structural stability, and appropriate mechanical properties after printing, thereby having an excellent effect of inducing the production of cartilage. The bio-ink composition of the present invention shows an effect of promoting differentiation from stem cell into cartilage cell along with high visco-elasticity, strong structural stability, excellent printability, biocompatibility and appropriate mechanical properties after printing, and thus may be very valuably used in preparing tissue-like organs and treating cartilage-related diseases by using a three-dimensional bio-printing.

Description

전환성장인자-β를 포함하며 연골 생성을 유도하는 기능성 바이오 잉크 조성물{Functional bio-ink composition comprising transforming growth factor β for inducing production of cartilage}Functional bio-ink composition comprising transforming growth factor β for inducing production of cartilage

본 발명은 전환성장인자-β(transforming growth factor, TGF-β)를 포함하며 연골 생성을 유도하는 기능성 바이오 잉크 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세포적합성을 가지며 프린팅이 용이한 높은 점성 및 탄성, 우수한 구조 안정성 및 프린팅 후 적절한 기계적 특성을 가지며 전환성장인자를 포함하여 연골 생성을 유도하는 효과가 우수한 기능성 바이오 잉크 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a functional bio-ink composition that includes transforming growth factor-β (transforming growth factor, TGF-β) and induces cartilage production, more specifically, high viscosity and elasticity with cellular compatibility and easy printing. It relates to a functional bio-ink composition having excellent structural stability and suitable mechanical properties after printing, and having an excellent effect of inducing cartilage production including conversion growth factors.

삼차원적인 세포 배양기술은 실험실 내(in vitro)에서 생체조직과 유사한 환경에서 세포 및 조직을 제조할 수 있는 기술로 발달하여 세포의 성장과 분화, 조직 및 기관의 형성과 관련된 여러 연구 분야에 적용되어지고 있다. 이러한 조직 유사기관은 실제 조직이나 장기를 대신하여 약물의 독성 및 약물 동력학 연구에서 유용하게 사용되어 질 수 있으며, 이에 따라 인간 검체 및 기타 포유동물에의 직접적인 실험 적용을 줄일 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 손상된 조직 및 장기를 대체 또는 치료하기 위한 목적인 조직공학(tissue engineering) 기법의 중요한 요소로 조직 및 장기의 공학적 설계에 기여하고 있다. The three-dimensional cell culture technology has been developed as a technology capable of manufacturing cells and tissues in an environment similar to biological tissues in vitro, and has been applied to various research fields related to cell growth and differentiation, and tissue and organ formation. ought. These tissue-like organs can be usefully used in drug toxicity and pharmacokinetic studies on behalf of actual tissues or organs, and thus are expected to reduce direct experimental application to human specimens and other mammals. In addition, it contributes to the engineering design of tissues and organs as an important element of tissue engineering techniques that are intended to replace or treat damaged tissues and organs.

삼차원 바이오 프린팅 기술은 이러한 조직 유사기관 및 이식 가능한 구조체를 정밀하게 제조하기 위한 유용한 장치가 되었다. 이러한 기술은 실제 인간의 조직을 거의 그대로 모방한 미세 및 거대 조직 구조체를 생성하는 것을 가능하게 하고 있다. 하지만 바이오 프린팅시 살아있는 세포를 운반하는 생체재료, 즉, 바이오 잉크(bio-ink)는 그 활용도에 있어서 많은 한계점을 나타내고 있다. 바이오 프린팅에 적용되기 위한 바이오 잉크는 우수한 생체적합성이 요구되고, 미세구경의 디스펜싱 노즐(dispensing nozzle)을 원활히 통과하여 원하는 패턴으로 프린팅이 될 수 있는 우수한 프린팅성을 가져야 하며, 프린팅 후 세포-특이적 신호를 제공하면서 기계적인 지지체 역할을 유지할 수 있는 구조 안정성을 갖아야 한다. 비록, 삼차원 바이오 프린팅 분야에서 천연 유래 또는 합성 하이드로겔 바이오 잉크가 개발되어 현재 사용되고 있지만, 이러한 기존 하이드로겔을 바탕으로 한 바이오 잉크는 생체적합성, 프린팅 적합성, 기하학적 정밀성, 정밀도와 같은 물리적 및 생물학적 측면에서 상당한 한계점을 보이고 있다. Three-dimensional bioprinting technology has become a useful device for precisely manufacturing such tissue-like organs and implantable structures. This technique makes it possible to create microscopic and large tissue structures that mimic real human tissue. However, biomaterials that transport live cells during bioprinting, that is, bio-inks, exhibit many limitations in their utilization. The bio-ink for application to bio-printing requires excellent biocompatibility, and must have excellent printing properties that can be printed in a desired pattern by smoothly passing through a fine-diameter dispensing nozzle, and after cell-specific printing It must have structural stability to maintain a mechanical support role while providing an enemy signal. Although natural-derived or synthetic hydrogel bio-inks have been developed and used in the field of three-dimensional bio-printing, bio-inks based on these existing hydrogels have physical and biological aspects such as biocompatibility, printing suitability, geometric precision, and precision. It has significant limitations.

한편, 본 발명자는 선행연구를 통해 특정한 함량의 세포 운반물질, 점성 증강제, 윤활제 및 구조물질을 포함하는 바이오 잉크 조성물을 공개한 바 있다(한국공개특허 제10-2017-0012099). 이를 통해, 전술한 종래기술의 문제점을 해결하여 물리적 및 생물학적 특성이 개선된 바이오 잉크 조성물을 얻을 있었으나, 이는 손상된 조직 및 장기를 대체 또는 치료하기 위한 목적인 조직공학에는 적합하지 않은 구조 안정성, 정교한 생체조직을 모사하기 위한 프린팅 정밀성 등에서 여전히 한계점이 있다.On the other hand, the present inventor has disclosed a bio ink composition including a specific content of a cell transport material, a viscosity enhancer, a lubricant, and a structural material through prior research (Korean Patent Publication No. 10-2017-0012099). Through this, it was possible to obtain a bio ink composition with improved physical and biological properties by solving the above-mentioned problems of the prior art, but this is not suitable for tissue engineering that is intended to replace or treat damaged tissues and organs. There are still limitations in terms of printing precision to simulate.

이에, 본 발명자는 손상된 조직 및 장기의 치료에 활용이 될 수 있는 기능성 바이오 잉크 조성물을 개발하기 위하여 연구를 거듭하였다. 그 결과, 특정 구성성분을 특정 함량으로 포함하는 바이오 잉크 조성물에 특정 함량의 전환성장인자를 첨가할 경우 물리적 및 생리학적 특성이 향상됨은 물론, 연골 생성이 유도되고, 세포외기질 생산이 촉진되는 기능성 바이오 잉크를 제조할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventor has repeated research to develop a functional bio-ink composition that can be used for the treatment of damaged tissues and organs. As a result, when the conversion growth factor of a specific content is added to a bio ink composition containing a specific component in a specific content, physical and physiological properties are improved, cartilage production is induced, and extracellular matrix production is promoted. It has been discovered that bio-inks can be produced and the present invention has been completed.

따라서, 본 발명의 목적은 세포 운반물질, 점성 증강제, 윤활제 및 구조물질을 포함하는 바이오 잉크 조성물에 있어서, 전환성장인자-β(transforming growth factor-β, TGF-β)를 추가로 포함하는 바이오 잉크 조성물을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is a bio ink composition comprising a cell transport material, a viscosity enhancer, a lubricant, and a structural material, wherein the bio ink further includes transforming growth factor-β (TGF-β). It is to provide a composition.

본 발명의 다른 목적은 (a) 상기 바이오 잉크 조성물을 삼차원 프린터에 충전하는 단계; (b) 목적하는 조직 유사기관을 삼차원 프린팅 하는 단계; 및 (c) 삼차원 프린팅된 바이오 잉크 조성물을 가교결합 시키는 단계를 포함하는 조직 유사기관 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention (a) filling the bio-ink composition in a three-dimensional printer; (b) three-dimensional printing the desired tissue-like organs; And (c) crosslinking the three-dimensional printed bio ink composition.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 따라 제조된 방법에 따라 제조된 조직 유사기관(organoid)을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an organoid prepared according to the method prepared according to the above method.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 세포 운반물질, 점성 증강제, 윤활제 및 구조물질을 포함하는 바이오 잉크 조성물에 있어서, 전환성장인자-β(transforming growth factor-β TGF-β)를 추가로 포함하는 바이오 잉크 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention in a bio ink composition comprising a cell transport material, a viscosity enhancer, a lubricant and a structural material, further comprising a transforming growth factor-β (TGF-β) Provided is a bio ink composition.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 상기 바이오 잉크 조성물을 삼차원 프린터에 충전하는 단계; (b) 목적하는 조직 유사기관을 삼차원 프린팅 하는 단계; 및 (c) 삼차원 프린팅된 바이오 잉크 조성물을 가교결합 시키는 단계를 포함하는 조직 유사기관 제조방법을 제공한다. In order to achieve another object of the present invention, the present invention (a) filling the bio-ink composition in a three-dimensional printer; (b) three-dimensional printing the desired tissue-like organs; And (c) cross-linking the three-dimensional printed bio ink composition.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 방법에 따라 제조된 방법에 따라 제조된 조직 유사기관(organoid)을 제공한다.In order to achieve another object of the present invention, the present invention provides a tissue-like organ (organoid) prepared according to the method prepared according to the above method.

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

본 발명은 세포 운반물질, 점성 증강제, 윤활제 및 구조물질을 포함하는 바이오 잉크 조성물에 있어서, 전환성장인자-β(transforming growth factor-β TGF-β)을 추가로 포함하는 바이오 잉크 조성물을 제공한다.The present invention provides a bio-ink composition further comprising a transforming growth factor-β TGF-β in a bio-ink composition comprising a cell transport material, a viscosity enhancer, a lubricant, and a structural material.

본 발명에서 상기 전환성장인자-β(Transforming growth factor-β)는 생체내에서 세포의 증식, 분화, 세포사멸, 이동, 그리고 세포외기질(ECM)의 생산, 혈관형성, 발생 등 다양한 생리적 과정을 조절하는 싸이토카인이다. 활성형의 TGF-β는 25kDa의 다이머 형태로 존재한다. 세포에 의해 분비되어 활성화되면 세포막의 세린/쓰레오닌 수용체 카이네이즈(serine/threonine receptor kinase)에 결합하여 신호의 전달이 이루어진다. 세포막의 TGF-β 수용체는 typeⅠ과 type Ⅱ로 이루어져 있는데 TGF-β가 결합하면 이 두 가지 타입의 수용체가 헤테로 4량체(heterotetrameric complex)를 이루게 되고 항시 활성적인 type Ⅱ 수용체는 type Ⅰ 수용체를 인산화시켜서 카이네이즈의 활성화가 일어난다. TGF-β의 신호전달에 있어서 세포외의 신호를 핵내까지 전달하는 매개체 역할을 하는 것이 Smad라고 하는 전사인자인데 type Ⅱ 수용체에 의해 인산화된 type Ⅰ 수용체는 Smad 단백질을 인산화시키고 활성화시킨다. 인산화된 Smad 단백질은 핵내로 들어가서 다른 전사인자와 협력하여 다양한 유전자의 발현을 조절한다 (Masague J, Seoane J, Wotton D. Genes Dev 19:2783-2810, 2005). 또한, 상기 TGF-β는 정상세포를 형질전환세포로의 증식을 촉진하여 연골 생성을 유도하며 콜라겐 등 세포외기질의 생성도 촉진시키는 작용을 한다. In the present invention, the transforming growth factor-β (Transforming growth factor-β) is a variety of physiological processes such as cell proliferation, differentiation, apoptosis, migration, and production of extracellular matrix (ECM), angiogenesis, and development in vivo. It is a cytokine that regulates. The active form of TGF-β is present in the form of a 25 kDa dimer. When secreted and activated by cells, it binds to the serine / threonine receptor kinase of the cell membrane, whereby signal is transmitted. The TGF-β receptor on the cell membrane consists of type I and type II. When TGF-β is bound, these two types of receptors form a heterotetrameric complex, and the always active type II receptor phosphorylates the type I receptor. Kinase activates. In the signaling of TGF-β, it is a transcription factor called Smad that acts as a mediator that transmits extracellular signals to the nucleus. The type I receptor phosphorylated by the type II receptor phosphorylates and activates the Smad protein. Phosphorylated Smad protein enters the nucleus and regulates the expression of various genes in cooperation with other transcription factors (Masague J, Seoane J, Wotton D. Genes Dev 19: 2783-2810, 2005). In addition, the TGF-β promotes the proliferation of normal cells to transformed cells, thereby inducing cartilage production and also promoting the production of extracellular matrix such as collagen.

상기 TGF-β는 TGF-β1, TGF-β2, TGF-β3 및 TGF-β4의 네 가지 isoform으로 존재하며, 본 발명에서의 상기 TGF-β는 바람직하게는 TGF-β3일 수 있다. The TGF-β exists in four isoforms of TGF-β1, TGF-β2, TGF-β3 and TGF-β4, and the TGF-β in the present invention may preferably be TGF-β3.

본 발명에서 상기 TGF-β의 아미노산 서열은 Genebank 등 공지의 데이터베이스를 통하여 통상의 기술자가 용이하게 확인할 수 있으며, 현재 당업계에 공지된 TGF-β 뿐만 아니라, 향후 새롭게 밝혀질 신규한 TGF-β 또한 본 발명의 상기 TGF-β에 포함될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명한 것이다. In the present invention, the amino acid sequence of the TGF-β can be easily confirmed by a person skilled in the art through a known database such as Genebank, and not only the TGF-β currently known in the art, but also a new TGF-β to be revealed in the future. It is apparent to those skilled in the art that the present invention may be included in the TGF-β.

본 발명의 TGF-β는 천연으로부터 유래될 수도 있으며, 공지의 펩티드 합성 방법을 이용하여 합성될 수 있다. 본 발명의 펩티드는 당업계에 공지된 화학적 합성(Creighton, Proteins; Structures and MolecularPrinciples, W. H. Freeman and Co., NY, 1983)에 의해 제조될 수 있다. 대표적인 방법으로서 이들로 한정되는 것은 아니지만 액체 또는 고체상 합성, 단편 응축, F-MOC 또는 T-BOC 화학법이 포함된다(ChemicalApproaches to the Synthesis of Peptides and Proteins, Williams et al., Eds., CRC Press, Boca RatonFlorida, 1997; A Practical Approach, Athert on & Sheppard, Eds., IRL Press, Oxford, England, 1989).The TGF-β of the present invention may be derived from nature or may be synthesized using known peptide synthesis methods. The peptides of the present invention can be prepared by chemical synthesis known in the art (Creighton, Proteins; Structures and Molecular Principles, W. H. Freeman and Co., NY, 1983). Representative methods include, but are not limited to, liquid or solid phase synthesis, fragment condensation, F-MOC or T-BOC chemistry (ChemicalApproaches to the Synthesis of Peptides and Proteins, Williams et al., Eds., CRC Press, Boca Raton Florida, 1997; A Practical Approach, Athert on & Sheppard, Eds., IRL Press, Oxford, England, 1989).

또한 본 발명의 TGF-β는 유전공학적 방법에 의해 제조될 수 있다. 우선, 통상적인 방법에 따라 상기 단백질을 코딩하는 DNA 서열을 작제한다. DNA 서열은 적절한 프라이머를 사용하여 PCR 증폭함으로써 작제할 수 있다. 다른 방법으로 당업계에 공지된 표준 방법에 의해, 예컨대, 자동 DNA 합성기(Biosearch 또는 Applied Biosystems사에서 판매하는 것)를 사용하여 DNA 서열을 합성할 수도 있다. 제작된 DNA 서열은 이 DNA 서열에 작동가능하게 연결되어(operatively linked) 그 DNA 서열의 발현을 조절하는 하나 또는 그 이상의 발현 조절 서열(expression control sequence)(예: 프로모터, 인핸서 등)을 포함하는 벡터에 삽입시키고, 이로부터 형성된 재조합 발현 벡터로 숙주세포를 형질전환시킨다. 생성된 형질전환체를 상기 DNA 서열이 발현되도록 하기에 적절한 배지 및 조건 하에서 배양하여, 배양물로부터 상기 DNA 서열에 의해 코딩된 실질적으로 순수한 단백질을 회수한다. 상기 회수는 당업계에 공지된 방법(예컨대, 크로마토그래피)을 이용하여 수행할 수 있다. 상기에서 '실질적으로 순수한 단백질'이라 함은 본 발명에 따른 단백질이 숙주로부터 유래된 어떠한 다른 단백질도 실질적으로 포함하지 않는 것을 의미한다. 본 발명의 단백질 합성을 위한 유전공학적 방법은 다음의 문헌을 참고할 수 있다: (Maniatis et al., Molecular Cloning; A laboratory Manual, Cold Spring Harbor laboratory, 1982; Sambrooket al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Press, N.Y., Second(1998) and Third(2000) Edition; Gene Expression Technology, Method in Enzymology, Genetics and Molecular Biology,Method in Enzymology, Guthrie & Fink (eds.)).In addition, the TGF-β of the present invention can be produced by genetic engineering methods. First, a DNA sequence encoding the protein is constructed according to a conventional method. DNA sequences can be constructed by PCR amplification using appropriate primers. Alternatively, DNA sequences may be synthesized by standard methods known in the art, for example, using an automatic DNA synthesizer (sold by Biosearch or Applied Biosystems). The produced DNA sequence is a vector that includes one or more expression control sequences (eg, promoters, enhancers, etc.) that are operatively linked to the DNA sequence and regulate the expression of the DNA sequence. , And transformed the host cell with the recombinant expression vector formed therefrom. The resulting transformant is cultured under medium and conditions suitable for allowing the DNA sequence to be expressed, thereby recovering substantially pure protein encoded by the DNA sequence from the culture. The recovery can be performed using methods known in the art (eg, chromatography). In the above, the term "substantially pure protein" means that the protein according to the present invention does not substantially contain any other protein derived from the host. The genetic engineering method for protein synthesis of the present invention can refer to the following documents: (Maniatis et al., Molecular Cloning; A laboratory Manual, Cold Spring Harbor laboratory, 1982; Sambrooket al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Press, NY, Second (1998) and Third (2000) Edition; Gene Expression Technology, Method in Enzymology, Genetics and Molecular Biology, Method in Enzymology, Guthrie & Fink (eds.)).

상기 유전공학적 방법에 의해 제조된 단백질 또는 화학적으로 합성된 단백질은 예를 들면 추출법, 재결정법, 다양한 크로마토크래피(겔 여과법, 이온 교환, 침전, 흡착, 역전상), 전기영동, 역류 분배법 등 당업계에 공지된 방법으로 분리 및 정제할 수 있다.Proteins produced by the genetic engineering method or chemically synthesized proteins include, for example, extraction methods, recrystallization methods, various chromatographs (gel filtration, ion exchange, precipitation, adsorption, reverse phase), electrophoresis, countercurrent distribution, etc. It can be isolated and purified by methods known in the art.

본 발명에 따른 조성물의 TGF-β는 그 자체 또는 염, 바람직하게는 약학적으로 허용가능한 염의 형태로 사용될 수 있다. 본 발명에서 '약학적으로 허용가능한'이란 생리학적으로 허용되고 인간에게 투여될 때, 통상적으로 알레르기 반응 또는 이와 유사한 반응을 일으키지 않는 것을 말하며, 상기 염으로는 약학적으로 허용가능한 유리산(free acid)에 의하여 형성된 산 부가염이 바람직하다. 상기 유리산으로는 유기산과 무기산을 사용할 수 있다. 상기 유기산은 이에 제한되는 것은 아니나, 구연산, 초산, 젖산, 주석산, 말레인산, 푸마르산, 포름산, 프로피온산, 옥살산, 트리플로오로아세트산, 벤조산, 글루콘산, 메타술폰산, 글리콜산, 숙신산, 4-톨루엔술폰산, 글루탐산 및 아스파르트산을 포함한다. 또한 상기 무기산은 이에 제한되는 것은 아니나, 염산, 브롬산, 황산 및 인산을 포함한다.TGF-β of the composition according to the invention can be used by itself or in the form of a salt, preferably a pharmaceutically acceptable salt. 'Pharmaceutically acceptable' in the present invention refers to a physiologically acceptable, and when administered to a human, usually does not cause an allergic reaction or a similar reaction, and the salt is a pharmaceutically acceptable free acid. The acid addition salt formed by) is preferred. Organic acids and inorganic acids can be used as the free acid. The organic acid is not limited thereto, citric acid, acetic acid, lactic acid, tartaric acid, maleic acid, fumaric acid, formic acid, propionic acid, oxalic acid, trifluoroacetic acid, benzoic acid, gluconic acid, metasulfonic acid, glycolic acid, succinic acid, 4-toluenesulfonic acid, Glutamic acid and aspartic acid. In addition, the inorganic acids include, but are not limited to, hydrochloric acid, bromic acid, sulfuric acid and phosphoric acid.

바람직하게는, 본 발명에서 상기 TGF-β는 포유류로부터 얻어진 것일 수 있으며, 포유류로부터 목적하는 단백질을 수득하는 방법은 당업계에 잘 공지되어 있다. Preferably, in the present invention, the TGF-β may be obtained from a mammal, and a method for obtaining a desired protein from a mammal is well known in the art.

가장 바람직하게는, 상기 TGF-β는 하기 단계를 포함하는 방법에 따라 제조된 것일 수 있다:Most preferably, the TGF-β may be prepared according to a method comprising the following steps:

(a) TGF-β를 증류수, 소 혈청 알부민과 혼합하여 TGF-β 용액을 제조하는 단계; (a) preparing TGF-β solution by mixing TGF-β with distilled water and bovine serum albumin;

(b) 상기 (a)에서 얻어진 용액을 0.45마이크로 필터를 사용하여 걸러내는 단계; 및(b) filtering the solution obtained in (a) using a 0.45 micro filter; And

(c) 상기 (b)에서 얻어진 용액을 동결 건조하여 분말화 하는 단계.(c) lyophilizing the solution obtained in (b) to powder it.

한편, 본 발명의 바이오 잉크 조성물에서 상기 세포 운반물질은 균일한 세포 현탁액의 제조 및 우수한 프린팅 경향성을 나타내는데 적합한 것을 선택할 수 있으며, 이의 비제한적인 예시로는 젤라틴, 콜라겐, 알기네이트, 아가(agar), 아가로스, 플루로닉(pluronic), 소장점막하조직, 소장점막하조직 유도체 및 폴리비닐알콜로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 소장점막하조직, 소장점막하조직 유도체, 젤라틴 또는 콜라겐일 수 있으며, 가장 바람직하게는 소장점막하조직 또는 이의 유도체일 수 있다. On the other hand, in the bio-ink composition of the present invention, the cell transport material may be selected to be suitable for the preparation of a uniform cell suspension and excellent printing tendency, and non-limiting examples thereof include gelatin, collagen, alginate, and agar. , Agarose, pluronic, sub-mucosal tissue, sub-mucosal tissue derivative and polyvinyl alcohol may be any one or more selected from the group consisting of, preferably, sub-mucosal tissue, sub-mucosal tissue derivative, gelatin or collagen It may be, and most preferably, it may be a small intestinal mucosal tissue or a derivative thereof.

본 발명에서 상기 소장점막하조직은 세포가 존재하지 않는 조직으로 면역반응이 거의 일어나지 않으며 90% 이상이 피부에 있는 콜라겐 Ⅰ, Ⅱ 형으로 구성되어 있고 그 외에는 소량의 콜라겐 Ⅴ, Ⅵ형 등이 존재한다. 또한 소장점막하조직은 세포외기질(ECM)로서 글리코스아미노글리칸 및 피브로넥틴, 콘드로이틴 설페이트, 헤파린, 헤파린 설페이트, 하이아루론산과 염기성 섬유아세포 성장인자-2 (base fibroblast growth factor - 2; FGF-2), 신경성장인자 (nerve growth factor; NGF), 변환성장인자-β (transforming growth factor-β; TGF-β), 상피세포 성장인자 (epidermal growth factor; EGF), 혈관 내피세포 성장인자 (vascular endothelial growth factor; VEGF) 및 인슐린 성장인자 (insulin-like growth factor-1; IGF-1) 등의 다양한 사이토카인을 다량 함유하고 있다. 이와 같이 소장점막하조직 내에는 ECM 및 사이토카인이 존재하기 때문에 세포의 점착이나 성장, 이동, 분화 등의 세포의 기능적인 면에 도움을 줌으로써 조직 재생 이외에도 많은 분야에 응용이 되고 있다. In the present invention, the small intestinal mucosal tissue is a tissue without cells, and an immune response hardly occurs, and more than 90% is composed of collagen Ⅰ and Ⅱ in the skin, and a small amount of collagen Ⅴ, Ⅵ, etc. exists. . In addition, sub-mucosal tissues are extracellular matrix (ECM), glycosaminoglycan and fibronectin, chondroitin sulfate, heparin, heparin sulfate, hyaluronic acid and basic fibroblast growth factor-2 (FGF-2). ), Nerve growth factor (NGF), transforming growth factor-β (TGF-β), epidermal growth factor (EGF), vascular endothelial It contains a large amount of various cytokines such as growth factor (VEGF) and insulin-like growth factor-1 (IGF-1). As such, since ECM and cytokines exist in the small intestinal mucosal tissue, it has been applied to many fields other than tissue regeneration by helping the functional aspects of cells such as cell adhesion, growth, migration, and differentiation.

본 발명에서 상기 소장점막하조직은 인간을 제외한 포유류로부터 얻어진 것이라면 제한없이 이용이 될 수 있으며, 바람직하게는 돼지 소장점막하조직을 이용할 수 있다. In the present invention, the small intestinal submucosal tissue can be used without limitation as long as it is obtained from mammals other than humans. Preferably, the small intestinal submucosal tissue can be used.

본 발명에서 사용되는 상기 소장점막하조직은 당업계에서 이용되고 있는 제조방법에 따라 제조된 것이라면 제한없이 이용될 수 있으며, 예를 들면 한국등록특허 제1288088호, 한국공개특허 제20060100430호, 한국등록특허 제1364591호 등을 참조하여 분말화한 것을 이용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 소장점막하조직은 하기 단계를 포함하는 방법에 따라 제조될 수 있다:The small intestinal mucosal tissue used in the present invention can be used without limitation as long as it is manufactured according to the manufacturing method used in the art, for example, Korean Registered Patent No. 1288088, Korean Published Patent No. 20060100430, Korean Registered Patent Powdered ones may be used with reference to No. 1364591 or the like. Preferably, the small intestinal mucosal tissue can be prepared according to a method comprising the following steps:

(1) 소장점막하조직을 산성 용액 및 펩신과 혼합하여 소장점막하조직 용액을 제조하는 단계; (2) 상기 (1)에서 얻어진 용액을 염기성 용액을 이용하여 생체 적합성 pH로 조절하는 단계; 및 (3) 상기 (2)에서 얻어진 용액을 동결건조하여 분말화하는 단계.(1) preparing a small intestinal mucosal tissue solution by mixing the small intestinal mucosal tissue with an acidic solution and pepsin; (2) adjusting the solution obtained in (1) to a biocompatible pH using a basic solution; And (3) lyophilizing the solution obtained in (2) to form a powder.

상기 산성 용액은 pH 2.5 ~ 4.5로 조절할 수 있는 용액이면 가능하고, 바람직하게는 아세트산, 파라톨루엔설포닌산 및 말레인산 중에서 선택된 산을 1 ∼ 5 중량% 농도로 포함된 수용액을 사용하는 것이 바람직하다.The acidic solution can be any solution that can be adjusted to a pH of 2.5 to 4.5, and preferably, an aqueous solution containing an acid selected from acetic acid, paratoluenesulphonic acid, and maleic acid at a concentration of 1 to 5% by weight is preferable.

상기 염기성 용액은 산성을 적정시켜주고, 조직공학용 지지체로써 사용되어 질 때 주변의 세포들의 염증반응을 줄이기 위하여 사용되며, 예를 들어 수산화나트륨(NaOH), 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 인산수소이나트륨(Na2HPO4), 탄산수소칼슘(Ca(HCO3)2), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화질산칼슘(Ca(OH)NO3), 수산화염화칼슘(Ca(OH)Cl), 수산화시안칼슘(Ca(OH)CN), 수산화칼륨(KOH), 수산화암모늄(NH4OH) 및 아세트산나트륨(CH3COONa) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 이러한 염기성 용액을 적정시켜 pH 5.5 ~ 7.8의 생체내 pH와 유사하게 조절한다. The basic solution is used to titrate the acidity and reduce the inflammatory reaction of surrounding cells when used as a tissue engineering support, for example, sodium hydroxide (NaOH), sodium carbonate (Na2CO3), sodium hydrogen carbonate (NaHCO3) , Disodium hydrogen phosphate (Na2HPO4), calcium hydrogen carbonate (Ca (HCO3) 2), calcium hydroxide (Ca (OH) 2), calcium hydroxide nitrate (Ca (OH) NO3), calcium hydroxide (Ca (OH) Cl), hydroxide Cyanium (Ca (OH) CN), potassium hydroxide (KOH), ammonium hydroxide (NH4OH) and sodium acetate (CH3COONa) may be used. The basic solution is titrated to adjust the pH similar to the in vivo pH of 5.5 to 7.8.

한편, 상기 (1) 단계 이전에 (a) 인간을 제외한 포유류로부터 수득한 소장점막하조직에서 장간 막, 점막층 및 근육층을 제거하는 전처리 단계; 및 (b) 상기 전처리된 소장점막하조직을 동결건조 후 분쇄하여 분말화하는 단계를 포함하는 소장점막하조직 전처리 단계를 추가로 수행할 수 있다. On the other hand, before the step (1) (a) pre-treatment step of removing the mesentery, mucosal layer and muscle layer in the sub-mucosal tissue obtained from mammals other than humans; And (b) pre-treatment of the pre-intestinal submucosal tissue, including lyophilization and pulverization of the pre-treated sub-intestinal submucosal tissue.

본 발명에서 상기 소장점막하조직 유도체란 화학적 변형을 통하여 가교할 수 있도록 변형된 형태의 소장점막하조직을 의미하는 것으로서, 가교제 또는 광학개시제 등을 통하여 가교반응이 유도될 수 있는 유도체라면 그 종류가 특별히 제한되지는 않으나, 바람직하게는 메타크릴화 소장점막하조직(methacrylated SIS), 아크릴화 소장점막하조직(acrylated SIS) 또는 사이올화 소장점막하조직(thiolated SIS)일 수 있으며, 가장 바람직하게는 메타크릴화 소장점막하조직(methacrylated SIS)일 수 있다. In the present invention, the small intestinal mucosal tissue derivative means a small intestinal mucosal tissue in a form modified to be crosslinkable through chemical modification. If the derivative is capable of inducing a crosslinking reaction through a crosslinking agent or an optical initiator, the type is particularly limited. Although not, preferably, it may be methacrylated small intestinal mucosal tissue (methacrylated SIS), acrylated small intestinal mucosal tissue (acrylated SIS), or may be a thiolated small intestinal mucosal tissue (thiolated SIS), most preferably methacrylicized small intestinal mucosal tissue. (methacrylated SIS).

본 발명의 바이오 잉크 조성물에서 세포 운반물질은 소장점막하조직 또는 이의 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하지만, 바람직하게는 상기 세포 운반물질은 소장점막하조직 유도체를 30 내지 100 w/w%, 더 바람직하게는 50 내지 100 w/w%, 더 바람직하게는 70 내지 100 w/w%, 가장 바람직하게는 100 w/w%로 포함할 수 있다. In the bio-ink composition of the present invention, the cell transport material is characterized by including the small intestinal mucosal tissue or a derivative thereof, preferably, the cell transport material is 30 to 100 w / w%, more preferably, the small intestinal submucosal tissue derivative. 50 to 100 w / w%, more preferably 70 to 100 w / w%, and most preferably 100 w / w%.

상기 세포 운반물질에 소장점막하조직 유도체가 30% 미만으로 포함이 되는 경우에는 바이오 잉크 조성물로 프린팅된 구조체의 구조 안정성이 낮아질 수 있다는 점에서 바람직하지 않다. When the small intestinal mucosal tissue derivative is contained in the cell carrier material in an amount of less than 30%, it is not preferable in that the structural stability of the structure printed with the bioink composition may be lowered.

본 발명의 바이오 잉크 조성물에서 상기 점성 증강제는 우수한 프린팅 경향성 및 바이오 잉크의 초기 강성(strength)을 유지하는데 적합한 것을 선택할 수 있으며, 이의 비제한적인 예시로는 히알루론산 또는 덱스트란일 수 있다. In the bio ink composition of the present invention, the viscous enhancer may be selected to be suitable for maintaining excellent printing tendency and initial strength of the bio ink, and non-limiting examples thereof may be hyaluronic acid or dextran.

본 발명의 바이오 잉크 조성물에서 상기 윤활제는 전단률(shear rate)을 최소화 할 수 있고, 분배 속도(dispensing speed)를 개선할 수 있는 물질 중에서 선택되는 것이 바람직하며, 이의 비제한적인 예시로는 글리세롤을 들 수 있다. In the bioink composition of the present invention, the lubricant is preferably selected from materials capable of minimizing shear rate and improving dispensing speed, and non-limiting examples thereof include glycerol. Can be lifted.

본 발명의 바이오 잉크 조성물에서 상기 구조물질은 빠른 가교결합의 형성 및 기계적 강성을 유지할 수 있는 물질로부터 선택되는 것이 바람직하며, 이의 비제한적인 예시로는 피브리노겐, 화학적으로 가교할 수 있도록 변형된 히알루론산 (예, 메타아크릴레이티드 히알루론산, 사이올레이티드 히알루론산, 등), 화학적으로 가교할 수 있도록 변형된 젤라틴 (예, 젤라틴 메타아크릴레이티드, 사이올레이티드 젤라틴, 등), 콜라겐, 알기네이트, 메틸 셀룰로오스, 키토산, 키틴, 합성펩타이드 및 폴리에틸렌 글리콜 기초의 하이드로겔로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. In the bioink composition of the present invention, the structural material is preferably selected from materials capable of maintaining rapid crosslinking and mechanical stiffness, and non-limiting examples include fibrinogen and hyaluronic acid modified to be chemically crosslinkable. (Eg, methacrylated hyaluronic acid, thiolated hyaluronic acid, etc.), gelatin modified to be chemically crosslinkable (e.g. gelatin methacrylate, thiolated gelatin, etc.), collagen, alginate, It may be any one or more selected from the group consisting of methyl cellulose, chitosan, chitin, synthetic peptides and polyethylene glycol based hydrogels.

상기 피브리노겐은 겔의 안정성 측면에서 구조물질로서 적합할 뿐만 아니라, 세포가 프린팅된 이후에 세포의 부착 및 분화에 적합한 미세환경을 조성한다는 점에서 바람직한 구조물질로 선택될 수 있다. 히알루론산과 글리세롤은 각각 삼차원적 바이오 프린팅 적용시 분배 균일성(dispensing uniformity) 및 노즐의 막힘 방지효과 측면에서 본 발명의 조성물에 적합하게 사용될 수 있다. The fibrinogen is not only suitable as a structural material in terms of stability of the gel, but also can be selected as a preferred structural material in that it creates a microenvironment suitable for cell attachment and differentiation after the cells are printed. Hyaluronic acid and glycerol may be suitably used in the composition of the present invention in terms of dispensing uniformity and prevention of clogging of the nozzle when applying three-dimensional bio printing, respectively.

본 발명의 바이오 잉크 조성물에서 상기 세포 운반물질은 0.01-10 w/v% , 0.05- 10 w/v%, 0.5-10 w/v%, 1-10 w/v%, 1.5-10 w/v%, 2-10 w/v%, 0.1-8 w/v%, 0.5-8 w/v%, 1-8 w/v%, 2-8 w/v%, 0.1-6 w/v%, 0.5-6 w/v%, 1-6 w/v%, 2-6 w/v%, 0.1-5 w/v%, 0.5-5 w/v%, 1-5 w/v% 또는 2-5 w/v% 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 2-4 w/v% 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the bio ink composition of the present invention, the cell transport material is 0.01-10 w / v%, 0.05-10 w / v%, 0.5-10 w / v%, 1-10 w / v%, 1.5-10 w / v %, 2-10 w / v%, 0.1-8 w / v%, 0.5-8 w / v%, 1-8 w / v%, 2-8 w / v%, 0.1-6 w / v%, 0.5-6 w / v%, 1-6 w / v%, 2-6 w / v%, 0.1-5 w / v%, 0.5-5 w / v%, 1-5 w / v% or 2- 5 w / v% may be included, most preferably 2-4 w / v%, but is not limited thereto.

본 발명의 바이오 잉크 조성물에서 상기 점성 증강제는 0.01-1 w/v%, 0.05-1 w/v%, 0.1-1 w/v%, 0.2-1 w/v%, 0.01-0.8 w/v%, 0.05-0.8 w/v%, 0.1-0.8 w/v%, 0.2-0.8 w/v%, 0.01-0.5 w/v%, 0.05-0.5 w/v% 또는 0.1-0.5 w/v% 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 0.2-0.4 w/v% 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the bio ink composition of the present invention, the viscosity enhancer is 0.01-1 w / v%, 0.05-1 w / v%, 0.1-1 w / v%, 0.2-1 w / v%, 0.01-0.8 w / v% , 0.05-0.8 w / v%, 0.1-0.8 w / v%, 0.2-0.8 w / v%, 0.01-0.5 w / v%, 0.05-0.5 w / v% or 0.1-0.5 w / v% And most preferably 0.2-0.4 w / v%, but is not limited thereto.

본 발명의 바이오 잉크 조성물에서 상기 윤활제는 0.1-30 w/v%, 1-30 w/v%, 5-30 w/v%, 10-30 w/v%, 0.1-20 w/v%, 1-20 w/v%, 5-20 w/v%, 10-20 w/v%, 0.1-15 w/v%, 1-15 w/v%, 5-15 w/v% 또는 10-15 w/v% 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 10-13 w/v% 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the bio ink composition of the present invention, the lubricant is 0.1-30 w / v%, 1-30 w / v%, 5-30 w / v%, 10-30 w / v%, 0.1-20 w / v%, 1-20 w / v%, 5-20 w / v%, 10-20 w / v%, 0.1-15 w / v%, 1-15 w / v%, 5-15 w / v% or 10- 15 w / v% may be included, most preferably 10-13 w / v%, but is not limited thereto.

본 발명의 바이오 잉크 조성물에서 상기 구조물질은 0.1-10 w/v%, 0.5-10 w/v%, 1-10 w/v%, 0.1-8 w/v%, 0.5-8 w/v%, 1-8 w/v%, 0.1-5 w/v%, 0.5-5 w/v% 또는 1-5 w/v% 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 1-3 w/v% 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the bio ink composition of the present invention, the structural material is 0.1-10 w / v%, 0.5-10 w / v%, 1-10 w / v%, 0.1-8 w / v%, 0.5-8 w / v% , 1-8 w / v%, 0.1-5 w / v%, 0.5-5 w / v% or 1-5 w / v%, most preferably 1-3 w / v%, , But is not limited thereto.

본 발명의 발명자들은 종래 연구를 통하여 삼차원적 바이오 프린팅에 적용되기에 적합한 물리적 및 생물학적 특성을 나타내는 바이오 잉크 조성물을 개발하기 위해 다양한 조합의 구성을 갖는 조성물의 물리적 및 생물학적 특성을 테스트하여 본 결과, 상기 조합 및 상기 함량의 구성성분의 조합으로 이루어진 바이오 잉크 조성물이 높은 구조 안정성, 우수한 프린팅 성능 및 프린팅 후 적절한 기계적 특성을 나타내어 조직 유사기관의 제조를 위한 삼차원적 바이오 프린팅에 특히 적합하다는 것을 확인한 바 있다.The inventors of the present invention tested the physical and biological properties of the composition having various combinations of configurations to develop a bio-ink composition that exhibits physical and biological properties suitable for application to three-dimensional bioprinting through conventional research. It has been confirmed that the bio-ink composition consisting of the combination of the composition and the components of the above content is particularly suitable for three-dimensional bio-printing for the production of tissue-like organs by exhibiting high structural stability, excellent printing performance and appropriate mechanical properties after printing.

본 발명의 바이오 잉크 조성물에서 상기 TGF-β는 0.01-1 w/v%, 0.05-1 w/v%, 0.1-1 w/v%, 0.2-1 w/v%, 0.01-0.8 w/v%, 0.05-0.8 w/v%, 0.1-0.8 w/v%, 0.2-0.8 w/v%, 0.01-0.5 w/v%, 0.05-0.5 w/v% 또는 0.1-0.5 w/v% 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 0.01-0.03 w/v% 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the bio ink composition of the present invention, the TGF-β is 0.01-1 w / v%, 0.05-1 w / v%, 0.1-1 w / v%, 0.2-1 w / v%, 0.01-0.8 w / v %, 0.05-0.8 w / v%, 0.1-0.8 w / v%, 0.2-0.8 w / v%, 0.01-0.5 w / v%, 0.05-0.5 w / v% or 0.1-0.5 w / v% May be, and most preferably, may include 0.01-0.03 w / v%, but is not limited thereto.

한편, 본 발명의 상기 바이오 잉크 조성물은 세포 0.05-60×106/mL을 포함할 수 있다.On the other hand, the bio-ink composition of the present invention may include cells 0.05-60 × 10 6 / mL.

본 발명에서 상기 세포는 바람직하게는, 줄기세포, 조골세포(osteoblast), 근아세포(myoblast), 건세포(tenocyte), 신경아세포(neuroblast), 섬유아세포(fibroblast), 신경교아세포(glioblast), 배세포(germ cell), 간세포(hepatocyte), 신장세포(renal cell), 지대세포(Sertoli cell), 연골세포(chondrocyte), 상피세포(epithelial cell), 심혈관세포, 각질세포(keratinocyte), 평활근세포(smooth muscle cell), 심장근세포(cardiomyocyte), 신경교세포(glial cell), 내피세포(endothelial cell), 호르몬 분비세포, 면역세포, 췌장섬세포(pancreatic islet cell) 및 신경세포(neuron)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 줄기세포 또는 조골세포일 수 있으며, 가장 바람직하게는 줄기세포일 수 있다. In the present invention, the cells are preferably, stem cells, osteoblasts, osteoblasts, myoblasts, tenocytes, neuroblasts, fibroblasts, glioblasts, embryos Cells (germ cells), hepatocytes, renal cells, Sertoli cells, chondrocytes, epithelial cells, cardiovascular cells, keratinocytes, smooth muscle cells ( selected from the group consisting of smooth muscle cells, cardiomyocytes, glial cells, endothelial cells, hormone secreting cells, immune cells, pancreatic islet cells and neurons. It may be any one or more, preferably stem cells or osteoblasts, and most preferably stem cells.

본 발명에서 사용되는 상기 세포 및 바이오 프린팅된 조직 유사 구조체 내에 포함된 세포는 당업계에 공지된 임의의 방식으로 배양될 수 있다. 세포 및 조직 배양 방법은 당업계에 공지되어 있고, 예를 들어 문헌[Cell & Tissue Culture: Laboratory Procedures;Freshney (1987), Culture of Animal Cells: A Manual of Basic Techniques]에 기술되어 있고, 상기 정보에 대한 이의 내용은 본원에 참고 인용된다. 일반적인 포유동물 세포 배양 기술, 세포주, 및 본 발명과 함께 사용될 수 있는 세포 배양 시스템이 또한 문헌[Doyle, A., Griffiths, J. B., Newell, D. G., (eds.) Cell and Tissue Culture: Laboratory Procedures, Wiley (1998)]에 기술되어 있고, 상기 정보에 대한 이의 내용은 본원에 참고 인용된다.The cells used in the present invention and the cells included in the bioprinted tissue-like construct can be cultured in any manner known in the art. Cell and tissue culture methods are known in the art and are described, for example, in Cell & Tissue Culture: Laboratory Procedures; Freshney (1987), Culture of Animal Cells: A Manual of Basic Techniques, The contents of this are incorporated herein by reference. General mammalian cell culture techniques, cell lines, and cell culture systems that can be used with the present invention are also described in Doyle, A., Griffiths, JB, Newell, DG, (eds.) Cell and Tissue Culture: Laboratory Procedures, Wiley (1998), the contents of which are incorporated herein by reference.

본 발명에서 상기 세포는 삼차원적 바이오프린터로부터 바이오 잉크를 침착 또는 압출시킴으로써 바이오 프린팅될 수 있다. 본 발명의 바이오 잉크는 복수의 세포를 포함하는 액체, 반고체, 또는 고체 조성물의 형태일 수 있다. 바이오 잉크는 액체 또는 반고체 세포 용액, 세포 현탁액, 또는 세포 농축물을 포함한다. 상기 바이오 잉크 조성물은 1) 복수의 세포 또는 세포 응집체와 생체적합성 액체 또는 겔을 소정의 비율에서 혼합하여 바이오잉크를 제조하는 단계, 및 2) 바이오 잉크를 치밀화하여 원하는 세포 밀도 및 점도를 갖는 바이오 잉크를 제조하는 단계 등에 의해 제조될 수 있다. 구체적으로, 바이오 잉크의 치밀화는 원심분리, 접선류 여과("TFF"), 또는 이의 조합에 의해 실현되며 바이오 잉크의 치밀화는 압출가능한 조성물을 제조하여 다세포 응집체 또는 다세포체를 형성한다. 상기 "압출가능한"이란 노즐(nozzle) 또는 오리피스(예, 하나 이상의 구멍 또는 튜브)를 (예를 들어, 압력 하에서) 통과시킴으로써 성형될 수 있는 것을 의미한다. 또한 바이오 잉크의 치밀화는 적당한 밀도로 세포를 성장시키는 것으로부터 유도된다. 바이오 잉크에 필요한 세포 밀도는 사용할 세포 및 제조할 조직 또는 장기에 따라 달라진다.In the present invention, the cells can be bioprinted by depositing or extruding bioink from a three-dimensional bioprinter. The bio ink of the present invention may be in the form of a liquid, semi-solid, or solid composition comprising a plurality of cells. Bio inks include liquid or semi-solid cell solutions, cell suspensions, or cell concentrates. The bio-ink composition comprises: 1) mixing a plurality of cells or cell aggregates with a biocompatible liquid or gel at a predetermined ratio to prepare a bio-ink, and 2) densifying the bio-ink to obtain a bio-ink having a desired cell density and viscosity. It may be manufactured by the steps of manufacturing. Specifically, the densification of the bio ink is realized by centrifugation, tangential flow filtration ("TFF"), or a combination thereof, and the densification of the bio ink produces an extrudable composition to form multicellular aggregates or multicellular bodies. The term “extrudable” means that it can be molded by passing a nozzle or orifice (eg, one or more holes or tubes) (eg under pressure). In addition, densification of bio-inks is derived from growing cells at a suitable density. The cell density required for bioinks depends on the cell to be used and the tissue or organ to be manufactured.

본 발명은 또한, 상기 바이오 잉크 조성물은 조직유래 성분이 추가로 포함될 수 있다.In the present invention, the bio-ink composition may further include a tissue-derived component.

조직유래 성분은 연골, 신장, 심장, 간, 근육 등과 같은 동물의 특정조직이 탈세포화 되고 세포외기질을 주성분으로 하는 물질의 겔(gel)화 된 것을 의미하며, 이는 바이오 잉크 조성물의 조직특이성을 강화하기 위하여 포함될 수 있다. The tissue-derived component means that specific tissues of animals, such as cartilage, kidney, heart, liver, and muscle, are decellularized and gelled of a substance having an extracellular matrix as a main component, which indicates the tissue specificity of the bio-ink composition. Can be included to enhance.

바이오 잉크 조성물에 포함된 세포가 삼차원 프린팅된 조직 유사기관 내에서 정상적으로 성장, 분화하기 위해서는 신체 내 원 조직의 미세환경(microenvironment)과 유사한 자연적인 환경을 조성할 필요가 있다. 인위적으로 생성된 어떠한 조성물도 세포외기질(extracellular matrix)과 같은 자연적인 조직유래 성분이 갖고 있는 특성을 모두 재연하는 것이 사실상 불가능하며, 따라서 탈세포화된 조직유래 성분을 바이오 잉크 조성물에 추가함으로써, 세포가 정상적으로 성장하고 분화할 수 있는 미세환경을 조성해 줄 수 있다.In order for cells included in the bioink composition to grow and differentiate normally in a three-dimensional printed tissue-like organ, it is necessary to create a natural environment similar to the microenvironment of the original tissue in the body. It is virtually impossible to recreate all of the properties of natural tissue-derived components, such as extracellular matrix, in any artificially produced composition, so by adding decellularized tissue-derived components to the bioink composition, the cells Can create a microenvironment that can grow and differentiate normally.

탈세포화된 조직유래 성분은 인체 내에서 세포와의 상호작용을 통해 조성된 각각의 조직 특화된 구성성분 및 위상을 갖고 있기 때문에, 세포의 성장 및 분화에 유리한 환경을 제공하여 줄 수 있다. 따라서, 본 발명의 바이오 잉크 조성물에 조직유래 성분을 추가함으로써, 세포가 정상적인 형태를 유지하며 그 기능을 원활히 보존할 수 있도록 할 수 있다.Since the decellularized tissue-derived component has each tissue-specific component and phase formed through interaction with cells in the human body, it can provide an advantageous environment for cell growth and differentiation. Therefore, by adding a tissue-derived component to the bio-ink composition of the present invention, it is possible to maintain the normal shape of the cell and to smoothly preserve its function.

본 발명에서의 상기 조직유래 성분을 얻을 수 있는 조직은 특별히 제한되지 않으며, 제조하고자 하는 조직 유사기관에 따라 선택하여 탈세포화한 후 겔(gel)화 하여 사용할 수 있다. 조직을 탈세포화 하는 방법 및 겔(gel)화 하는 방법은 당업계에 공지되어 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자가 용이하게 선택하여 실시할 수 있을 것이다.The tissue capable of obtaining the tissue-derived component in the present invention is not particularly limited, and may be selected and decellularized according to a tissue-like organ to be produced and then gelled. Methods for decellularization of tissues and methods for gelation are known in the art and will be readily carried out by those skilled in the art to which the present invention pertains.

본 발명에 있어서 상기 바이오 잉크 조성물은 세포 배양 배지를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 세포 배양 배지는 목적하는 세포에 적합한 임의의 배지를 포함하는 개념이며, 세포 배양 배지의 비제한적인 예시로는 둘베코 인산 완충 식염수, 얼 균형화 염, 행크 균형화 염, 티로드 염, 알시버 용액, 게이 균형화 염 용액, 크랩-헨젤라이트 변성 완충제, 크랩-링거 중탄산 완충제, 퍽 식염수, 둘베코 변성 이글 배지, 둘베코 변성 이글 배지/영양소 F-12 Ham, 영양소 혼합물 F-10Ham(Ham's F-10), 배지 199, 이글 최소 필수 배지, RPMI-1640 배지, 에임즈 배지, BGJb 배지(Fitton-JacksonModification), 클릭 배지, CMRL-1066 배지, 피셔 배지, 글라스코우 최소 필수 배지(GMEM), 이스코브 변성 둘베코 배지(IMDM), L-15 배지(Leibovitz), 맥코이 5A 변성 배지, NCTC 배지, 스윔 S-77 배지, 웨이마우스 배지,윌리엄 배지 E, 또는 이의 조합을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 세포 배양 배지는 알부민, 셀레늄, 트랜스페린, 페투인, 슈가, 아미노산, 비타민, 성장 인자, 사이토카인, 호르몬, 항생물질, 지질, 지질 담체, 시클로덱스트린, 또는 이의 조합을 추가로 포함할 수 있다. In the present invention, the bio-ink composition may additionally include a cell culture medium. The cell culture medium is a concept that includes any medium suitable for the desired cell, and non-limiting examples of the cell culture medium include Dulbecco's phosphate buffered saline, Ear Balancing Salt, Hank Balancing Salt, Tyrod Salt, and Alciver solution. , Gay Balancing Salt Solution, Crab-Henzelite Denatured Buffer, Crab-Ringer Bicarbonate Buffer, Puck Saline, Dulbecco's Modified Eagle's Medium, Dulbecco's Modified Eagle's Medium / Nutrient F-12 Ham, Nutrient Mixture F-10Ham (Ham's F-10 ), Medium 199, Eagle Minimum Essential Medium, RPMI-1640 Medium, Ames Medium, BGJb Medium (Fitton-JacksonModification), Click Medium, CMRL-1066 Medium, Fisher Medium, Glascow Minimum Essential Medium (GMEM), Iscov Denaturation Two Beco medium (IMDM), L-15 medium (Leibovitz), McCoy 5A denaturation medium, NCTC medium, Swim S-77 medium, Weimouth medium, William medium E, or combinations thereof, but are not limited thereto. In addition, the cell culture medium may further include albumin, selenium, transferrin, fetuin, sugar, amino acids, vitamins, growth factors, cytokines, hormones, antibiotics, lipids, lipid carriers, cyclodextrins, or combinations thereof. have.

본 발명에서 바이오 잉크 조성물은 세포 접착을 촉진하는 물질 및/또는 산화방지제를 추가로 포함할 수 있다. In the present invention, the bio ink composition may further include a substance and / or antioxidant that promotes cell adhesion.

또한 본 발명의 바이오 잉크 조성물은 세포사(예, 괴사, 세포사멸, 또는 자율흡수작용)를 억제하는 물질을 추가로 포함할 수 있다. 세포사를 억제하는 물질의 비제한적 예로서, 소분자, 항체, 펩티드, 펩티바디, 항-TNF 물질, 인터류킨의 활성을 억제하는 물질, 인터페론의 활성을 억제하는 물질, GCSF(과립구 콜로니-자극 인자)의 활성을 억제하는 물질, 대식세포 염증성 단백질의 활성을 억제하는 물질, TGF-B(형질전환 성장 인자 B)의 활성을 억제하는 물질, MMP(매트릭스 메탈로프로티나제)의 활성을 억제하는 물질, 카스페이스의 활성을 억제하는 물질, MAPK/JNK 신호전달 캐스케이드의 활성을 억제하는 물질, Src 키나아제의 활성을 억제하는 물질, JAK(야누스 키나아제)의 활성을 억제하는 물질, 또는 이의 조합으로부터 선택될 수 있다. In addition, the bio-ink composition of the present invention may further include a substance that inhibits cell death (eg, necrosis, cell death, or autonomous absorption). Non-limiting examples of substances that inhibit cell death include small molecules, antibodies, peptides, peptibodies, anti-TNF substances, substances that inhibit the activity of interleukins, substances that inhibit the activity of interferons, and GCSF (granulocyte colony-stimulating factor). Substances that inhibit activity, substances that inhibit the activity of macrophage inflammatory proteins, substances that inhibit the activity of TGF-B (transformation growth factor B), substances that inhibit the activity of MMP (matrix metalloproteinase), Substances that inhibit the activity of the carspace, substances that inhibit the activity of the MAPK / JNK signaling cascade, substances that inhibit the activity of the Src kinase, substances that inhibit the activity of the JAK (janus kinase), or combinations thereof. have.

본 발명은 또한, 상기 바이오 잉크 조성물은 구성성분의 가교결합을 촉진하기 위한 가교제 또는 광학개시제(photoinitiator)를 추가로 포함할 수 있다. The present invention also, the bio-ink composition may further include a crosslinking agent or a photoinitiator to promote crosslinking of the components.

상기 가교제는 통상적인 하이드로겔 조성물에 사용되는 다가 금속이온을 포함하는 화합물일 수 있다. 다가 금속이온 화합물은 알루미늄 화합물, 칼슘 화합물 및 마그네슘 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수산화알루미늄, 함수규산알루미늄, 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화알루미늄, 메타규산알루미늄산마그네슘, 아세트산알루미늄 및 규산알루미늄산마그네슘으로 구성되는 그룹으로부터 하나 이상 선택되는 것일 수 있다The crosslinking agent may be a compound containing a polyvalent metal ion used in a conventional hydrogel composition. The polyvalent metal ion compound is preferably selected from the group consisting of aluminum compounds, calcium compounds and magnesium compounds. For example, it may be one or more selected from the group consisting of aluminum hydroxide, aluminum hydrous silicate, calcium chloride, magnesium chloride, aluminum chloride, magnesium metasilicate, aluminum acetate and magnesium silicate.

상기 광학개시제는 빛에 노출됨에 따라 신속한 가교결합을 유발하는 물질을 의미한다. 본 발명에서 상기 광학개시제의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니나, 자외선(UV)의 조사에 의해 가교반응이 일어나는 광학개시제 또는 가시광선의 조사에 의해 가교반응이 일어나는 광학개시제가 사용이 될 수 있다. 적절한 광학개시제의 비제한적인 예시로는, 아세토페논, 벤조인 메틸 에티르, 디에톡시아세토페논, 벤조일 포스핀 옥사이드 및 1-히드록시사이클로헥실 페닐 케톤, 에오신 등을 들 수 있다. 첨가되는 광학개시제의 양은 노출되는 빛의 파장 및 시간에 따라 달라질 수 있다. The optical initiator refers to a material that causes rapid crosslinking upon exposure to light. In the present invention, the type of the optical initiator is not particularly limited, but an optical initiator that cross-links by irradiation of ultraviolet (UV) light or an optical initiator that cross-links by irradiation of visible light may be used. Non-limiting examples of suitable photoinitiators include acetophenone, benzoin methyl ether, diethoxyacetophenone, benzoyl phosphine oxide and 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, eosin, and the like. The amount of the optical initiator added may vary depending on the wavelength and time of the light to be exposed.

이상 살펴본 본 발명의 바이오 잉크 조성물은 TGF-β를 특정 함량으로 조성물에 포함함으로써, 줄기세포의 연골세포로의 분화를 촉진하는 효과를 나타낼 수 있다. The bio-ink composition of the present invention described above may exhibit the effect of promoting differentiation of stem cells into chondrocytes by including TGF-β in the composition in a specific content.

본 발명의 상기 바이오 잉크 조성물이 연골세포로의 분화를 유도할 수 있는 줄기세포는, 동물의 중간엽 줄기세포일 수 있으며, 바람직하게는 포유동물, 보다 바람직하게는 인간의 중간엽 줄기세포일 수 있다. 또한 본 발명의 중간엽 줄기세포는 골수, 지방조직, 말초혈액, 간 유래 일 수 있다. Stem cells in which the bioink composition of the present invention can induce differentiation into chondrocytes may be mesenchymal stem cells of an animal, preferably mammalian, more preferably human mesenchymal stem cells. have. In addition, the mesenchymal stem cells of the present invention may be derived from bone marrow, adipose tissue, peripheral blood, and liver.

중간엽 줄기세포는 골수 등에 적은 양으로 존재하지만, 이를 분리 및 배양하는 과정은 당업계에 잘 알려져 있으며 예를 들면 미국특허 제5,486,359호를 참조할 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 중간엽 줄기세포는 공지된 방법에 따라 골수의 조혈모세포로부터 부착특성에 의해 분리한 후 분화능력을 잃지 않은 상태에서 증식시켜 얻을 수 있다.Mesenchymal stem cells are present in small amounts in the bone marrow and the like, but the process of isolating and culturing them is well known in the art, and for example, refer to US Patent No. 5,486,359. In addition, in the present invention, the mesenchymal stem cells can be obtained by separating from the hematopoietic stem cells of the bone marrow according to a known method and then propagating in a state in which the differentiation ability is not lost.

본 발명은 또한 (a) 본 발명의 바이오 잉크 조성물을 삼차원 바이오 프린터에 충전하는 단계; (b) 목적하는 조직 유사기관을 삼차원 프린팅 하는 단계; 및 (c) 삼차원 프린팅된 바이오 잉크 조성물을 가교결합 시키는 단계를 포함하는 조직 유사기관 제조방법을 제공한다. The present invention also comprises the steps of (a) filling the bio-ink composition of the present invention in a three-dimensional bio printer; (b) three-dimensional printing the desired tissue-like organs; And (c) cross-linking the three-dimensional printed bio ink composition.

본 발명에서 제공되는 바이오 잉크 조성물은 다양한 조직 유사기관의 제조에 용이하다. 바이오 프린팅 기술은 조직 유사기관을 제조하기 위한 유용한 도구로서 당업계에서 발전되고 있다. 한편, 바이오 프린팅에 사용되기 위한 종래의 바이오 잉크 조성물들은 액상 형태이기 때문에 충분한 물리적 강성을 갖기가 힘들거나, 또는 지나치게 물리적 강성이 강하여 프린팅 과정에서 세포의 생존이 충분히 보장되지 않는다는 문제점이 있었다. 본 발명의 바이오 잉크 조성물은 삼차원적 바이오 프린팅에 적용하여 조직 유사기관을 제조함에 있어서, 충분한 물리적 강성은 유지하고 바이오 프린터에 의해 분사됨에 있어서 세포의 생존이 충분히 보장된다는 장점이 있어 조직 유사기관의 제조에 굉장히 적합한 물리적 및 생물학적 특성을 나타낸다. 또한, 본 발명의 바이오 잉크 조성물은 종래 젤라틴만을 세포 운반물질로 사용한 바이오 잉크 조성물과 비교하여 정교한 프린팅 성능을 나타내는 것으로 확인되었다. The bio-ink composition provided in the present invention is easy to manufacture various tissue-like organs. Bio-printing technology has been developed in the art as a useful tool for manufacturing tissue-like organs. On the other hand, conventional bio-ink compositions for use in bio-printing have a problem that it is difficult to have sufficient physical stiffness, or excessive physical stiffness, so that cell survival is not sufficiently ensured in the printing process. The bio-ink composition of the present invention is applied to three-dimensional bio-printing to produce a tissue-like organ, and has the advantage of maintaining sufficient physical stiffness and ensuring sufficient cell survival when sprayed by a bio-printer, thereby producing a tissue-like organ. It is very suitable for physical and biological properties. In addition, the bio ink composition of the present invention was confirmed to exhibit sophisticated printing performance compared to a bio ink composition using only gelatin as a cell carrier.

또한, 상기 세포 운반물질로 젤라틴만을 사용한 종래 바이오 잉크 조성물과 비교하여, 세포 운반물질로서 소장점막하조직을 함께 포함할 경우 프린팅 후 구조 안정성이 현저히 우수하고, 보다 정밀한 프린팅성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. In addition, as compared to the conventional bio-ink composition using only gelatin as the cell transport material, it was confirmed that the structural stability after printing is remarkably excellent and more precise printing property when the subcarrier tissue is included as a cell transport material.

본 발명에서의 바이오 잉크 조성물은 삼차원적인 구조체의 적층을 가능하게 한다. 충분한 양의 세포가 포함된 본 발명의 바이오 잉크 조성물이 삼차원 바이오 프린터에 의해 적층됨으로써 조직 유사기관을 형성하는데 이용될 수 있다. The bio ink composition in the present invention enables stacking of three-dimensional structures. The bioink composition of the present invention containing a sufficient amount of cells can be used to form a tissue-like organ by being stacked by a three-dimensional bioprinter.

본 발명에서의 "바이오 프린팅"이란 자동화된, 컴퓨터 보조의, 삼차원 시제품화 장치(예, 바이오프린터)와 상용되는 방법론을 통해 삼차원의 정확한 세포 침착(예, 세포 용액, 세포 함유 겔, 세포 현탁액, 세포 농축물, 다세포 응집체, 다세포체 등)을 이용하는 것을 의미한다. “Bioprinting” in the present invention means accurate cell deposition in three dimensions (eg, cell solutions, cell-containing gels, cell suspensions) through methodologies compatible with automated, computer-aided, three-dimensional prototyping devices (eg, bioprinters), It means using cell concentrates, multicellular aggregates, multicellular bodies, etc.).

본 발명에서의 바이오 프린팅 방법은 연속 및/또는 실질적으로 연속이다. 연속 바이오 프린팅 방법의 비제한적 예는 바이오 잉크의 저장소에 연결되는 분사 팁(dispense tip) (예, 주사기, 모세관 등)을 통해 바이오 프린터로부터 바이오 잉크를 분사하는 것이다. 연속 바이오 프린팅 방법은 기능 단위의 반복 패턴에서 바이오 잉크를 분사하는 것이다. 상기 반복 기능 단위는 예를 들어 원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 다각형, 및 불규칙 기하구조를 포함하는 임의의 적당한 기하구조를 갖는다. 또한, 바이오 프린팅된 기능 단위의 반복 패턴은 층을 포함하고 복수의 층이 조작된 조직 또는 장기를 형성하기 위해 인접하게 바이오 프린팅 될 수 있다.(예를 들면, 적층된다). 구체적으로, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 이상의 층이 조작된 조직 또는 장기를 형성하기 위해 인접하게 바이오 프린팅 될 수 있다.The bioprinting method in the present invention is continuous and / or substantially continuous. A non-limiting example of a continuous bioprinting method is to jet bioink from a bio printer through a dispensing tip (eg, syringe, capillary tube, etc.) connected to a reservoir of bioink. The continuous bioprinting method is to spray bioink in a repeating pattern of functional units. The repeating functional unit has any suitable geometry, including, for example, circular, square, rectangular, triangular, polygonal, and irregular geometry. In addition, repeat patterns of bioprinted functional units include layers and multiple layers can be bioprinted adjacently to form engineered tissue or organs (eg, stacked). Specifically, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 or more layers can be bioprinted adjacent to form engineered tissue or organs.

바이오 프린팅된 기능 단위는 격자무늬(tessellated) 패턴으로 반복될 수 있다. "격자무늬 패턴"은 중첩되지 않고 갭이 없는 평면을 충전하는 평면 도형이다. 연속 및/또는 격자무늬 바이오프린팅의 이점은 바이오 프린팅된 조직의 증가된 생산성을 포함할 수 있다. 또 다른 비제한적 잠재적 이점은 이전에 침착된 바이오 잉크의 요소와 바이오 프린터를 정렬할 필요를 없앨 수 있다는 것이다. 연속 바이오프린팅은 또한 경우에 따라 시린지 메커니즘을 사용하여 바이오 잉크의 대형 저장소로부터 보다 큰 조직을 인쇄하는 것을 용이하게 할 수 있다.The bioprinted functional units can be repeated in a tessellated pattern. The "lattice pattern" is a planar shape that fills non-overlapping and gap-free planes. The benefits of continuous and / or lattice bioprinting can include increased productivity of bioprinted tissue. Another non-limiting potential advantage is that it eliminates the need to align the bio printer with elements of previously deposited bio ink. Continuous bioprinting can also facilitate printing larger tissue from a large reservoir of bioink, optionally using a syringe mechanism.

바이오 프린터로부터 적당한 및/또는 최적의 분사 거리는 재료 편평화 또는 분사 바늘에의 부착화를 생성하지 않는다. 바이오 프린터 분사 팁은 약, 5, 10, 20, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000 ㎛ 이상 및 이 범위 내의 증분의 내경을 갖는다. 또한, 바이오 프린터의 바이오 잉크 저장소는 약 .5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100 입방 센티미터 이상 및 이 범위 내의 증분의 용적을 갖는다. 펌프 속도는 시스템에서의 잔류 압력 상승이 낮을 경우 적당하고/하거나 최적일 수 있다. 양호한 펌프 속도는 저장소의 단면적과 분사 바늘 사이의 비율에 의존할 수 있고, 보다 높은 비율은 보다 낮은 펌프 속도를 필요로 한다.Proper and / or optimal jetting distance from the bio printer does not result in material flattening or adhesion to the jetting needle. The bio printer spray tips are about, 5, 10, 20, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950 , Has an inner diameter of 1000 µm or more and an increment within this range. In addition, the bio ink storage of the bio printer is about .5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 , 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100 cubic centimeters or more and incremental volumes within this range. The pump speed may be suitable and / or optimal if the residual pressure rise in the system is low. Good pump speeds can depend on the ratio between the cross-sectional area of the reservoir and the injection needle, and higher rates require lower pump speeds.

다양한 종류의 조직 유사기관이 상기한 방법에 의해 생성될 수 있다. 바이오 잉크 조성물을 적층하는 패턴이나 적층 배열은 제조하고자 하는 조직 유사기관의 크기 및 직경 등에 의해 결정될 수 있다. 또한, 조직 유사기관을 제조하기 위해 사용되는 바이오 잉크에 포함되는 세포의 개수는 세포의 종류, 바이오 잉크 조성물에 포함된 세포 영양성분의 함량 등에 따라 조절될 수 있다. 또한, 바이오 잉크 조성물에 포함되는 세포의 종류는 상기 방법에 따라 제조하고자 하는 조직 유사기관의 종류에 따라 다양하게 변경이 가능하다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자라면, 삼차원 바이오 프린팅을 통해 제조하고자 하는 조직 유사기관의 종류에 따라 적절한 세포를 선택하여 이에 적용할 수 있을 것이다. Various types of tissue-like organs can be created by the methods described above. The pattern or stacking arrangement for stacking the bioink composition may be determined by the size and diameter of tissue-like organs to be manufactured. In addition, the number of cells included in the bio-ink used to manufacture tissue-like organs can be adjusted according to the type of cells, the content of the cell nutrients contained in the bio-ink composition, and the like. In addition, the type of cells included in the bio-ink composition can be variously changed according to the type of tissue-like organ to be manufactured according to the above method. Any person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to select and apply appropriate cells according to the type of tissue-like organs to be manufactured through three-dimensional bioprinting.

바이오 잉크 조성물이 삼차원 바이오 프린터에 의해 분사되어 적층된 이후에는 이를 광(자외선 또는 가시광선)에 노출시키거나 또는 가교 결합용액을 첨가함으로써 바이오 잉크 조성물의 가교결합을 촉진할 수 있다. 이러한 가교결합은 적층된 바이오 잉크 조성물이 보다 단단한 구조물로 완성될 수 있도록 해준다. 한편, 상기 광(자외선 또는 가시광선)은 적층된 바이오 잉크 조성물의 표면에 직접적으로 노출시킬 수 있으며, 예를 들어 광(자외선 또는 가시광선) 발생기로부터 발생된 300 nm 내지 800 nm 의 파장을 이용하여 적층된 바이오 잉크 조성물로부터 1~20 cm 거리에서 1초 내지는 1000초간 노출이 될 수 있고, 또는 20초 내지 500초, 또는 40초 내지 240초간 노출될 수 있다. 이러한 광(자외선 및 가시광선) 노출 거리 및 시간은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면, 짧은 거리 및 강한 파장이라면 짧은 시간 동안의 노출로도 충분한 가교결합을 형성할 수 있다는 것을 인지할 수 있을 것이다. After the bio-ink composition is sprayed and stacked by a three-dimensional bio-printer, cross-linking of the bio-ink composition may be promoted by exposing it to light (ultraviolet or visible light) or by adding a crosslinking solution. This crosslinking allows the layered bio ink composition to be completed with a more rigid structure. On the other hand, the light (ultraviolet or visible light) can be directly exposed to the surface of the laminated bio-ink composition, for example, using a wavelength of 300 nm to 800 nm generated from a light (ultraviolet or visible light) generator It may be exposed for 1 second to 1000 seconds at a distance of 1 to 20 cm from the stacked bio ink composition, or may be exposed for 20 seconds to 500 seconds, or 40 seconds to 240 seconds. Such light (ultraviolet and visible light) exposure distances and times are those skilled in the art to which the present invention pertains, short distances and strong wavelengths can form sufficient crosslinking even with short exposure times. Will be recognizable.

본 발명은 또한 상기 방법에 따라 제조된 체내 이식 가능한 조직 유사기관 또는 조직 구조체를 제공한다. The present invention also provides an implantable tissue-like organ or tissue construct made in accordance with the above method.

삼차원 바이오 프린팅 기술은 모양 및 크기 면에서 임상적으로 적용이 가능한 조직 또는 기관 구조물을 제작할 수 있는 가능성을 가지고 있다. 조직-특이적인 세포 종류 및 삼차원적 구조물에 적용된 바이오 잉크의 조합을 통하여, 세포에 내재된 재생산 능력을 이용할 수 있고, 이를 통해 필요한 조직 또는 장기를 생산해 내는 것이 가능할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 바이오 잉크 조성물을 이용하여 바이오 프린팅된 조직 구조체들은, 포유류 조직 및 기관과 해부학적으로 및 기능학적으로 유사성을 지닌 구조체를 제공해준다. The 3D bioprinting technology has the potential to produce tissue or organ structures that are clinically applicable in shape and size. Through the combination of tissue-specific cell types and bio-ink applied to the three-dimensional structure, it is possible to utilize the reproducing ability inherent in the cells, and it may be possible to produce necessary tissues or organs. Thus, bioprinted tissue constructs using the bioink composition according to the present invention provide constructs having anatomically and functionally similarities to mammalian tissues and organs.

본 발명의 조성물을 이용하면 조직 유사기관 또는 체내 이식 가능한 조직의 단일 구조체를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 여러 가지 세포를 동시에 프린팅하여 조직과 조직간의 연계를 재연할 수 있는, 기능성이 현저히 향상된 조직 구조체를 제조할 수도 있다.By using the composition of the present invention, not only can a tissue-like organ or a single structure of tissue transplantable in the body be provided, but also a tissue structure having significantly improved functionality, capable of reproducing the connection between tissue and tissue by simultaneously printing several cells, It can also be manufactured.

본 발명의 바이오 잉크 조성물은 높은 점탄성, 강한 구조 안정성, 우수한 프린팅성, 생체적합성 및 프린팅 후 적절한 기계적 특성과 함께 줄기세포의 연골세포로의 분화를 촉진하는 효과를 나타내기 때문에 삼차원적 바이오 프린팅을 이용한 조직 유사기관의 제조 및 연골 관련 질환의 치료에 매우 유용하게 사용될 수 있다. Since the bio-ink composition of the present invention exhibits an effect of promoting differentiation of stem cells into chondrocytes with high viscoelasticity, strong structural stability, excellent printing properties, biocompatibility and proper mechanical properties after printing, three-dimensional bioprinting is used. It can be very useful in the production of tissue-like organs and in the treatment of cartilage related diseases.

이하, 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to specific examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the following examples.

<실시예 1><Example 1>

바이오 잉크 조성물의 제조Preparation of bio ink composition

본 발명의 바이오 잉크 조성물은 세포가 균일하게 혼합된 형태로 프린팅이 수행될 수 있도록 충분한 점도를 가지며 온도에 민감한 젤라틴(35 mg/mL, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA), 프린팅시 바이오 잉크의 점도를 강화하고 패턴의 균일성을 향상시킬 수 있는 히알루론산(3 mg/mL, Sigma-Aldrich), 노즐 막힘 현상을 줄여주기 위한 윤활제로 글리세롤(10 v/v%, Sigma-Aldrich) 및 프린팅 후 가교에 의해 구조 안정성을 제공하는 화학적으로 변형된 젤라틴(20 mg/mL methacrylated gelatin)이다. 각 조성물은 37℃에서 하루동안 교반되어 균일하게 혼합되었다. 완전히 혼합되어 용해된 바이오 잉크 조성물을 0.45 um 주사형 필터를 이용하여 멸균하였다. 프린팅 후 가교가 이루어지도록 하기 위해 광학개시제인 메틸프로피오페논(1%, Sigma-Aldrich)를 사용하였다. 바이오 프린팅된 줄기세포를 연골세포로 분화되도록 유도할 때 사용되는 TGF-β3는 (0.1mg/mL, GenScript)는 화학적 결합을 통해 바이오 잉크 조성물에 포함시켰다. The bio-ink composition of the present invention has sufficient viscosity to allow printing to be performed in a uniformly mixed form of cells, and is sensitive to temperature (35 mg / mL, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA), during printing Hyaluronic acid (3 mg / mL, Sigma-Aldrich), which can enhance the viscosity of the bio ink and improve the uniformity of the pattern, glycerol (10 v / v%, Sigma-Aldrich) as a lubricant to reduce nozzle clogging And chemically modified gelatin (20 mg / mL methacrylated gelatin) that provides structural stability by crosslinking after printing. Each composition was uniformly mixed by stirring at 37 ° C for one day. The completely mixed and dissolved bio ink composition was sterilized using a 0.45 um injection filter. In order to achieve crosslinking after printing, methylpropiophenone (1%, Sigma-Aldrich), an optical initiator, was used. TGF-β3 (0.1mg / mL, GenScript), which is used when inducing bioprinted stem cells to differentiate into chondrocytes, was included in the bioink composition through chemical bonding.

Claims (7)

세포 운반물질, 점성 증강제, 윤활제 및 구조물질을 포함하는 바이오 잉크 조성물에 있어서, 전환성장인자-β(transforming growth factor, TGF-β)를 추가로 포함하는 바이오 잉크 조성물.
A bio ink composition comprising a cell transport material, a viscosity enhancer, a lubricant, and a structural material, wherein the bio ink composition further comprises a transforming growth factor (TGF-β).
제1항에 있어서, 상기 전환성장인자-β는 전환성장인자-β3인 것을 특징으로 하는 바이오 잉크 조성물.
The bioink composition of claim 1, wherein the conversion growth factor-β is a conversion growth factor-β3.
제1항에 있어서, 상기 세포 운반물질이 0.1-10 w/v%, 점성 증강제가 0.01-1 w/v%, 윤활제가 1-30 w/v%, 구조물질이 0.1-10 w/v% 및 전환성장인자-β가 0.01-1 w/v% 포함된 것을 특징으로 하는 바이오 잉크 조성물.
The method according to claim 1, wherein the cell transport material is 0.1-10 w / v%, the viscosity enhancer is 0.01-1 w / v%, the lubricant is 1-30 w / v%, and the structural material is 0.1-10 w / v%. And a conversion growth factor-β of 0.01-1 w / v%.
제1항에 있어서, 세포 0.05-60×106/mL이 추가로 포함된 것을 특징으로 하는 바이오 잉크 조성물.
According to claim 1, wherein the bio-ink composition, characterized in that the cell further contains 0.05-60 × 10 6 / mL.
제1항에 있어서, 상기 세포 운반물질은 소장점막하조직, 소장점막하조직 유도체, 젤라틴 또는 콜라겐, 상기 점성 증강제는 히알루론산 또는 덱스트란, 상기 윤활제는 글리세롤 및 상기 구조물질은 피브리노겐 또는 젤라틴 메타아크릴레이트인 것을 특징으로 하는 조성물.
The method of claim 1, wherein the cell transport material is small intestinal mucosal tissue, small intestinal mucosal tissue derivatives, gelatin or collagen, the viscosity enhancer is hyaluronic acid or dextran, the lubricant is glycerol and the structural material is fibrinogen or gelatin methacrylate. Composition characterized in that.
(a) 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 조성물을 삼차원 프린터에 충전하는 단계;
(b) 목적하는 조직 유사기관을 삼차원 프린팅 하는 단계; 및
(c) 삼차원 프린팅된 바이오 잉크 조성물을 가교결합 시키는 단계를 포함하는 조직 유사기관 제조방법.
(A) filling the composition of any one of claims 1 to 5 in a three-dimensional printer;
(b) three-dimensional printing the desired tissue-like organs; And
(c) A method for manufacturing a tissue-like organ comprising cross-linking a three-dimensional printed bio ink composition.
제6항의 방법에 따라 제조된 조직 유사기관(organoid). An organoid made according to the method of claim 6.
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