KR20210143133A - 인체 유래 콜라겐을 포함하는 바이오 잉크 조성물 및 이를 이용한 조직 유사 구조체의 제조방법 - Google Patents

인체 유래 콜라겐을 포함하는 바이오 잉크 조성물 및 이를 이용한 조직 유사 구조체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인체 유래 콜라겐을 포함하는 바이오 잉크 조성물 및 이를 이용한 조직 유사 구조체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세포 운반물질로 인체 유래 콜라겐 또는 이의 메타크릴화물을 특정 함량 이상으로 포함하는 바이오 잉크 조성물 및 이를 이용하여 최적 조건에서 삼차원 프린팅한 조직 유사 구조체의 제조방법에 관한 것이다.

Description

인체 유래 콜라겐을 포함하는 바이오 잉크 조성물 및 이를 이용한 조직 유사 구조체의 제조방법{Composition of Bio-ink Comprising Human Derived Collagen and Method for Producing Tissue-Like Structure Using the Same}
본 발명은 인체 유래 콜라겐을 포함하는 바이오 잉크 조성물 및 이를 이용한 조직 유사 구조체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세포 운반물질로 인체 유래 콜라겐 또는 이의 메타크릴화물을 특정 함량 이상으로 포함하는 바이오 잉크 조성물 및 이를 이용하여 최적 조건에서 삼차원 프린팅한 조직 유사 구조체의 제조방법에 관한 것이다.
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 적용되고 있다. 이러한 조직 유사기관은 실제 조직이나 장기를 대신하여 약물의 독성 및 약물 동력학 연구에서 유용하게 사용될 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.
삼차원 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. 삼차원 프린팅에 적용되기 위해 요구되는 바이오 잉크의 특성으로는 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 가져야 한다는 것 등이다. 비록, 삼차원 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.
본 발명의 발명자들은 선행연구를 통해 특정한 함량의 세포 운반물질, 점성 증강제, 윤활제 및 구조물질을 포함하는 바이오 잉크 조성물을 공개한바 있다(한국공개특허 제10-2017-0012099호). 이를 통해, 전술한 종래기술의 문제점 중 일부가 해결되는 성과를 얻을 수 있었지만 손상된 조직 및 장기를 대체 또는 치료하기 위한 목적인 조직공학에는 적합하지 않은 구조 안정성, 정교한 생체조직을 모사하기 위한 프린팅 정밀성 등에서 여전히 한계점이 있다는 것을 발견하고 이를 해결하기 위하여 예의 연구를 거듭하였다.
이에, 종래 바이오 잉크 조성물에서 세포 운반물질로 인체 유래 콜라겐을 특정 함량 이상으로 포함할 경우 생체적합성뿐만 아니라 구조 안정성 및 프린팅 정밀성이 향상된 바이오 잉크를 제조할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 세포 운반물질로 인체 유래 콜라겐 또는 이의 메타크릴화물을 포함하는 바이오 잉크 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 바이오 잉크 조성물을 이용하여 최적 조건에서 삼차원 프린팅한 조직 유사 구조체 제조방법 및 상기 방법으로 제조한 조직 유사 구조체를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해,
본 발명은 세포 운반물질, 점성 증강제, 윤활제 및 구조물질을 포함하며,
상기 세포 운반물질은 인체 유래 콜라겐 또는 이의 메타크릴화물을 포함하는 것인 바이오 잉크 조성물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 인체 유래 콜라겐 또는 이의 메타크릴화물은 인체 피부 또는 폐지방 유래 콜라겐 타입 Ⅰ로부터 제작될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 있어서, 상기 인체 유래 콜라겐 또는 이의 메타크릴화물은 25 mg/mL 내지 50 mg/mL일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 있어서, 상기 세포 운반물질로서, 동물 유래 젤라틴을 10 mg/mL 이하로 추가 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 있어서, 상기 점성 증가제는 히알루론산 또는 덱스트란이며, 상기 윤활제는 글리세롤 및 상기 구조물질은 메타크릴화된 젤라틴일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 있어서, 상기 바이오잉크 조성물은 상기 점성 증강제가 0.1 mg/mL 내지 10 mg/mL, 상기 윤활제가 0.01 mL/mL 내지 1 mL/mL 및 상기 구조물질이 1 mg/mL 내지 100 mg/mL 포함될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 있어서, 상기 바이오잉크 조성물은 0.05 ~ 60×106/mL의 세포를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 있어서, 상기 세포는 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 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 있어서, 상기 조성물은 광학개시제(photoinitiator)가 추가로 포함될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 있어서, 상기 조성물은 조직유래 성분이 추가로 포함될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 있어서, 상기 조성물은 분화조절 물질이 추가로 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 (a) 상기 바이오 잉크 조성물을 삼차원 프린터에 충전하는 단계; (b) 목적하는 조직 유사 구조체를 삼차원 프린팅하는 단계; (c) 삼차원 프린팅된 바이오 잉크 조성물을 가교결합 시키는 단계를 포함하는 조직 유사 구조체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 방법은 (d) 상기 조직 유사 구조체를 배양액에서 배양하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 방법에 따라 제조된 조직 유사 구조체 또는 조직 유사기관(organoid)을 제공한다.
본 발명의 인체 유래 콜라겐 또는 이의 메타크릴화물을 포함하는 바이오 잉크 조성물은 높은 구조 안정성을 가진다. 또한, 이를 이용하여 최적 조건에서 삼차원 프린팅한 조직 유사 구조체 또는 조직 유사기관(organoid)은 인체 유래 성분으로 인해 생체적합성이 매우 뛰어날 뿐만 아니라, 우수한 프린팅성 및 높은 구조 안성성을 가지며, 적절한 기계적 특성을 가지므로, 조직 및 장기의 공학적 설계에 폭넓게 활용가능하다.
도 1(a) 및 (b)는 바이오 잉크 조성물(disk 상태)의 구조 안정성 평가 결과를 나타낸 사진 및 그래프이다.
도 2는 구조체의 프린팅성과 관련하여 삼차원 프린팅시 최적 조건을 도출한 결과를 나타낸 사진이다.
도 3(a)는 구조체의 프린팅성을 나타낸 사진이고, 도 3(b) 및 (c)는 구조체의 구조 안정성 평가 결과를 나타낸 사진 및 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 일관점에서 세포 운반물질, 점성 증강제, 윤활제 및 구조물질을 포함하며, 상기 세포 운반물질은 인체 유래 콜라겐 또는 이의 메타크릴화물을 포함하는 것인 바이오 잉크 조성물에 관한 것이다.
본 발명에서 상기 세포 운반물질은 바이오 프린팅된 구조체 내에서 세포가 생존하기에 적합한 환경을 제공할 수 있는 물질로서, 생체적합성을 나타내어야 함은 물론이며 삼차원 프린팅된 이후에 구조체에 구조 안정성을 부여할 수 있는 적절한 물리적 강성 또한 나타내어야 한다.
따라서, 본 발명에 따른 세포 운반물질로서 인체 유래 콜라겐 또는 이의 메타크릴화물을 포함하는 바이오 잉크 조성물의 경우, 종래 동물 유래 젤라틴만을 세포 운반물질로 사용한 바이오 잉크 조성물과 비교하여 높은 구조 안정성을 가진다. 또한, 이를 이용하여 최적 조건에서 삼차원 프린팅한 조직 유사 구조체 또는 조직 유사기관(organoid)은 인체 유래 성분으로 인해 생체적합성이 매우 뛰어날 뿐만 아니라, 우수한 프린팅성 및 높은 구조 안성성을 가지며, 적절한 기계적 특성을 가지므로, 조직 및 장기의 공학적 설계에 폭넓게 활용가능하다.
상기 인체 유래 콜라겐 또는 이의 메타크릴화물은 콜라겐 타입 Ⅰ로부터 제작될 수 있으며, 콜라겐 타입 Ⅰ은 pH ~2.0의 묽은 산에서 용해될 수 있다. 상기 인체 유래 콜라겐 또는 이의 메타크릴화물은 바람직하게 피부 또는 폐지방 유래인 것을 특징으로 하나, 다양한 조직 유래 젤라틴을 제한 없이 적용할 수 있다. 특히, 본 발명의 구체적인 실시예에서는 인체 피부 유래 콜라겐 타입 Ⅰ(Huma Derm- Human Skin Collagen Type I, Lyophilized; Humabiologics; 미국)을 사용하였는데, 이는 세포 부착 및 성장을 지지하거나 하이드로겔을 제조하기 위해 조직 배양 표면을 코팅하는 많은 응용 분야에 이상적이다. 상기 인체 유래 콜라겐또는 이의 메타크릴화물은 바람직하게 25 mg/mL 내지 50 mg/mL, 더 바람직하게는 30 mg/mL 내지 50 mg/mL, 가장 바람직하게는 40 mg/mL 내지 50 mg/mL로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 인체 유래 콜라겐 또는 이의 메타크릴화물의 함량이 너무 낮아지면, 프린팅성 및 구조 안정성이 상대적으로 저하된다.
필요에 따라 동물 유래 젤라틴, 콜라겐, 알기네이트, 아가(agar), 아가로스, 플루로닉(pluronic) 및 폴리비닐알콜로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 추가로 포함할 수 있다. 이때, 동물 유래 콜라겐은 10 mg/mL 이하로 추가 포함할 수 있다. 이때, 동물 유래 콜라겐의 함량이 너무 높아지면, 프린팅성 및 구조 안정성이 상대적으로 저하된다.
본 발명에서 상기 점성 증강제는 점성을 높이기 위한 물질로서, 히알루론산 또는 덱스트란일 수 있다. 상기 히알루론산은 점성 증강제로, 약 0.3MDa 내지 약 60MDa, 예를 들면, 약 15MDa 내지 약 60MDa, 약 25MDa 내지 약 60MDa, 약 35MDa 내지 약 60MDa, 약 03MDa 내지 약 50MDa, 약 0.3MDa 내지 약 40MDa, 또는 약 0.3MDa 내지 약 30MDa의 분자량 범위일 수 있다. 상기 점성 증강제는 바람직하게 0.1 mg/mL 내지 10 mg/mL, 더 바람직하게는 1 mg/mL 내지 8 mg/mL로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 우수한 프린팅성 및 바이오 잉크 조성물의 초기 강성(strength)을 유지하는데 적합한 점성 증강제를 선택할 수 있다.
본 발명에서 상기 윤활제는 글리세롤일 수 있다. 상기 윤활제는 바람직하게 0.01 mL/mL 내지 1 mL/mL, 더 바람직하게는 0.05 mL/mL 내지 0.5 mL/mL로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 전단률(shear rate)을 최소화 할 수 있고, 분배 속도(dispensing speed)를 개선할 수 있는 물질 중에서 선택될 수 있다.
본 발명에서 구조물질은 메타크릴화된 젤라틴일 수 있다. 상기 구조물질은 바람직하게 1 mg/mL 내지 100 mg/mL, 더 바람직하게는 10 mg/mL 내지 50 mg/mL로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 빠른 가교결합의 형성 및 기계적 강성을 유지할 수 있는 물질 중에서 선택될 수 있다. 구조물질의 비제한적인 예시로는 피브리노겐, 화학적으로 가교할 수 있도록 변형된 히알루론산(예, 메타아크릴레이티드 히알루론산, 사이올레이티드 히알루론산, 등), 화학적으로 가교할 수있도록 변형된 젤라틴(예, 사이올레이티드 젤라틴, 등), 콜라겐, 알기네이트, 메틸 셀룰로오스, 키토산, 키틴, 합성펩타이드 및 폴리에틸렌 글리콜 기초의 하이드로겔로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 발명자들은 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 프린팅성 및 프린팅 후 적절한 기계적 특성을 나타내어 조직 유사 구조체 또는 조직 유사기간(organoid)의 제조를 위한 삼차원 프린팅에 특히 적합하다는 것을 발견하였다.
그 결과, 본 발명에 따른 바이오 잉크 조성물은 세포 운반물질로서, 인체 유래 콜라겐(특히, 인체 피부 또는 폐지방 유래 콜라겐 타입 Ⅰ) 또는 이의 메타크릴화물을 포함하는 것을 특징으로 하는바, 종래 동물 유래 젤라틴만을 세포 운반물질로 사용한 바이오 잉크 조성물과 비교하여 정교한 프린팅성을 가질 뿐만 아니라, 구조 안정성이 뛰어난 것으로 확인되었다.
한편, 본 발명의 상기 바이오 잉크 조성물은 세포 0.05 ~ 60×106/mL을 포함할 수 있다.
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 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
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 본 발명에 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 본 발명에 참고 인용된다.
세포는 또한 원하는 세포주를 따라 세포의 분화를 유도하는 세포 분화 물질과 배양될 수도 있다. 예를 들면, 줄기세포는 분화 배지와 접촉하여 인큐베이션 됨으로써 일정 범위의 세포 유형을 생성한다. 다수 유형의 분화 배지가 적당하다. 상기 줄기세포는 비제한적 예로서 골원성(osteogenic) 분화 배지, 연골원성(chondrogenic) 분화 배지, 지방생성(adipogenic) 분화 배지, 신경 분화 배지, 심근세포 분화 배지, 및 장세포 분화 배지(예, 장표피)를 포함하는 분화 배지와 접촉하여 인큐베이션 될 수 있다.
추가적으로, 세포는 성장인자, 사이토카인 등과 배양될 수 있다. "성장인자"는 세포에 의해 생성되고 그 자체 및/또는 여러 가지의 다른 인접한 또는 동떨어진 세포에게 영향을 줄 수 있는, 사이토카인을 포함하는 단백질, 폴리펩티드, 또는 폴리펩티드 복합체를 지칭한다. 통상, 성장인자는 발생적으로 또는 다수의 생화학적인 또는 환경적인 자극에 반응하여 특정 유형의 세포의 성장 및/또는 분화에 영향을 미친다. 전부는 아니지만 일부의 성장인자는 호르몬이다. 예시적 성장인자는 인슐린, 인슐린 유사 성장인자(IGF), 신경 성장인자(NGF), 혈관 내피성장인자(VEGF), 케라티노사이트 성장인자(KGF), 기본 FGF(bFGF)를 포함하는 섬유아세포 성장인자(FGF), PDGFAA 및 PDGF-AB를 포함하는 혈소판 유래 성장인자(PDGF), BMP-2 및 BMP-7등을 포함하는 뼈형성단백질(BMP), 간세포 성장인자(HGF), 형질전환 성장인자 알파(TGF-α), TGFβ1 및 TGFβ3을 포함하는 형질전환 성장인자 베타(TGF-β), 표피 성장인자(EGF), 과립구-대식세포 콜로니-자극인자 (GM-CSF), 과립구 콜로니-자극인자(G-CSF), 인터류킨-6(IL-6), IL-8 등이 있다.
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.
본 발명은 또한, 상기 바이오 잉크 조성물은 조직유래 성분이 추가로 포함될 수 있다. 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.
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. 세포외기질(extracellular matrix)과 같은 자연적인 조직유래 성분이 갖고 있는 특성을 재연하기 위해, 탈세포화된 조직유래 성분을 바이오 잉크 조성물에 추가함으로써, 세포가 정상적으로 성장하고 분화할 수 있는 미세환경을 조성해 줄 수 있다. 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 바이오잉크 조성물에 조직유래 성분을 추가함으로써, 세포가 정상적인 형태를 유지하며 그 기능을 원활히 보존할 수 있도록 할 수 있다.
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)화하는 방법은 당업계에 공지되어 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자가 용이하게 선택하여 실시할 수 있을 것이다.
본 발명은 또한, 상기 바이오 잉크 조성물은 분화조절 물질이 추가로 포함될 있다. 분화조절 물질은 바이오 잉크 조성물에 포함된 줄기세포(배아줄기세포, 유도만능줄기세포, 성체줄기세포를 포함하는)가 특정 세포로 분화되는 것을 유도하기 위해 포함될 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예시로는 바이오 프린팅된 줄기세포를 골세포로 분화 유도할 때 뼈형성단백질-2(BMP-2)나 연골세포로 분화할 때 TGF-beta3 와 같은 성장인자, 골세포로 분화할 때 덱사메타손이나 근육세포로 분화할 때 5-아자시티딘(5-azacytidine) 과 같은 화학물질을 예로 할 수 있다. 이 외에도 추가적으로 사이토카인, 펩타이드 및 저분자 화학물질 등이 포함될 수 있다. 이와 같은 예에서 보듯이 본 발명의 바이오 잉크 조성물은 줄기세포를 특정한 조직세포로 분화할 수 있도록 유도할 수 있는 성장인자, 사이토카인, 펩타이드 및 저분자 화학물질 등을 함유하여 바이오프린팅 후에 제조된 줄기세포를 포함한 조직유사 구조체를 특정조직으로 분화가 되도록 유도할 수 있는 기능성 바이오 잉크로 활용될 수 있다.
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 둘베코인산 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 필수배지(GMEM), 이스코브 변성 둘베코 배지(IMDM), L-15 배지(Leibovitz), 맥코이 5A 변성 배지, NCTC 배지, 스윔S-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.
본 발명에서 바이오 잉크 조성물은 세포 접착을 촉진하는 물질 및/또는 산화방지제를 추가로 포함할 수 있다.
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.
본 발명의 상기 바이오 잉크 조성물은 구성성분의 가교결합을 촉진하기 위한 가교제 또는 광학개시제(photoinitiator)를 추가로 포함할 수 있다.
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 있다.
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.
본 발명은 다른 관점에서,
(a) 상기 바이오 잉크 조성물을 삼차원 프린터에 충전하는 단계;
(b) 목적하는 조직 유사 구조체를 삼차원 프린팅하는 단계; 및
(c) 삼차원 프린팅된 바이오 잉크 조성물을 가교결합 시키는 단계를 포함하는 조직 유사 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 방법은 (d) 상기 조직 유사 구조체를 배양액에서 배양하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 조직 유사 구조체의 배양을 통해 조직 유사기관(organoid)을 제조할 수 있다.
또한, 필요에 따라 상기 조직 유사 구조체는 세포를 포함한 바이오잉크 조성물을 프린팅하여 제조할 수 있으며, 세포를 포함하지 않은 바이오잉크 조성물을 프린팅 하여 구조체를 제조한 후, 구조체에 세포를 추가하여 배양할 수 있다.
본 발명에서 제공되는 바이오 잉크 조성물은 다양한 조직 재생용 삼차원 구조체, 조직 유사 구조체 또는 조직 유사기관의 제조에 용이하다. 삼차원 프린팅 기술은 조직 유사 구조체 또는 조직 유사기관(organoid)을 제조하기 위한 유용한 도구로서 당업계에서 발전되고 있다. 한편, 삼차원 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 삼차원 프린팅에 적용하여 조직 유사 구조체 또는 조직 유사기관(organoid)을 제조함에 있어서 충분한 물리적 강성은 유지하고, 삼차원 프린터에 의해 분사됨에 있어서 세포의 생존이 충분히 보장된다는 장점이 있어 조직 유사 구조체 또는 조직 유사기관(organoid)의 제조에 굉장히 적합한 물리적 및 생물학적 특성을 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 바이오 잉크 조성물은 세포 운반물질로서, 인체 유래 콜라겐(특히, 인체 피부 또는 폐지방 유래 콜라겐 타입 Ⅰ) 또는 이의 메타크릴화물을 포함하는 것을 특징으로 하는바, 종래 동물 유래 젤라틴만을 세포 운반물질로 사용한 바이오 잉크 조성물과 비교하여 정교한 프린팅성을 가질 뿐만 아니라, 구조 안정성이 뛰어난 것으로 확인되었다.
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 유사 구조체 또는 조직 유사기관(organoid)을 형성하는데 이용될 수 있다.
본 발명에서의 "삼차원 프린팅(바이오 프린팅)"이란 자동화된, 컴퓨터 보조의, 삼차원 시제품화 장치(예, 삼차원 프린터)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.
본 발명에서의 삼차원 프린팅 방법은 연속 및/또는 실질적으로 연속이다. 연속 삼차원 프린팅 방법의 비제한적 예는 바이오 잉크 조성물의 저장소에 연결되는 분사 팁(dispense tip) (예, 주사기, 모세관 등)을 통해 삼차원 프린터로부터 바이오 잉크 조성물을 분사하는 것이다. 연속 삼차원 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, 삼차원 프린팅된 기능 단위의 반복 패턴은 층을 포함하고 복수의 층이 조작된 조직 또는 장기를 형성하기 위해 인접하게 삼차원 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 삼차원 프린팅될 수 있다.
삼차원 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 삼차원 프린팅된 조직의 증가된 생산성을 포함할 수 있다. 또 다른 비제한적 잠재적 이점은 이전에 침착된 바이오 잉크 조성물의 요소와 삼차원 프린터를 정렬할 필요를 없앨 수 있다는 것이다. 연속 삼차원 프린팅은 또한 경우에 따라 시린지 메커니즘을 사용하여 바이오 잉크 조성물의 대형 저장소로부터 보다 큰 조직을 인쇄하는 것을 용이하게 할 수 있다.
삼차원 프린터로부터 적당한 및/또는 최적의 분사 거리는 재료 편평화 또는 분사 바늘에의 부착화를 생성하지 않는다. 삼차원 프린터 분사 팁은 약 1, 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, 삼차원 프린터의 바이오 잉크 조성물의 저장소는 약 0.5, 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.
한편, 바이오 잉크 조성물의 성질에 따라 삼차원 프린팅시 최적 조건은 개별적으로 설정되어야 한다. 본 발명에 따른 바이오 잉크 조성물은 세포 운반물질로서, 인체 유래 콜라겐(특히, 인체 피부 또는 폐지방 유래 콜라겐 타입 Ⅰ) 또는 이의 메타크릴화물을 포함하는 것을 특징으로 하는바, 이를 이용하여 조직 유사 구조체 또는 조직 유사기관(organoid)을 제조함에 있어 삼차원 프린팅시 최적 조건을 설정할 필요가 있다. 본 발명자들은 우수한 프린팅성을 가진 구조체를 제조하기 위해, 삼차원 프린팅의 세부 조건 중에서 삼차원 프린터의 디스펜서 온도 및 바닥(삼차원 프린팅이 이루어지는 바닥) 온도 설정이 중요함을 확인하였다. 구체적으로, 삼차원 프린팅시, 삼차원 프린터의 디스펜서 온도는 18℃ 내지 23℃로, 바닥 온도는 18℃ 내지 23℃로 설정할 필요가 있다. 해당 온도가 상기 범위 보다 높아지는 경우에는 구조체의 프린팅성이 현저히 저하되는 문제점이 있다.
다양한 종류의 조직 재생용 삼차원 구조체 또는 조직 유사 구조체가 상기한 방법에 의해 생성될 수 있다. 바이오 잉크 조성물을 적층하는 패턴이나 적층 배열은 제조하고자 하는 조직 유사 구조체의 크기 및 직경 등에 의해 결정될 수 있다. 또한, 조직 유사 구조체 또는 조직 유사기관(organoid)을 제조하기 위해 사용되는 바이오 잉크 조성물에 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 유사 구조체 또는 조직 유사기관(organoid)의 종류에 따라 다양하게 변경이 가능하다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자라면, 삼차원 프린팅을 통해 제조하고자 하는 삼차원 구조체 또는 조직 유사 구조체의 종류에 따라 적절한 세포를 선택하여 이에 적용할 수 있을 것이다.
바이오 잉크 조성물이 삼차원 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.
가교결합을 위한 바람직한 광(자외선 또는 가시광선)의 파장은 300 nm ~ 800 nm일 수 있으며, 바람직하게는 자외선의 경우 350 nm ~ 380 nm, 가시광선의 경우 400nm ~ 600nm, 보다 바람직하게는 자외선의 경우 355 nm ~ 375 nm, 가시광선의 경우 400 nm ~ 500 nm, 가장 바람직하게는 자외선의 경우 360 nm ~ 370 nm, 가시광선의 경우 400nm ~ 480nm일 수 있다.
본 발명은 또 다른 관점에서, 상기 방법에 따라 제조된 조직 유사 구조체 또는 조직 유사기관(organoid)에 관한 것이고, 이는 체내 이식 가능한 것을 특징으로 한다.
삼차원 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 제공할 수 있다.
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 구조체를 제조할 수도 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1: 세포 운반물질로서, 동물 유래 젤라틴 및 인체 유래 콜라겐이 모두 포함된 바이오 잉크 조성물의 제조
본 발명에서는 세포 운반물질로서, 동물 유래 젤라틴 및 인체 유래 콜라겐이 모두 포함된 바이오 잉크 조성물을 제공하였다.
구체적으로 바이오 잉크 조성물은 상온에서 제조하였으며, 먼저 0.7 mL/mL DMEM(biowest)에 4 mg/mL 히알루론산(Sigma-Aldrich)을 첨가하고 1시간 동안 혼합하였다. 그 다음, 30 mg/mL 메타크릴화된 젤라틴(GelMA, 자체제작)을 첨가하고 1시간 동안 교반시킨 후, 10 mg/mL 돼지 유래 젤라틴(Sigma, G1890, USA)) 및 30 mg/mL 인체 피부 유래 콜라겐 타입 Ⅰ(Huma Derm- Human Skin Collagen Type I, Lyophilized; Humabiologics; USA)을 함께 첨가하고 1시간 동안 교반하였다. 그 후, 0.1 mL/mL 글리세롤(Sigma-Aldrich)을 첨가하고 30분 동안 교반하여 바이오 잉크 조성물을 제조하였다.
이후, 제조한 바이오 잉크 조성물을 삼차원 프린터(로킷, EDISION IN VIVO, Korea)에 충전하였고, 삼차원 프린팅 및 가교결합을 통해 구조체를 제조하였다. 이때, 삼차원 프린팅 및 가교결합의 세부 조건은 아래 표 1과 같다.
세부 조건
디스펜서 온도 (℃) 20
바닥 온도 (℃) 15
노즐 (mm) 0.3
츨력속도 (mm/s) 5
이동속도 (mm/s) 5
압출량 (%) 140
채움밀도 (%) 35
UV 가교결합 (min) 2
실시예 2: 세포 운반물질로서, 인체 유래 콜라겐이 단독으로 포함된 바이오 잉크 조성물의 제조
본 발명에서는 세포 운반물질로서, 인체 유래 콜라겐이 단독으로 포함된 바이오 잉크 조성물을 제공하였다.
10 mg/mL 돼지 유래 젤라틴 및 30 mg/mL 인체 피부 유래 콜라겐 타입 Ⅰ 대신, 40 mg/mL 인체 피부 유래 콜라겐 타입 Ⅰ단독을 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 바이오 잉크 조성물 및 구조체를 제조하였다.
비교예 1~4
10 mg/mL 돼지 유래 젤라틴 및 30 mg/mL 인체 피부 유래 콜라겐 타입 Ⅰ 대신, 아래 표 2의 조성과 같이 돼지 유래 젤라틴 및/또는 인체 피부 유래 콜라겐 타입 Ⅰ을 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 바이오 잉크 조성물 및 구조체를 제조하였다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
세포 운반
물질		 돼지 유래
젤라틴
(mg/mL)		 10 - 30 40 30 20
인체 피부 유래 콜라겐 타입 Ⅰ
(mg/mL)		 30 40 - - 10 20
점성증강제 히알루론산
(mg/mL)		 4 4 3 4 4 4
윤활제 글리세롤 (mL/mL) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
구조물질 메타크릴화된
젤라틴
(GelMA)
(mg/mL)		 30 30 20 30 30 30
실험예 1: 바이오 잉크 조성물(disk 상태)의 구조 안정성 평가
바이오 잉크 조성물(disk 상태)의 구조 안정성을 평가하기 위해서, 실시예 1~2 및 비교예 1~4에서 제조한 바이오 잉크 조성물(disk 상태)을 37℃ 인큐베이터(DAIHAN Scientific ThermoStable IG-50) 내에서 PBS(Penicillin 200unit/mL + Streptomycin 200ug/mL) 5 mL에 담근 후 14일 동안 인큐베이팅하여 그 면적 변화를 비교 관찰하였다 (도 1(a) 및 (b)).
도 1(a) 및 (b)에 나타난 바와 같이, 실시예 1~2, 특히, 실시예 2에서 제조한 바이오 잉크 조성물은 세포 운반물질로 인체 피부 유래 콜라겐 타입 Ⅰ을 특정 함량 이상으로 포함함에 따라, 시간의 경과에도 면적 변화가 크지 않은 것으로 관찰되었다. 따라서, 구조 안정성이 높다고 볼 수 있다. 반면, 비교예　1~4에서 제조한 바이오 잉크 조성물은 시간의 경과에 따라 면적이 크게 감소한 것으로 관찰되었다.
실험예 2: 삼차원 프린팅시 최적 조건 확립
구조체의 프린팅성과 관련하여 삼차원 프린팅시 최적 조건을 도출하고자, 삼차원 프린팅의 세부 조건 중 디스펜서 온도를 25℃로 바닥 온도를 20℃로 변경하여 구조체의 프린팅성을 육안으로 비교 관찰하였다 (도 2).
도 2에 나타난 바와 같이, 삼차원 프린팅의 세부 조건 중 디스펜서 온도 20℃ 및 바닥 온도 15℃를 유지하는 경우, 구조체의 프린팅성이 우수한 것으로 확인되었다. 반면, 삼차원 프린팅의 세부 조건 중 디스펜서 온도를 25℃로 바닥 온도를 20℃로 상승시키는 경우, 구조체의 프린팅성이 현저히 저하되는 것으로 확인되었다. 이러한 결과로부터, 삼차원 프린팅시 최적 조건(특히, 디스펜서 온도 및 바닥 온도)을 설정하고 도출하는 것이, 구조체의 우수한 프린팅성을 확보하는데 중요하다고 볼 수 있다.
실험예 3: 구조체의 프린팅성 및 구조 안정성 평가
실시예 1~2 및 비교예 1~4에서 제조한 구조체의 프린팅성을 육안으로 비교 관찰하였다 (도 3(a)).
도 3(a)에 나타난 바와 같이, 실시예 1~2에서 제조한 구조체는 세포 운반물질로 인체 피부 유래 콜라겐 타입 Ⅰ을 특정 함량 이상으로 포함함에 따라, 구조체의 프린팅성이 우수한 것으로 확인되었다. 반면, 비교예　1~4에서 제조한 구조체는 구조체의 프린팅성이 상대적으로 저하되는 것으로 확인되었다.
또한, 구조체의 구조 안정성을 평가하기 위해서, 실시예 1~2 및 비교예 1~4에서 제조한 구조체를 37℃ 인큐베이터(DAIHAN Scientific ThermoStable IG-50) 내에서 PBS(Penicillin 200unit/mL　+　Streptomycin 200ug/mL) 5 mL에 담근 후 14일 동안 인큐베이팅하여 그 면적 변화를 비교 관찰하였다 (도 3(b) 및 (c)).
도 3(b) 및 (c)에 나타난 바와 같이, 실시예 1~2에서 제조한 구조체는 세포 운반물질로 인체 피부 유래 콜라겐 타입 Ⅰ을 특정 함량 이상으로 포함함에 따라, 시간의 경과에도 면적 변화가 크지 않은 것으로 관찰되었다. 특히, 14일 동안, 실시예 2에서 제조한 구조체는 실시예 1에서 제조한 구조체에 비해, 그 면적 변화가 더욱 작게 관찰되었다. 따라서, 구조 안정성이 특히 높다고 볼 수 있다. 반면, 비교예　1~4에서 제조한 구조체는 시간의 경과에 따라 면적이 크게 감소한 것으로 관찰되었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 세포 운반물질, 점성 증강제, 윤활제 및 구조물질을 포함하며,
    상기 세포 운반물질은 인체 유래 콜라겐 또는 이의 메타크릴화물을 포함하는 것인 바이오 잉크 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인체 유래 콜라겐 또는 이의 메타크릴화물은 인체 피부 또는 폐지방 유래 콜라겐 타입 Ⅰ로부터 제작된 것을 특징으로 하는 바이오잉크 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 인체 유래 콜라겐 또는 이의 메타크릴화물은 25 mg/mL 내지 50 mg/mL인 것을 특징으로 하는 바이오잉크 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 세포 운반물질로서, 동물 유래 젤라틴을 10 mg/mL 이하로 추가 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오잉크 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 점성 증가제는 히알루론산 또는 덱스트란이며, 상기 윤활제는 글리세롤이고, 상기 구조물질은 메타크릴화된 젤라틴인 것을 특징으로 하는 바이오잉크 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 바이오잉크 조성물은 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 1종 이상의 세포를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 잉크 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 바이오잉크 조성물은 광학개시제(photoinitiator)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오잉크 조성물.
  8. (a) 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 바이오 잉크 조성물을 삼차원 프린터에 충전하는 단계;
    (b) 목적하는 조직 유사 구조체를 삼차원 프린팅하는 단계; 및
    (c) 삼차원 프린팅된 바이오 잉크 조성물을 가교결합 시키는 단계를 포함하는 조직 유사 구조체의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 삼차원 프린팅시, 삼차원 프린터의 디스펜서 온도는 18℃ 내지 23℃로, 바닥 온도는 18℃ 내지 23℃로 설정한 것을 특징으로 하는 조직 유사 구조체의 제조방법.
  10. 제9항의 방법에 따라 제조된 조직 유사 구조체.
KR1020210064824A 2020-05-19 2021-05-20 인체 유래 콜라겐을 포함하는 바이오 잉크 조성물 및 이를 이용한 조직 유사 구조체의 제조방법 KR20210143133A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023167402A1 (ko) * 2022-03-02 2023-09-07 포항공과대학교 산학협력단 3d 프린팅 기반 다점 멀티 노즐을 이용한 인공 두피 모델 제작 방법 및 이를 이용하여 생성된 인공 두피 모델

Cited By (1)

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