KR20210084883A - 바이오 잉크 조성물, 줄기세포 배양배드에 사용할 수 있는 3 차원 스캐폴드의 제조방법 및 그에 의해 제조된 3 차원 스캐폴드 - Google Patents

바이오 잉크 조성물, 줄기세포 배양배드에 사용할 수 있는 3 차원 스캐폴드의 제조방법 및 그에 의해 제조된 3 차원 스캐폴드 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 바이오 잉크 조성물, 줄기세포 배양배드에 사용할 수 있는 3 차원 스캐폴드의 제조방법 및 그에 의해 제조된 3 차원 스캐폴드에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 3 차원 스캐폴드는, 생분해성 물질; 생체활성 물질; 및 가교제;를 포함한다.

Description

바이오 잉크 조성물, 줄기세포 배양배드에 사용할 수 있는 3 차원 스캐폴드의 제조방법 및 그에 의해 제조된 3 차원 스캐폴드{BIO INK COMPOSITION, PREPARING METHOD FOR 3-DIMENSION SCAFFORD OF STEM CELL CULTURE BED AND 3-DIMENSION SCAFFORD THEREBY}
본 발명은 바이오 잉크 조성물, 줄기세포 배양배드에 사용할 수 있는 3 차원 스캐폴드의 제조방법 및 그에 의해 제조된 3 차원 스캐폴드에 관한 것이다.
삶의 질이 높아지고 인간의 생명연장의 꿈이 현실로 다가오면서 세포 담체를 만들어 이식함으로써 우리 몸의 손상된 조직 및 기능을 유지, 향상 또는 복원하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 조직 이식과 스캐폴드(Scaffold), 즉, 세포담체의 개발은 생체조직 공학의 발전에 따라 세포들이 3차원적으로 부착하고 배양될 수 있는 기능화된 조직을 제공하고 있다. 이러한 지지체는 세포가 부착, 분화 및 이동 가능하도록 다공화된 구조로 구성되고 있으며, 신체 내의 조직과 공존할 수 있는 셍체적합성 물질로 이뤄지며, 세포의 성장과 함께 지지체가 세포로 교체될 수 있도록 생분해적 성질을 갖추고 있어야 한다.
최근 생체조직 공학의 발달과 더불어 더욱 더 정교하고 조직적으로 세포담체를 제작하기 위한 여러 가지 기계 공학적 기술들이 사용되고 있다. CAD/CAM 기술은 생체내 대체하고자 하는 부분에 대해 필요한 모양으로 만들어지도록 형상의 설계를 용이하게 하고, 원하는 형상의 정보를 직접적으로 얻어내고, 이를 CAD 파일로 변환하여 세포담체 제작에 필요한 구조정보를 얻어내기도 한다. 이후 3D 바이오 플로터라 불리는 정밀한 압출기계 등을 이용해 다양한 생분해성 고분자 재료와 변환된 CAD 파일을 이용해 원하는 세포담체를 제작하게 된다.
종래의 천연 생체 고분자 키토산(Chitosan)과 알지네이트(Alginate)를 혼합하여 스펀지 형태로 제작된 세포담체는 두 가지 물질이 서로 혼합되어 제작된 세포담체, 제조 방법이 복잡하고 조직 재생 및 기계적 강도의 한계가 있고 약물 전달 및 항생 역할을 수행하지 못하는 문제가 있다.
또한, 중화 키토산 스폰지, 중화 콜라겐 스폰지 또는 콜라겐 코팅된 중화 키토산 스폰지를 포함하여 이루어지는 인공진피와, 이 인공진피에 인체 섬유아세포 또는 각종 생체 활성 인자들이 부가되어 있는 (생)인공진피, 그리고 이들의 제조방법은, 산성 키토산 수용액을 동결 건조한 후, 알칼리 용액으로 중화하는 인공진피 제조방법을 제공한다. 그러나, 이와 같이 제조된 인공진피는 스폰지 형태로서, 공극이 불규칙적으로 형성되어 내부에 충분한 세포 부착 공간을 확보하기 어렵다.
종래의 세포 치료제 개발 및 연구를 위한 세포의 부족으로 제한적인 세포를 제공한다. 따라서, 종래 방식을 탈피한 대량 배양 공정 개발 필요하며, 제한적 배양으로 인한 줄기세포 유래 물질의 제한적 수확에 따른 관련 제품 개발의 어려움을 극복할 수 있는 줄기세포 대량생산 배드가 필요하다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 인체 친화적인 생물학적 특성 및 세포 활성이 향상되고, 줄기세포의 대량 배양과 줄기세포 유래물질의 대량 생산 구현할 수 있는 바이오 잉크 조성물, 줄기세포 배양배드에 사용할 수 있는 3 차원 스캐폴드의 제조방법 및 그에 의해 제조된 3 차원 스캐폴드를 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 잉크 조성물은, 생분해성 물질; 생체활성 물질; 및 가교제;를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 생분해성 물질은, 천연 고분자, 합성 고분자 또는 이 둘을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 천연 고분자는, 콜라겐(collagen), 알긴산(alginic acid), 알부민(albumin), 젤라틴(gelatin), 키토산(chitosan), 실크 피브로인(silk fibroin), 폴리펩타이드(polypeptide), 헤파린(hparin), 알지네이트(alginate), 덱스트란(dextran), 콘드로이틴 설페이트(chondroitin sulfate), 덱스트란 설페이트(dextran sulfate), 아카시아 검(acacia gum), 트라가칸친(tragacanthin), 펙틴(pectin), 구아검(guar gum), 히알루론산(Hyaluronic acid), 소듐카복시메틸덱스트란(Carboxymethyl dextran), 카르복시메틸셀룰로오스(Carboxymethyl cellulose), 펩타이드(peptide), 올리고 펩타이드(oligopeptide), 아가(agar), 카라기난(carrageenan), 갈락토만난(Galactomannans), 잔탄(Xanthan), 베타-사이클로덱스트린(Beta-Cyclodextrin), 아밀로즈(Amylose, 수용성 전분), 피브린(fibrin), 플루란(pullulan) 및 양성 전분(Tertiary amine starch ether)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 합성 고분자는, 폴리락트산(PLA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리글리콜산(PGA), 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산)(poly(D,L-lactide-co-glycolide; PLGA), 폴리(카프로락톤), 폴리(발레로락톤), 폴리(하이드록시부티레이트), 폴리(하이드록시 발러레이트), 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), 히드록시아파타이트(Hydroxyapatite; HA) 및 β트리칼슘 포스페이트(βphosphate; β로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 생분해성 물질은, 상기 바이오 잉크 조성물 중 1 중량% 내지 100 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 생체활성 물질은, 성장인자, 단백질, 아미노산, 지질, 탄수화물, 당질, 핵산, 효소, 무기물, 호르몬, 항원, 약물, Fetal bovine serum(FBS) 포함된 배양배지 세포 및 세포외기질로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 성장인자는, 아드레노메둘린(Adrenomedullin), 앙기오포이에틴(Angiopoietin), 자가분비 운동성 인자(Autocrine motility factor), 골 형성 단백질(Bone morphogenetic proteins), 섬모 향신경성 인자(Ciliary neurotrophic factor), 백혈병억제인자(Leukemia inhibitory factor), 인터류킨-1(Interleukin-1), 인터류킨-2(Interleukin-2), 인터류킨-3(Interleukin-3), 인터류킨-4(Interleukin-4), 인터류킨-5(Interleukin-5), 인터류킨-6(Interleukin-6), 인터류킨-7(Interleukin-7), 집락자극인자(Colony-stimulating factors), 대식세포증식작즉인자(Macrophage colony-stimulating factor), 과립구집락자극인자(Granulocyte colony-stimulating factor), 과립구 대식세포 콜로니 자극 인자(Granulocyte macrophage colony-stimulating factor), 표피성장인자(Epidermal growth factor), 에프린 A1(Ephrin A1), 에프린 A2(Ephrin A2), 에프린 A3(Ephrin A3), 에프린 A4(Ephrin A4), 에프린 A5(Ephrin A5), 에프린 B1(Ephrin B1), 에프린 B2(Ephrin B2), 에프린 B3(Ephrin B3), 에리스로포이에틴(Erythropoietin), 섬유아세포성장촉진인자 1~23(Fibroblast growth factor 1~23), 소 성장 촉진 호르몬(Bovine somatotrophin), 신경 아교 세포계 유도 신경 영양 인자(Glial cell line-derived neurotrophic factor), 뉴투린(Neurturin), 페르세핀(Persephin), 아르테민(Artemin), 성장분화인자(Growth differentiation factor-9), 간세포 성장 인자(Hepatocyte growth factor), 간암유래 성장인자(Hepatoma-derived growth factor) 인슐린(Insulin), 인슐린유사성장인자(Insulin-like growth factors), 인슐린유사성장인자-1(Insulin-like growth factor-1), 인슐린유사성장인자-2(Insulin-like growth factor-2), 인터류킨(Interleukins), 각질세포 증식인자(Keratinocyte growth factor), 세포이동 자극인자(Migration-stimulating factor), 과립구대식세포 증식인자(Macrophage-stimulating protein), 마이오스타틴(Myostatin), 뉴레귤린 1~4(Neuregulin 1~4), 뉴로트로핀(Neurotrophins), 뇌유래신경영양인자(Brain-derived neurotrophic factor), 신경성장인자(Nerve growth factor), 뉴로트로핀 3(Neurotrophin-3), 뉴로트로핀 4(Neurotrophin-4), 태반 형성 인자(Placental growth factor), 레날라제(Renalase), T세포성장인자(T-cell growth factor), 트롬보포이에틴(Thrombopoietin), 형질전환생장인자(Transforming growth factor), 형질전환생장인자 알파(Transforming growth factor alpha), 형질전환생장인자베타(Transforming growth factor beta), 종양 괴사 인자 알파(Tumor necrosis factor-alpha), 혈관내피성장인자(Vascular endothelial growth factor) 및 wnt신호전달경로(Wnt Signaling Pathway)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 생체활성 물질은, 상기 바이오 잉크 조성물 중 0.0001 중량% 내지 50 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 가교제는, 탄닉에시드(tannic acid), 제니핀 (genipin), 트랜스글루타미나제 ((Moo Gloo TI) Transglutaminase), 에틸디메틸아미노프로필카르보디이미드[1-ethyl-3(3-dimethyl aminopropyl) carbodiimide; EDC], 하이드록시석신이미드(N-hydroxysuccinimide; NHS), 디메틸아미노프로필에틸카르보디이미드하이드로클로라이드(dimethylaminopropyl ethylcarbodiimide hydrochloride; EDAC), 하이드록시벤조트리아졸(hydroxybenzotriazole) 및 글루타알데하이드(Glutaraldehyde)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 가교제는, 상기 바이오 잉크 조성물 중 0.00001 중량% 내지 30 중량%인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 3 차원 스캐폴드의 제조방법은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 잉크 조성물을 준비하는 단계; 상기 바이오 잉크 조성물을 용융하여 용융 혼합물을 형성하는 단계; 상기 용융 혼합물을 바이오 3D 프린터를 이용하여 압출하여 3 차원 구조체를 출력하는 단계; 및 상기 3 차원 구조체를 경화시키는 단계;를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 바이오 잉크 조성물을 용융하여 용융 혼합물을 형성하는 단계는, 60 ℃ 이상의 온도에서 용융되어 형성되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 용융 혼합물을 바이오 3D 프린터를 이용하여 압출하여 3 차원 구조체를 출력하는 단계는, 상기 용융 혼합물을 0 ℃ 내지 20 ℃의 냉각 재킷에서 3 차원 격자 형태로 출력하는 단계; 및 0 ℃ 내지 - 100 ℃의 냉각 스테이지 상에서 냉각시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 3 차원 구조체를 경화시키는 단계 이후에, 상기 3 차원 구조체를 플라즈마 표면처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 3 차원 구조체를 플라즈마 표면처리하는 단계는, 저주파 플라즈마, 고주파 플라즈마 또는 이 둘을 이용하여 표면처리하는 것이고, 플라즈마 전력은 0.1 W 내지 100 W이고, 플라즈마 처리시간은 1 초 내지 12 시간이고, 가스 플로우는 1 sccm 내지 100 sccm이고, 가스 종류는 산소, 염소, 질소 및 아르곤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3 차원 스캐폴드는, 3 차원 스캐폴드의 제조방법에 의해 제조되고, 섬유형 스캐폴드가 다층 및 3 차원 구조의 네트워크 형태로 이루어진 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 3 차원 스캐폴드의 형상은, 정육면체, 직육면체, 삼각뿔, 원기둥 및 구로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 3 차원 스캐폴드의 부피는, 1 cm3 내지 3500 cm3인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 섬유형 스캐폴드의 한가닥 직경은, 1 ㎛ 내지 3 mm인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 3 차원 스캐폴드는, 공극 크기가 1 ㎛ 내지 3 mm이고, 공극율(porosity)이 1 % 내지 99 %이고, 투과율(tortuosity)이 1 % 내지 99 %이고, 굴곡율(permeability)이 1 % 내지 99 %인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 3 차원 스캐폴드는, 세포를 접종(seeding)하는 형태, 세포프린팅(cell priting)하는 형태 또는 이 둘을 포함하는 형태로 줄기세포를 배양하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 잉크 조성물은, 기존 제한적인 배양으로 인한 줄기세포 유래 물질의 제한적 수확에 따른 관련 제품 개발의 어려움을 극복하여 3D 바이오 프린팅을 통해 줄기세포를 대량으로 배양할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3 차원 스캐폴드의 제조 방법에 의해 줄기세포를 대량으로 배양할 수 있는 다양한 3 차원 형태의 스캐폴드를 제조할 수 있다. 대량생산 배양배드에 키워지는 세포의 형태는 접종을 하거나 세포프린팅을 하는 형태이며 배양배드의 재료에 따라 그 세포배양 형태가 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3 차원 스캐폴드는, 줄기세포용 담체로 사용될 수 있고, 줄기세포의 증착, 증식 및 골 세포로의 분화를 위한 줄기세포 담체로 적용될 수 있다. 또한, 3 차원 스캐폴드는, 기계공학적 세포배양시스템을 통한 줄기세포의 대량 배양할 수 있으며, 경조직 재생(hard tissue regeneration)을 위한 이식 재료로 적용될 수 있다. 부피 대비 높은 부피 대비 높은 표면적으로 배양 단가/시간 절약이 가능하며, 3D 프린팅 기술과 3D 배양기술의 융합을 통한 줄기세포의 대량 배양과 줄기세포 유래물질의 대량 생산 구현할 수 있고, 생체모사가 가능하여 줄기세포를 이용한 다양한 사업화 가능성이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3 차원 스캐폴드의 제조방법의 순서를 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정육면체 형태를 가진 3 차원 스캐폴드를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구 형태를 가진 3 차원 스캐폴드를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 3 차원 스캐폴드의 Live/dead 염색 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 3 차원 스캐폴드의 세포배양 형태를 나타낸 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 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 바이오 잉크 조성물, 줄기세포 배양배드에 사용할 수 있는 3 차원 스캐폴드의 제조방법 및 그에 의해 제조된 3 차원 스캐폴드에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 용어, "스캐폴드(scaffold)"는, 생체 내에서 손상된 장기나 조직의 일부를 대체하며 이들의 기능을 보완 또는 대신할 수 있는 물질을 의미할 수 있다. 특히, 3 차원 스캐폴드는 생분해성 물질을 포함할 수 있으며, 이로 인해 지지체가 기능과 역할을 충분히 수행할 때까지 유지된 후 생체 내에서 완전히 분해되어 없어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 잉크 조성물은, 생분해성 물질; 생체활성 물질; 및 가교제;를 포함한다.
본 발며의 바이오 잉크 조성물은, 줄기세포의 증착, 증식, 골 세포로의 분화를 위한 것이다. 본 발명은, 인장 특성, 높은 친수성 및 우수한 수분흡수 능력을 갖는 물리적 특성이 현저하게 개선된 스캐폴드를 제조할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 생분해성 물질은 단일중합체 또는 공중합체로 이루어지며, 외부 이력에 의한 유동성이 거의 없는 구조적으로 안정한 3 차원 네트워크 구조를 형성하는데, 이러한 구조는 공유결합, 수소결합, 반데르발스 결합 또는 물리적인 응집 등 여러 요인에 의해 형성된다.
일 실시형태에 따르면, 상기 생분해성 물질은, 천연 고분자, 합성 고분자 또는 이 둘을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 천연 고분자는, 콜라겐(collagen), 알긴산(alginic acid), 알부민(albumin), 젤라틴(gelatin), 키토산(chitosan), 실크 피브로인(silk fibroin), 폴리펩타이드(polypeptide), 헤파린(hparin), 알지네이트(alginate), 덱스트란(dextran), 콘드로이틴 설페이트(chondroitin sulfate), 덱스트란 설페이트(dextran sulfate), 아카시아 검(acacia gum), 트라가칸친(tragacanthin), 펙틴(pectin), 구아검(guar gum), 히알루론산(Hyaluronic acid), 소듐카복시메틸덱스트란(Carboxymethyl dextran), 카르복시메틸셀룰로오스(Carboxymethyl cellulose), 펩타이드(peptide), 올리고 펩타이드(oligopeptide), 아가(agar), 카라기난(carrageenan), 갈락토만난(Galactomannans), 잔탄(Xanthan), 베타-사이클로덱스트린(Beta-Cyclodextrin), 아밀로즈(Amylose, 수용성 전분), 피브린(fibrin), 플루란(pullulan) 및 양성 전분(Tertiary amine starch ether)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 합성 고분자는, 폴리락트산(PLA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리글리콜산(PGA), 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산)(poly(D,L-lactide-co-glycolide; PLGA), 폴리(카프로락톤), 폴리(발레로락톤), 폴리(하이드록시부티레이트), 폴리(하이드록시 발러레이트), 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), 히드록시아파타이트(Hydroxyapatite; HA) 및 β트리칼슘 포스페이트(βphosphate; β로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 생분해성 물질은, 상기 바이오 잉크 조성물 중 1 중량% 내지 100 중량%인 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 생분해성 물질은, 상기 바이오 잉크 조성물 중 1 중량% 내지 50 중량%, 더 바람직하게는, 1 중량% 내지 30 중량%인 것일 수 있다. 상기 생분해성 물질이 상기 바이오 잉크 조성물 중 1 중량% 미만인 경우 낮은 점도로 인해 프린팅 시 구조체 제작의 문제가 발생할 수 있고, 100 중량% 초과인 경우 생체활성 물질이 첨가지되 않는다.
일 실시형태에 따르면, 상기 생분해성 물질이, 예를 들어, PCL, PLGA 등의 합성 고분자의 경우 100 중량%의 중량으로 토출하여 스캐폴드 제작이 가능하다. 따라서, 천연 고분자와 합성 고분자를 통합할 경우 생분해성 물질은 1 중량% 내지 100 %로 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 생체활성 물질은, 성장인자, 단백질, 아미노산, 지질, 탄수화물, 당질, 핵산, 효소, 무기물, 호르몬, 항원, 약물, Fetal bovine serum(FBS) 포함된 배양배지 세포 및 세포외기질로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 성장인자는, 아드레노메둘린(Adrenomedullin), 앙기오포이에틴(Angiopoietin), 자가분비 운동성 인자(Autocrine motility factor), 골 형성 단백질(Bone morphogenetic proteins), 섬모 향신경성 인자(Ciliary neurotrophic factor), 백혈병억제인자(Leukemia inhibitory factor), 인터류킨-1(Interleukin-1), 인터류킨-2(Interleukin-2), 인터류킨-3(Interleukin-3), 인터류킨-4(Interleukin-4), 인터류킨-5(Interleukin-5), 인터류킨-6(Interleukin-6), 인터류킨-7(Interleukin-7), 집락자극인자(Colony-stimulating factors), 대식세포증식작즉인자(Macrophage colony-stimulating factor), 과립구집락자극인자(Granulocyte colony-stimulating factor), 과립구 대식세포 콜로니 자극 인자(Granulocyte macrophage colony-stimulating factor), 표피성장인자(Epidermal growth factor), 에프린 A1(Ephrin A1), 에프린 A2(Ephrin A2), 에프린 A3(Ephrin A3), 에프린 A4(Ephrin A4), 에프린 A5(Ephrin A5), 에프린 B1(Ephrin B1), 에프린 B2(Ephrin B2), 에프린 B3(Ephrin B3), 에리스로포이에틴(Erythropoietin), 섬유아세포성장촉진인자 1~23(Fibroblast growth factor 1~23), 소 성장 촉진 호르몬(Bovine somatotrophin), 신경 아교 세포계 유도 신경 영양 인자(Glial cell line-derived neurotrophic factor), 뉴투린(Neurturin), 페르세핀(Persephin), 아르테민(Artemin), 성장분화인자(Growth differentiation factor-9), 간세포 성장 인자(Hepatocyte growth factor), 간암유래 성장인자(Hepatoma-derived growth factor) 인슐린(Insulin), 인슐린유사성장인자(Insulin-like growth factors), 인슐린유사성장인자-1(Insulin-like growth factor-1), 인슐린유사성장인자-2(Insulin-like growth factor-2), 인터류킨(Interleukins), 각질세포 증식인자(Keratinocyte growth factor), 세포이동 자극인자(Migration-stimulating factor), 과립구대식세포 증식인자(Macrophage-stimulating protein), 마이오스타틴(Myostatin), 뉴레귤린 1~4(Neuregulin 1~4), 뉴로트로핀(Neurotrophins), 뇌유래신경영양인자(Brain-derived neurotrophic factor), 신경성장인자(Nerve growth factor), 뉴로트로핀 3(Neurotrophin-3), 뉴로트로핀 4(Neurotrophin-4), 태반 형성 인자(Placental growth factor), 레날라제(Renalase), T세포성장인자(T-cell growth factor), 트롬보포이에틴(Thrombopoietin), 형질전환생장인자(Transforming growth factor), 형질전환생장인자 알파(Transforming growth factor alpha), 형질전환생장인자베타(Transforming growth factor beta), 종양 괴사 인자 알파(Tumor necrosis factor-alpha), 혈관내피성장인자(Vascular endothelial growth factor) 및 wnt신호전달경로(Wnt Signaling Pathway)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 생체활성 물질은, 상기 바이오 잉크 조성물 중 0.0001 중량% 내지 50 중량%인 것일 수 있다. 상기 성장인자가 상기 바이오 잉크 조성물 중 0.0001 중량% 미만인 경우 성장인자가 타깃조직에 미치는 영향이 미미해 비활성화가 될 수 있고, 50 중량% 초과인 경우 바이오 잉크 조성물의 제작의 어려움과 더불어 세포의 성장이 비 정상적이거나 유전자 변형이 생겨 화학적 및 생화학적 자극 요소로 세포의 생장 및 특정 조직으로의 분화가 활성화돼 비정상적일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 가교제는, 탄닉에시드(tannic acid), 제니핀 (genipin), 트랜스글루타미나제 ((Moo Gloo TI) Transglutaminase), 에틸디메틸아미노프로필카르보디이미드[1-ethyl-3(3-dimethyl aminopropyl) carbodiimide; EDC], 하이드록시석신이미드(N-hydroxysuccinimide; NHS), 디메틸아미노프로필에틸카르보디이미드하이드로클로라이드(dimethylaminopropyl ethylcarbodiimide hydrochloride; EDAC), 하이드록시벤조트리아졸(hydroxybenzotriazole) 및 글루타알데하이드(Glutaraldehyde)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 가교제는, 상기 바이오 잉크 조성물 중 0.00001 중량% 내지 30 중량%인 것일 수 있다. 상기 가교제가 상기 바이오 잉크 조성물 중 0.00001 중량% 미만인 경우 3 차원 스캐폴드 제조 시 기계적 물성, 형상구현 및 형상유지를 지속적으로 할수 없는 문제가 있을 수 있고, 30 중량% 초과인 경우 가교제의 독성으로 인해 줄기세포 대량 배양배드로서 사용하기 어려운 문제가 있을 수 있다. 내용을 수정, 추가하였음
본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 잉크 조성물은, 기존 제한적인 배양으로 인한 줄기세포 유래 물질의 제한적 수확에 따른 관련 제품 개발의 어려움을 극복하여 3D 바이오 프린팅을 통해 줄기세포를 대량으로 배양할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 3 차원 스캐폴드의 제조방법은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 잉크 조성물을 준비하는 단계; 상기 바이오 잉크 조성물을 용융하여 용융 혼합물을 형성하는 단계; 상기 용융 혼합물을 바이오 3D 프린터를 이용하여 압출하여 3 차원 구조체를 출력하는 단계; 및 상기 3 차원 구조체를 경화시키는 단계;를 포함한다.
본 발명에서 사용되는 3D 프린터는, 펠티어(peltier) 소재로 만들어진 냉각 재킷(cooling jacket)과 냉각 스테이지(cooling stage)가 결합된 3D 프린터를 사용하는 것일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3 차원 스캐폴드의 제조방법의 순서를 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3 차원 스캐폴드의 제조방법은, 바이오 잉크 조성물 준비 단계(110), 용융 혼합물 형성 단계(120), 3 차원 구조체 출력 단계(130) 및 3 차원 구조체 경화 단계(140)를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 바이오 잉크 조성물 준비 단계(110)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 물질; 생체활성 물질; 및 가교제를 포함하는 바이오 잉크 조성물을 준비하는 것이다.
일 실시형태에 따르면, 상기 바이오 잉크 조성물을 준비하는 단계는, 생분해성 물질을 준비하는 단계(미도시); 상기 생분해성 물질을 투석하는 단계(미도시); 상기 투석된 생분해성 물질을 원심분리하는 단계(미도시); 및 상기 원심분리된 생분해성 물질에 생체활성 물질 및 가교제를 혼합하는 단계(미도시);를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 생분해성 물질 준비 단계는, 상기에서 설명한 생분해성 물질을 준비하는 단계이다. 구체적인 생분해성 물질의 종류는 상술하였으므로, 중복 기재는 생략하기로 한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 생분해성 물질을 DPBS(Dulleco's phosphate buffer)을 넣고 40 ℃ 내지 60 ℃의 온도에서 30 분 내지 3 시간 동안 녹여준 다음, 생분해성 물질-DPBS 용액에 메타크릴릭 무수물(Methacrylic anhydride)을 혼합하여 2 시간 내지 4 시간 동안 반응을 진행시키는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 생분해성 물질 투석 단계는, 반응이 진행된 불투명한 용액을 처음 넣어준 DBPS 용액의 3 배 내지 5 배 넣어 반응을 종결시킨 후 투석 튜브(Dialysis tubing)에 나눠 담은 후 30 ℃ 내지 50 ℃에서 DI water를 사용하여 일주일간 투석(dialyze)하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 생분해성 물질 원심분리 단계는, 투석된 용액을 원심분리시키는 것일 수 있다. 원심분리 시킨 후 동결 건조하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 성장인자 및 가교제 혼합 단계는, 원심분리시킨 생분해성 물질에 성장인자 및 가교제를 혼합하는 것일 수 있다. 구체적인 성장인자 및 가교제의 종류는 상술하였으므로, 중복 기재는 생략하기로 한다. 또한, 실란-표면 개질된 실리카 입자를 더 포함할 수도 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 바이오 잉크 조성물을 용융하여 용융 혼합물을 형성하는 단계(120)는, 60 ℃ 이상의 온도에서 용융되어 형성되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 용융 혼합물은, 60 ℃ 이상; 100 ℃ 이상; 110 ℃ 내지 200 ℃ 또는 110 ℃ 내지 150 ℃의 온도에서 용융되어 형성될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 용융 혼합물을 바이오 3D 프린터를 이용하여 압출하여 3 차원 구조체를 출력하는 단계(130)는, 상기 용융 혼합물을 0 ℃ 내지 20 ℃, 바람직하게는, 5 ℃ 내지 15 ℃의 냉각 재킷에서 3 차원 격자 형태로 출력하는 단계; 및 0 ℃ 내지 - 100 ℃, 바람직하게는, 0 ℃ 내지 - 90 ℃, 또는 0 ℃ 내지 - 80 ℃, 또는 0 ℃ 내지 - 70 ℃, 또는 0 ℃ 내지 - 60 ℃, 또는 0 ℃ 내지 - 50 ℃, 또는 0 ℃ 내지 - 40 ℃, 또는 0 ℃ 내지 - 30 ℃, 또는 0 ℃ 내지 - 20 ℃, 또는 0 ℃ 내지 - 10 ℃의 냉각 스테이지 상에서 냉각시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 용융 혼합물을 바이오 3D 프린터를 이용하여 압출하여 3 차원 구조체를 출력하는 단계는, 0.1 mm s-1 내지 20 mm s-1 노즐 이동속도 및 0.001 MPa 이상; 0.1 내지 2 MPa; 또는 0.3 내지 1 MPa; 또는 0.3 내지 0.5 MPa의 압력 및 상온 내지 40 ℃의 작업 온도에서 실시될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 생분해성 물질의 온도에 따른 점도의 변화를 최소화 시키기 위해 두 단계 냉각 시스템을 적용하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 용융 혼합물을 바이오 3D 프린터를 이용하여 다층 및 다공성 3 차원 구조체로 압출하여 3 차원 스캐폴드를 형성할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 3 차원 구조체를 경화시키는 단계(140)는, UV, 가시광 및 레이저로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 광을 조사하여 경화하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 경화 단계는, 365 nm 및 405 nm 파장에서 30 초 내지 48 시간 동안 수행될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 3 차원 구조체를 경화시키는 단계 이후에, 상기 3 차원 구조체를 플라즈마 표면처리하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 3 차원 구조체를 플라즈마 표면처리하면, 줄기세포의 배양배드의 멸균효과와 표면성질이 친수성으로 바껴 세포가 초기점착과 생장에 우수한 효과가 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 3 차원 구조체를 플라즈마 표면처리하는 단계는, 저주파 플라즈마, 고주파 플라즈마 또는 이 둘을 이용하여 표면처리하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 플라즈마 전력은 0.1 W 내지 100 W이고, 플라즈마 처리시간은 1 초 내지 12 시간이고, 가스 플로우는 1 sccm 내지 100 sccm이고, 가스 종류는 산소, 염소, 질소 및 아르곤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 가스 종류는 이외에도 대기 중의 모든 종류의 가스를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3 차원 스캐폴드의 제조 방법에 의해 줄기세포를 대량으로 배양할 수 있는 다양한 3 차원 형태의 스캐폴드를 제조할 수 있다. 대량생산 배양배드에 키워지는 세포의 형태는 접종을 하거나 세포프린팅을 하는 형태이며 배양배드의 재료에 따라 그 세포배양 형태가 달라질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3 차원 스캐폴드는, 3 차원 스캐폴드의 제조방법에 의해 제조되고, 섬유형 스캐폴드가 다층 및 3 차원 구조의 네트워크 형태로 이루어진 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 3 차원 스캐폴드는, 서브 구조체 간의 배열(또는, 연결) 간격 (예를 들어, 스트럿의 배열 간격), 및/또는 적층된 층 간의 간격에 의해 공극을 형성하는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 스캐폴드는 복수 개의 스트럿(또는, 섬유)이 배열된 3차원 다공성 격자 형태(그물방 형태)의 구조체를 형성하고 스트럿과 스트럿 간에 공극이 형성되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 3 차원 스캐폴드의 형상은, 정육면체, 직육면체, 삼각뿔, 원기둥 및 구로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정육면체 형태를 가진 3 차원 스캐폴드를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구 형태를 가진 3 차원 스캐폴드를 나타낸 도면이다. 도 2 및 도 3의 3 차원 스캐폴드는 섬유형 스캐폴드가 서로 적층되어 줄기세포를 대량으로 배양할 수 있는 다양한 3 차원 형태의 스캐폴드를 제조할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 3 차원 스캐폴드의 부피는, 1 cm3 내지 3500 cm3인 것일 수 있다. 상기 3 차원 스캐폴드의 부피가 1 cm3 미만인 경우 부피가 너무 작아 줄기세포 대량생산 배드의 의미를 저해하는 문제가 있을 수 있고, 3500 cm3 초과인 경우 줄기세포의 균일한 배양과 대면적이기 때문에 제작하는데 한계적인 문제가 있을 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 섬유형 스캐폴드의 한가닥 직경은, 1 ㎛ 내지 3 mm인 것일 수 있다. 상기 섬유형 스캐폴드의 한가닥 직경이 1 ㎛ 미만인 경우 직경이 작아 일정한 형상구현에 있어 문제가 있을 수 있고, 3 mm 초과인 경우 직경이 너무커서 줄기세포에게 Micro environment 제공하지 못하는 문제가 있을 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 3 차원 스캐폴드는, 공극 크기가 1 ㎛ 내지 3 mm이고, 공극율(porosity)이 1 % 내지 99 %이고, 투과율(tortuosity)이 1 % 내지 99 %이고, 굴곡율(permeability)이 1 % 내지 99 %인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 3 차원 스캐폴드는, 상기 공극 크기 및 공극율, 투과율 및 굴곡율의 범위를 적절하게 조절하여 높은 기계적 특성을 가지면서 효과적인 줄기세포의 증착, 증식 및 골 세포로의 분화 기능을 제공할 수 있다. 즉, 다공성 구조체 (적절한 공극 크기, 다공성 및 공극 간의 상호 연결성 등)를 포함하는 스캐폴드는, 효과적인 줄기세포의 증착, 증식 및 골 세포로의 분화와 같은 이점을 제공하고, 침윤성 세포 성장뿐만 아니라 골 형성 및 골 형성을 위한 필요한 생체 분자의 수송에 기여할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 3 차원 스캐폴드는, 세포를 접종(seeding)하는 형태, 세포프린팅(cell priting)하는 형태 또는 이 둘을 포함하는 형태로 줄기세포를 배양하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3 차원 스캐폴드는, 줄기세포용 담체로 사용될 수 있고, 줄기세포의 증착, 증식 및 골 세포로의 분화를 위한 줄기세포 담체로 적용될 수 있다. 예를 들어, 경조직 재생(hard tissue regeneration)을 위한 이식 재료로 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3 차원 스캐폴드는, 줄기세포용 담체로 사용될 수 있고, 줄기세포의 증착, 증식 및 골 세포로의 분화를 위한 줄기세포 담체로 적용될 수 있다. 또한, 3 차원 스캐폴드는, 기계공학적 세포배양시스템을 통한 줄기세포의 대량 배양할 수 있으며, 경조직 재생(hard tissue regeneration)을 위한 이식 재료로 적용될 수 있다. 부피 대비 높은 부피 대비 높은 표면적으로 배양 단가/시간 절약이 가능하며, 3D 프린팅 기술과 3D 배양기술의 융합을 통한 줄기세포의 대량 배양과 줄기세포 유래물질의 대량 생산 구현할 수 있고, 생체모사가 가능하여 줄기세포를 이용한 다양한 사업화 가능성이 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 3 차원 스캐폴드내의 줄기세포 Live/dead 염색 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 3 차원 스캐폴드의 세포배양 형태를 나타낸 이미지이다. 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 합성고분자 또는 합성고분자를 천연고분자로 코팅한 형태의 세포담체의 경우 세포를 접종(seeding)하는 형태로 줄기세포를 배양할 수 있고, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 천연고분자의 경우 세포를 바이오잉크와 섞어 프린팅하는 세포프린팅(cell priting)하는 형태로 줄기세포를 배양할 수 있다.
결과적으로, 본 발명에 의한 3 차원 인쇄된 스캐폴드는, 합성 고분자 또는 합성 고분자를 천연고분자로 코팅한 형태의 세포담체의 경우 세포를 접종하는 형태로 줄기세포를 배양할 수 있고, 천연 고분자의 경우 세포 프린팅하는 형태로 줄기세포를 배양할 수 있는 것을 알 수 있으며, 줄기세포를 대량으로 배양할 수 있음을 알 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 생분해성 물질;
    생체활성 물질; 및
    가교제;
    를 포함하는,
    바이오 잉크 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 생분해성 물질은, 천연 고분자, 합성 고분자 또는 이 둘을 포함하는 것인,
    바이오 잉크 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 천연 고분자는, 콜라겐(collagen), 알긴산(alginic acid), 알부민(albumin), 젤라틴(gelatin), 키토산(chitosan), 실크 피브로인(silk fibroin), 폴리펩타이드(polypeptide), 헤파린(hparin), 알지네이트(alginate), 덱스트란(dextran), 콘드로이틴 설페이트(chondroitin sulfate), 덱스트란 설페이트(dextran sulfate), 아카시아 검(acacia gum), 트라가칸친(tragacanthin), 펙틴(pectin), 구아검(guar gum), 히알루론산(Hyaluronic acid), 소듐카복시메틸덱스트란(Carboxymethyl dextran), 카르복시메틸셀룰로오스(Carboxymethyl cellulose), 펩타이드(peptide), 올리고 펩타이드(oligopeptide), 아가(agar), 카라기난(carrageenan), 갈락토만난(Galactomannans), 잔탄(Xanthan), 베타-사이클로덱스트린(Beta-Cyclodextrin), 아밀로즈(Amylose, 수용성 전분), 피브린(fibrin), 플루란(pullulan) 및 양성 전분(Tertiary amine starch ether)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 합성 고분자는, 폴리락트산(PLA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리글리콜산(PGA), 폴리(D,L-락트산-co-글리콜산)(poly(D,L-lactide-co-glycolide; PLGA), 폴리(카프로락톤), 폴리(발레로락톤), 폴리(하이드록시부티레이트), 폴리(하이드록시 발러레이트), 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), 히드록시아파타이트(Hydroxyapatite; HA) 및 β트리칼슘 포스페이트(βphosphate; β로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    바이오 잉크 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 생분해성 물질은, 상기 바이오 잉크 조성물 중 1 중량% 내지 100 중량%인 것인,
    바이오 잉크 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 생체활성 물질은, 성장인자, 단백질, 아미노산, 지질, 탄수화물, 당질, 핵산, 효소, 무기물, 호르몬, 항원, 약물, Fetal bovine serum(FBS) 포함된 배양배지 세포 및 세포외기질로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    바이오 잉크 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 성장인자는, 아드레노메둘린(Adrenomedullin), 앙기오포이에틴(Angiopoietin), 자가분비 운동성 인자(Autocrine motility factor), 골 형성 단백질(Bone morphogenetic proteins), 섬모 향신경성 인자(Ciliary neurotrophic factor), 백혈병억제인자(Leukemia inhibitory factor), 인터류킨-1(Interleukin-1), 인터류킨-2(Interleukin-2), 인터류킨-3(Interleukin-3), 인터류킨-4(Interleukin-4), 인터류킨-5(Interleukin-5), 인터류킨-6(Interleukin-6), 인터류킨-7(Interleukin-7), 집락자극인자(Colony-stimulating factors), 대식세포증식작즉인자(Macrophage colony-stimulating factor), 과립구집락자극인자(Granulocyte colony-stimulating factor), 과립구 대식세포 콜로니 자극 인자(Granulocyte macrophage colony-stimulating factor), 표피성장인자(Epidermal growth factor), 에프린 A1(Ephrin A1), 에프린 A2(Ephrin A2), 에프린 A3(Ephrin A3), 에프린 A4(Ephrin A4), 에프린 A5(Ephrin A5), 에프린 B1(Ephrin B1), 에프린 B2(Ephrin B2), 에프린 B3(Ephrin B3), 에리스로포이에틴(Erythropoietin), 섬유아세포성장촉진인자 1~23(Fibroblast growth factor 1~23), 소 성장 촉진 호르몬(Bovine somatotrophin), 신경 아교 세포계 유도 신경 영양 인자(Glial cell line-derived neurotrophic factor), 뉴투린(Neurturin), 페르세핀(Persephin), 아르테민(Artemin), 성장분화인자(Growth differentiation factor-9), 간세포 성장 인자(Hepatocyte growth factor), 간암유래 성장인자(Hepatoma-derived growth factor) 인슐린(Insulin), 인슐린유사성장인자(Insulin-like growth factors), 인슐린유사성장인자-1(Insulin-like growth factor-1), 인슐린유사성장인자-2(Insulin-like growth factor-2), 인터류킨(Interleukins), 각질세포 증식인자(Keratinocyte growth factor), 세포이동 자극인자(Migration-stimulating factor), 과립구대식세포 증식인자(Macrophage-stimulating protein), 마이오스타틴(Myostatin), 뉴레귤린 1~4(Neuregulin 1~4), 뉴로트로핀(Neurotrophins), 뇌유래신경영양인자(Brain-derived neurotrophic factor), 신경성장인자(Nerve growth factor), 뉴로트로핀 3(Neurotrophin-3), 뉴로트로핀 4(Neurotrophin-4), 태반 형성 인자(Placental growth factor), 레날라제(Renalase), T세포성장인자(T-cell growth factor), 트롬보포이에틴(Thrombopoietin), 형질전환생장인자(Transforming growth factor), 형질전환생장인자 알파(Transforming growth factor alpha), 형질전환생장인자베타(Transforming growth factor beta), 종양 괴사 인자 알파(Tumor necrosis factor-alpha), 혈관내피성장인자(Vascular endothelial growth factor) 및 wnt신호전달경로(Wnt Signaling Pathway)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    바이오 잉크 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 생체활성 물질은, 상기 바이오 잉크 조성물 중 0.0001 중량% 내지 50 중량%인 것인,
    바이오 잉크 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가교제는, 탄닉에시드(tannic acid), 제니핀 (genipin), 트랜스글루타미나제 ((Moo Gloo TI) Transglutaminase), 에틸디메틸아미노프로필카르보디이미드[1-ethyl-3(3-dimethyl aminopropyl) carbodiimide; EDC], 하이드록시석신이미드(N-hydroxysuccinimide; NHS), 디메틸아미노프로필에틸카르보디이미드하이드로클로라이드(dimethylaminopropyl ethylcarbodiimide hydrochloride; EDAC), 하이드록시벤조트리아졸(hydroxybenzotriazole) 및 글루타알데하이드(Glutaraldehyde)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    바이오 잉크 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가교제는, 상기 바이오 잉크 조성물 중 0.00001 중량% 내지 30 중량%인 것인,
    바이오 잉크 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 바이오 잉크 조성물을 준비하는 단계;
    상기 바이오 잉크 조성물을 용융하여 용융 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 용융 혼합물을 바이오 3D 프린터를 이용하여 압출하여 3 차원 구조체를 출력하는 단계; 및
    상기 3 차원 구조체를 경화시키는 단계;
    를 포함하는,
    3 차원 스캐폴드의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 바이오 잉크 조성물을 용융하여 용융 혼합물을 형성하는 단계는,
    60 ℃ 이상의 온도에서 용융되어 형성되는 것인,
    3 차원 스캐폴드의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 용융 혼합물을 바이오 3D 프린터를 이용하여 압출하여 3 차원 구조체를 출력하는 단계는,
    상기 용융 혼합물을 0 ℃ 내지 20 ℃의 냉각 재킷에서 3 차원 격자 형태로 출력하는 단계; 및
    0 ℃ 내지 -100 ℃의 냉각 스테이지 상에서 냉각시키는 단계;
    를 포함하는,
    3 차원 스캐폴드의 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 3 차원 구조체를 경화시키는 단계 이후에,
    상기 3 차원 구조체를 플라즈마 표면처리하는 단계를 더 포함하는,
    3 차원 스캐폴드의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 3 차원 구조체를 플라즈마 표면처리하는 단계는,
    저주파 플라즈마, 고주파 플라즈마 또는 이 둘을 이용하여 표면처리하는 것이고,
    플라즈마 전력은 0.1 W 내지 100 W이고,
    플라즈마 처리시간은 1 초 내지 12 시간이고,
    가스 플로우는 1 sccm 내지 100 sccm이고,
    가스 종류는 산소, 염소, 질소 및 아르곤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    3 차원 스캐폴드의 제조방법.
  15. 제10항의 3 차원 스캐폴드의 제조방법에 의해 제조되고,
    섬유형 스캐폴드가 다층 및 3 차원 구조의 네트워크 형태로 이루어진,
    3 차원 스캐폴드.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 3 차원 스캐폴드의 형상은,
    정육면체, 직육면체, 삼각뿔, 원기둥 및 구로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    3 차원 스캐폴드.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 3 차원 스캐폴드의 부피는, 1 cm3 내지 3500 cm3인 것인,
    3 차원 스캐폴드.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 섬유형 스캐폴드의 한가닥 직경은, 1 ㎛ 내지 3 mm인 것인,
    3 차원 스캐폴드.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 3 차원 스캐폴드는,
    공극 크기가 1 ㎛ 내지 3 mm이고,
    공극율(porosity)이 1 % 내지 99 %이고,
    투과율(tortuosity)이 1 % 내지 99 %이고,
    굴곡율(permeability)이 1 % 내지 99 %인 것인,
    3 차원 스캐폴드.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 3 차원 스캐폴드는, 세포를 접종(seeding)하는 형태, 세포프린팅(cell priting)하는 형태 또는 이 둘을 포함하는 형태로 줄기세포를 배양하는 것인,
    3 차원 스캐폴드.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114848921A (zh) * 2022-05-17 2022-08-05 山东建筑大学 一种用3d打印可再生功能梯度骨骼支架的制备方法
WO2023120971A1 (ko) * 2021-12-23 2023-06-29 가톨릭대학교 산학협력단 PGC-1α 를 과발현하는 지방유래줄기세포가 탑재된 간섬유화의 예방 또는 치료용 스캐폴드
WO2023132407A1 (ko) * 2022-01-06 2023-07-13 포항공과대학교 산학협력단 생체재료 기반 약물전달 패치, 이의 제조방법 및 이의 용도

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