KR20220048504A - Cardiac transplantation sheet and method for preparing thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a cardiac transplantation sheet in a grid-type mesh structure prepared by using a three-dimensional printing technology. The cardiac transplantation sheet of the present invention has excellent engraftment of cells by using a bio-ink of a specific composition, and discharges air and other substances by a grid-type mesh network, so that cell viability and angiogenesis capacity are improved, and firm and solid attachment to a recipient is ensured to excellently recover a cardiac function and maintain long-term engraftment, thereby having a long-lasting effect of a transplantation convenience function.

Description

심장 이식용 시트 및 이의 제조방법{CARDIAC TRANSPLANTATION SHEET AND METHOD FOR PREPARING THEREOF}Cardiac TRANSPLANTATION SHEET AND METHOD FOR PREPARING THEREOF

본 발명은 심장 이식용 시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 삼차원 프린팅 기술을 이용하여 제작한 격자형 그물망 구조의 심장 이식용 시트에 관한 것이다. The present invention relates to a sheet for heart transplantation, and more particularly, to a sheet for heart transplantation having a grid-type mesh structure manufactured using three-dimensional printing technology.

인체의 손상된 조직을 재건하기 위한 이식방법에는 이종이식, 동종이식, 자가이식이 있다. 이종이식은 면역 부적합성 및 레트로바이러스를 포함하는 인수공통 병원체 전달의 문제를 갖는다. 또한, 동종이식은 제공자의 면역거부 및 이용불가능성의 문제를 가지며, 자가이식은 필요한 양만큼의 적절한 조직을 얻기 어려우며 환자에 대한 외상의 증가의 문제를 가진다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 인공 대체물이나 세포를 배양하여 조직화시킨 것을 그대로 이식하려고 하는 기술이 주목받고 있다. 2004년 순수한 세포 자체를 이용하여 제작한 셀 시트(cell sheet)를 이용한 망막 재생에 관한 연구가 New England journal of Medicine에 발표된 뒤 조직공학 분야에서 세포만을 이용한 3차원 인공조직에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 생체 재료는 질병의 치료 및 재생의 수단으로 생체조직에 직접적으로 접촉하는 소재를 말하며 특히 손상되었거나 기능을 상실한 인체조직 및 기관을 대체하여 사용되는 인공장기 및 조직의 기본 재료이다. 인공 조직은 관절, 뼈, 피부 심장, 혈관 등이 있으며 그 적용 범위는 매우 다양하다. 조직공학기술을 이용하면 부족한 공여자의 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 면역반응 또는 암 등을 유발하지 않고 인체의 모든 조직 및 장기를 재생할 수 있다. 현재까지 이식을 위한 인공 조직에 있어 요구되는 특성 중에서 필수 불가결한 특성은 '생체적합성'이다Transplantation methods for reconstructing damaged tissues in the human body include xenograft, allograft, and autograft. Xenografts have the problems of immune incompatibility and zoonotic pathogen delivery, including retroviruses. In addition, allografts have problems of immune rejection and unavailability of donors, and autografts have problems in that it is difficult to obtain an appropriate amount of tissue in a necessary amount and increases trauma to the patient. In order to solve this problem, an artificial substitute or a technique for transplanting an artificial substitute or a tissue cultured cell is attracting attention. In 2004, a study on retinal regeneration using a cell sheet produced using pure cells itself was published in the New England Journal of Medicine, and then studies on 3D artificial tissue using only cells in the field of tissue engineering were actively conducted. is becoming Biomaterials refer to materials that come into direct contact with biological tissues as a means of treatment and regeneration of diseases, and are basic materials for artificial organs and tissues used to replace damaged or dysfunctional human tissues and organs. Artificial tissues include joints, bones, skin, heart, blood vessels, and the like, and their application range is very diverse. Using tissue engineering technology, not only can the problem of insufficient donors be solved, but all tissues and organs of the human body can be regenerated without causing an immune response or cancer. Among the characteristics required for artificial tissues for transplantation so far, an indispensable characteristic is 'biocompatibility'.

현재의 조직공학은 다양한 세포로 구성된 기능을 가진 인체의 조직과 기관을 만들어 손상된 조직과 기관을 대체하는 것이 주된 목표다. 바이오프린팅 잉크는 이런 조직공학의 목표를 빠르게 실현할 수 있도록 도울 수 있는 기술로서, 바이오프린팅은 자동화된 바이오프린터 기술을 기반으로 세포와 생체재료를 이용해 원하는 삼차원 구조의 조직과 기관을 만드는 것이다. 3차원 프린팅은 복잡한 형상을 가진 조직(tissue)이나 장기(organ)의 의료 데이터로부터 얻은 임의 형상 정보를 G-code로 변환한 후 적층 공정(layer-by-layer process)을 통하여 복잡한 골격 구조를 구축하는 것을 말한다. 이러한 3차원 프링팅은 또한 '3차원 바이오프린팅(three-dimensional bioprinting, 3D bioprinting)'으로도 지칭된다. 예를 들어, '다축 조직 장기 프린팅 시스템'은 대표적인 3차원 프린팅 기술 중 하나로서, 재료를 공압으로 분사하는 공압식 시린지 2개와 스텝 모터(step motor)를 이용하여 나노리터 단위로 정밀하게 분사하는 피스톤식 시린지 2개로 이루어져 있으며, 다양한 재료를 동시에 이용할 수 있다. 바이오프린팅은 세포-함유 매체의 분배를 필요로 하기 때문에, 바이오프린팅의 중요한 측면은 프린팅 공정이 세포적합성(cytocompatible)이어야 한다는 것이다. 이러한 제한은, 수성 또는 수성 겔 환경에서 수행하여야 할 필요성 때문에, 재료의 선택을 감소시킨다. 따라서, 젤라틴, 젤라틴/키토산, 젤라틴/알기네이트, 젤라틴/피프로넥틴, 루트롤 F127(Lutrol F127)/알기네이트, 및 알기네이트 등의 재료를 사용한 하이드로겔이 간에서 골에 이르기까지 다양한 조직을 제조하기 위한 바이오프린팅에 사용되고 있다. 바이오프린팅에 사용되는 상기 하이드로겔 또는 하이드로겔과 세포의 혼합물 등은 '바이오 잉크(bioink)'로도 지칭된다.The main goal of current tissue engineering is to replace damaged tissues and organs by creating human tissues and organs with functions composed of various cells. Bioprinting ink is a technology that can help quickly realize the goal of tissue engineering. Bioprinting is to create tissues and organs with a desired three-dimensional structure using cells and biomaterials based on automated bioprinter technology. 3D printing converts arbitrary shape information obtained from medical data of tissues or organs with complex shapes into G-codes and builds complex skeletal structures through a layer-by-layer process say to do This three-dimensional printing is also referred to as 'three-dimensional bioprinting (3D bioprinting)'. For example, the 'multi-axis tissue organ printing system' is one of the representative 3D printing technologies. It uses two pneumatic syringes that pneumatically inject materials and a piston type that precisely injects materials in nanoliter units using a step motor. It consists of two syringes, and various materials can be used at the same time. Since bioprinting requires the dispensing of cell-containing media, an important aspect of bioprinting is that the printing process must be cytocompatible. This limitation reduces the choice of material because of the need to perform in an aqueous or aqueous gel environment. Therefore, hydrogels using materials such as gelatin, gelatin/chitosan, gelatin/alginate, gelatin/fipronectin, Lutrol F127/alginate, and alginate can heal various tissues from liver to bone. It is used in bioprinting for manufacturing. The hydrogel or a mixture of hydrogel and cells used for bioprinting is also referred to as 'bioink'.

세포를 포함한 3D 프린트된 생체 모방 구조체가 구조적 측면과 생물학적 측면에서 기능을 발휘하기 위해서 바이오 잉크는 인쇄적성, 세포적합성, 생분해성, 젤화 특성/기계적 물성, 그리고 세포의 성장과 분화를 조절할 수 있는 특성을 가져야 한다. 즉 바이오프린트된 구조물은 원하는 모양을 재생기간 동안 유지해야 하며 생체 내에서 재생 동안 적절한 속도로 분해되어야 한다. 현재 활용되고 있는 바이오 잉크로는 스캐폴드에 기초한 수화젤(hydrogel), 마이크로 캐리어, 세포가 제거된 세포외기질(extracellular matrix) 등이 있고, 스캐폴드(scaffold)가 없이 세포집합체를 바이오 잉크로 사용하기도 한다. 현재 사용되는 프린팅 기술의 공통점은 생체적합성 소재를 이용한 바이오 잉크의 중요성에 있다. 이러한 삼차원 지지체는 조직 유사기관 및 이식 가능한 구조체를 정밀하게 제조하기 위한 소재를 사용하여 제작하였다. 이러한 기술은 실제 인간의 조직을 거의 그대로 모방한 미세 및 거대 조직 구조체를 생성하는 것을 가능하게 하고 있다.In order for 3D printed biomimetic structures including cells to function in structural and biological aspects, bio-ink has properties that can control printability, cell compatibility, biodegradability, gelation properties/mechanical properties, and cell growth and differentiation. should have That is, the bioprinted structure must maintain a desired shape during the regeneration period and decompose at an appropriate rate during regeneration in vivo. Currently used bio-inks include scaffold-based hydrogels, microcarriers, and extracellular matrix from which cells have been removed, and cell aggregates are used as bio-inks without scaffolds. also do The commonality of the currently used printing technology lies in the importance of bio-ink using biocompatible materials. These three-dimensional scaffolds were manufactured using materials for precisely manufacturing tissue-like organs and implantable structures. This technology makes it possible to create microscopic and large tissue structures that mimic real human tissues almost as they are.

한편, 허혈성 심장질환은 전세계적으로 매우 높은 유병률을 보이고 있으며, 단일질환 전체 사망원인 중 1위를 차지하고 있다. 한국 역시 사회·경제적인 발전과 서구화된 생활습관으로 인하여 허혈성 심장질환 환자들이 급증하고 있다. 더욱이 중증의 말기 심부전 환자의 경우, 심장이식술이나 기계적 좌심실 보조장치 이외에는 완치법이 없는 실정이다. 하지만 공여장기의 부족, 장기확보의 어려움, 높은 사망률 및 고가의 치료비용 등의 문제점을 가지고 있다. On the other hand, ischemic heart disease has a very high prevalence worldwide and ranks first among all causes of death from a single disease. In Korea, too, the number of patients with ischemic heart disease is rapidly increasing due to socio-economic development and westernized lifestyle. Moreover, for patients with severe end-stage heart failure, there is no cure other than heart transplantation or mechanical left ventricular assist device. However, it has problems such as lack of donor organs, difficulty in securing organs, high mortality, and expensive treatment costs.

본 발명의 목적은 바이오잉크를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a bio-ink.

또한, 본 발명의 목적은 심장 이식용 시트를 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a sheet for heart transplantation.

아울러, 본 발명의 목적은 심장 이식용 시트를 제작하는 방법을 제공하는 것이다.In addition, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a sheet for heart transplantation.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 심장섬유아세포, 심장근세포, 젤라틴 메타크릴아마이드(GelMA) 및 콜라겐 하이드로젤을 포함하는 바이오잉크를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a bio-ink comprising cardiac fibroblasts, cardiac myocytes, gelatin methacrylamide (GelMA) and collagen hydrogel.

또한, 본 발명은 본 발명의 바이오잉크로 이루어지고 다공성 구조를 가지는, 심장 이식용 시트를 제공한다.In addition, the present invention provides a sheet for heart transplantation, which is made of the bio-ink of the present invention and has a porous structure.

아울러, 본 발명은 본 발명의 심장 이식용 시트를 제작하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing the sheet for heart transplantation of the present invention.

본 발명의 심장 이식용 시트는 특정 조성의 바이오잉크를 이용하여 세포들의 생착이 우수하며, 격자형 그물망 구조로 인해 공기 및 다른 물질들이 배출될 수 있어, 세포 생존능 및 신생혈관능이 향상되었으며, 수여자에 더욱 견고하고 단단하게 부착되어 심장 기능 회복이 우수하고 장기적으로 생착이 유지됨으로써 이식 편의 기능적인 부분을 장기간 유지할 수 있는 효과가 있다. The sheet for heart transplantation of the present invention has excellent engraftment of cells by using bio-ink of a specific composition, and air and other substances can be discharged due to the lattice network structure, so that the cell viability and angiogenesis ability are improved, and the recipient Since it is more firmly and firmly attached to the implant, it has excellent recovery of cardiac function and has the effect of maintaining the functional part of the graft for a long time by maintaining the engraftment for a long time.

도 1은 바이오 잉크에서 젤마와 콜라겐 조성에 따른 세포 생착능을 세포 골격 면역형광염색으로 확인한 도이다 (스케일 바: 100㎛).
도 2는 삼차원 바이오 프린팅하여 제작한 일반 시트 구조 (cPatch)의 심장 이식용 시트와 그물망 구조 (cMesh)의 심장 이식용 시트를 나타낸 도이다.
도 3은 일반 시트 구조 (cPatch)의 심장 이식용 시트와 그물망 구조 (cMesh)의 심장 이식용 시트에서의 세포 생존능을 생존 관련 단백질의 인산화를 통해 확인한 도이다 (*p > 0.05).
도 4는 일반 시트 구조 (cPatch)의 심장 이식용 시트 또는 그물망 구조 (cMesh)의 심장 이식용 시트를 이식한 심근경색 유도 랫 모델의 심장 기능 검사 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 일반 시트 구조 (cPatch)의 심장 이식용 시트 또는 그물망 구조 (cMesh)의 심장 이식용 시트를 이식한 심근경색 유도 랫 모델의 심장 단면을 염색하여 조직학적으로 분석하여 시트의 생착 및 심실벽 두께 변화를 확인한 도이다 (*p > 0.05).
도 6은 일반 시트 구조 (cPatch)의 심장 이식용 시트 또는 그물망 구조 (cMesh)의 심장 이식용 시트를 이식한 심근경색 유도 랫 모델의 심장 단면을 면역형광법으로 확인하여 장기적인 이식편 생착률을 확인한 도이다 (스케일 바: 50㎛) (*p > 0.05).
도 7은 일반 시트 구조 (cPatch)의 심장 이식용 시트 또는 그물망 구조 (cMesh)의 심장 이식용 시트를 이식한 심근경색 유도 랫 모델의 심장을 이식 28일차에 적출한 뒤 ELISA로 혈관 생성 단백질 ANGPT1의 발현을 분석한 도이다 (*p > 0.05).
도 8은 일반 시트 구조 (cPatch)의 심장 이식용 시트 또는 그물망 구조 (cMesh)의 심장 이식용 시트를 이식한 심근경색 유도 랫 모델의 심장을 이식 28일차에 적출한 뒤 심장의 단면에서의 혈관 신생 및 안정화 혈관을 면역형광법으로 확인한 도이다 (스케일 바: 100㎛) (*p > 0.05).1 is a diagram illustrating cell engraftment ability according to the composition of gelma and collagen in bio-ink confirmed by cytoskeletal immunofluorescence staining (scale bar: 100 μm).
2 is a view showing a sheet for heart transplantation of a general sheet structure (cPatch) and a sheet for heart transplantation of a mesh structure (cMesh) produced by three-dimensional bioprinting.
3 is a diagram illustrating cell viability in a sheet for heart transplantation having a general sheet structure (cPatch) and a heart transplantation sheet having a mesh structure (cMesh) through phosphorylation of survival-related proteins (* p > 0.05).
Figure 4 is a view showing the heart function test results of a myocardial infarction induction rat model transplanted with a sheet for heart transplantation of a general sheet structure (cPatch) or a heart transplantation sheet of a mesh structure (cMesh).
5 is a heart cross-section of a myocardial infarction induction rat model transplanted with a heart transplantation sheet of a general sheet structure (cPatch) or a heart transplantation sheet of a mesh structure (cMesh) and histologically analyzed by staining the engraftment and ventricular wall of the sheet This is a diagram confirming the thickness change (* p > 0.05).
6 is a view confirming the long-term graft engraftment rate by immunofluorescence of a heart cross-section of a myocardial infarction induction rat model transplanted with a heart transplantation sheet of a general sheet structure (cPatch) or a heart transplantation sheet of a mesh structure (cMesh) ( Scale bar: 50 μm) (* p > 0.05).
7 shows the heart of a myocardial infarction induction rat model grafted with a heart transplantation sheet of a general sheet structure (cPatch) or a heart transplantation sheet of a mesh structure (cMesh) on the 28th day of transplantation and then the angiogenic protein ANGPT1 by ELISA It is a diagram analyzing expression (* p > 0.05).
8 is angiogenesis in the cross section of the heart after excision of the heart of a myocardial infarction induction rat model transplanted with a heart transplantation sheet of a general sheet structure (cPatch) or a heart transplantation sheet of a mesh structure (cMesh) on the 28th day of transplantation and stabilizing blood vessels by immunofluorescence (scale bar: 100 μm) (* p > 0.05).

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구현예로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 구현예는 본 발명에 대한 예시로 제시되는 것으로, 당업자에게 주지 저명한 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 수 있고, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않는다. 본 발명은 후술하는 특허청구범위의 기재 및 그로부터 해석되는 균등 범주 내에서 다양한 변형 및 응용이 가능하다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments are presented as examples of the present invention, and when it is determined that detailed descriptions of well-known techniques or configurations known to those skilled in the art may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description may be omitted, and , the present invention is not limited thereby. Various modifications and applications of the present invention are possible within the scope of equivalents interpreted therefrom and the description of the claims to be described later.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 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. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, the terms used in this specification are terms used to properly express the preferred embodiment of the present invention, which may vary depending on the intention of a user or operator or customs in the field to which the present invention belongs. Accordingly, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification. Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 또한 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.All technical terms used in the present invention, unless otherwise defined, have the meanings commonly understood by one of ordinary skill in the art of the present invention. In addition, although preferred methods and samples are described herein, similar or equivalent ones are also included in the scope of the present invention. The contents of all publications herein incorporated by reference are incorporated herein by reference.

일 측면에서, 본 발명은 심장섬유아세포, 심장근세포, 젤라틴 메타크릴아마이드(GelMA) 및 콜라겐 하이드로젤을 포함하는 바이오잉크에 관한 것이다.In one aspect, the present invention relates to a bio-ink comprising cardiac fibroblasts, cardiac myocytes, gelatin methacrylamide (GelMA) and collagen hydrogel.

일 구현예에서, 본 발명의 바이오잉크는 젤라틴 메타크릴아마이드 및 콜라겐 하이드로젤을 1 ㎖ 기준으로 1:1 내지 10;1 (v:v; 500 ㎕:500 ㎕ 내지 909 ㎕:91 ㎕)로 포함할 수 있으며, 젤라틴 메타크릴아마이드 및 콜라겐 하이드로젤을 1 ㎖ 기준으로 3:1 (v:v; 750㎕:250㎕)로 포함하는 것이 더욱 바람직하다.In one embodiment, the bio-ink of the present invention contains gelatin methacrylamide and collagen hydrogel in an amount of 1:1 to 10;1 ( v:v; 500 µl: 500 µl to 909 µl: 91 µl) based on 1 ml It is more preferable to include gelatin methacrylamide and collagen hydrogel in a ratio of 3:1 ( v:v; 750 μl: 250 μl) based on 1 ml.

일 구현예에서, 본 발명의 바이오잉크는 심장섬유아세포 및 심장근세포를 2:1 내지 1:2 (v:v; 33.3×105 cells/㎖:16.6×105 cells/㎖ 내지 16.6×105 cells/㎖:33.3×105 cells/㎖)로 포함할 수 있으며, 섬유아세포의 비율이 높으면 증식속도에 따라 심장근세포가 사멸할 수 있으므로 1:1 (v:v; 25×105 cells/㎖ : 25×105 cells/㎖)로 포함하는 것이 더욱 바람직하다.In one embodiment, the bio-ink of the present invention contains cardiac fibroblasts and cardiac myocytes 2:1 to 1:2 ( v:v; 33.3×10 5 cells/ml:16.6×10 5 cells/ml to 16.6×10 5 cells/ml to 16.6×10 5 cells/ml:33.3×10 5 cells/ml), and if the ratio of fibroblasts is high, cardiomyocytes may die depending on the proliferation rate, so 1:1 ( v:v; 25×10 5 cells/ml) : 25 × 10 5 cells/ml) is more preferably included.

일 구현예에서, 본 발명의 바이오잉크는 심장조직을 모사하기 위해 추가 시딩하는 세포의 종류를 변경할 수 있으며, 특정한 종류에 대해 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 기술 범위에 포함되는 모든 세포를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In one embodiment, the bio-ink of the present invention may change the type of additionally seeded cells to mimic heart tissue, and is not limited to a specific type, including all cells included in the technical scope of the present invention. should be understood as

일 구현예에서, 본 발명의 바이오잉크는 세포성장인자를 추가로 포함할 수 있다.In one embodiment, the bio-ink of the present invention may further include a cell growth factor.

본 발명의 바이오잉크는 바이오 프린팅 소재로 쓰이기 위한 적절한 점도(예를 들어, 100 내지 1,000 Pa·s)를 갖는 것이 바람직하며, 생체 적합성이 뛰어나고, 물리적 강도가 우수하여, 이온 가교 후에도 세포에 의해 형상이 변화되지 않는 특성을 가진다. 또한, 바이오잉크에 포함된 하이드로겔은 수분 함량이 높고, 생체 적합성이 뛰어나며, 무기염에 의해 이온 결합하여 가교되기에 기계적 물성이 우수하고, 이에 따라 가교 후에도 세포에 의한 형상의 변화가 없어 바이오 잉크로 사용하기에 적합하다. 또한, 세포가 부착할 수 없는 공극을 제공하여 세포 간에 응집하도록 유도해준다.The bio-ink of the present invention preferably has an appropriate viscosity (for example, 100 to 1,000 Pa·s) for use as a bio-printing material, has excellent biocompatibility and excellent physical strength, and is shaped by cells even after ion crosslinking. It has this unchanging property. In addition, the hydrogel contained in the bio-ink has a high water content, excellent biocompatibility, and excellent mechanical properties because it is cross-linked by ion bonding by an inorganic salt. suitable for use as It also provides pores to which cells cannot attach, leading to aggregation between cells.

본 발명의 용어 "세포성장인자"란, 목적하는 세포의 성장을 촉진 또는 보조할 수 있는 물질을 의미한다. 상기 세포성장인자는 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 세포의 성장을 촉진하는 성장인자가 될 수 있고, 보다 바람직하게는 혈관 내피 성장 인자(vascular endothelial growth factor, VEGF), 변형 성장 인자(transforming growth factor-β, TGF-β), 혈소판 유도 성장인자 (platelet-derived growth factor, PDGF), 섬유아세포 성장인자(fibroblast growth factor, FGF), 혈관성숙인자(angiopoietin-1) 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.As used herein, the term "cell growth factor" refers to a substance capable of promoting or assisting the growth of a desired cell. The cell growth factor is not particularly limited thereto, but may preferably be a growth factor that promotes cell growth, and more preferably a vascular endothelial growth factor (VEGF), transforming growth factor (transforming growth factor). factor-β, TGF-β), platelet-derived growth factor (PDGF), fibroblast growth factor (FGF), angiopoietin-1, etc. alone or in combination can be used

일 측면에서, 본 발명은 바이오잉크로 이루어지고 다공성 구조를 가지는, 심장 이식용 시트에 관한 것이다.In one aspect, the present invention relates to a sheet for heart transplantation, which is made of bio-ink and has a porous structure.

일 구현예에서, 본 발명의 심장 이식용 시트의 평균 공극 크기는 370 내지 480 ㎛ 일 수 있다.In one embodiment, the average pore size of the heart transplantation sheet of the present invention may be 370 to 480 μm.

일 구현예에서, 본 발명의 심장 이식용 시트의 다공성 구조는 격자형 그물망 구조일 수 있다.In one embodiment, the porous structure of the heart transplantation sheet of the present invention may be a grid-type mesh structure.

일 구현예에서, 본 발명의 심장 이식용 시트는 0.1 내지 1mm의 평균 두께를 가질 수 있으며, 10 x 10 mm의 평균 직경을 가질 수 있다.In one embodiment, the heart transplant sheet of the present invention may have an average thickness of 0.1 to 1 mm, may have an average diameter of 10 x 10 mm.

일 구현예에서, 본 발명의 심장 이식용 시트는 상기 구조로 인해, 공극이 없는 구조의 시트에 비해 심장섬유아세포 및 심장근세포의 생존능이 향상되고, 심장섬유아세포 및 심장근세포의 생착능이 향상되며, 장기간의 생착능이 향상되고, 심장의 혈관 신생이 촉진되며, 혈관이 안정화되는 효과가 있다.In one embodiment, in the sheet for heart transplantation of the present invention, the viability of cardiac fibroblasts and cardiac myocytes is improved, and the engraftment ability of cardiac fibroblasts and cardiac myocytes is improved compared to the sheet having a structure without pores due to the above structure, Long-term engraftment ability is improved, angiogenesis of the heart is promoted, and blood vessels are stabilized.

일 구현예에서, 바이오잉크의 심장근세포와 섬유아세포는 각각 150,000~400,000개/시트로 포함하는 것이 바람직하며, 150,000개 이하일 경우에는 심장이식 시에 생착율과 증식능이 저하되며, 400,000개 이상일 경우는 시트에 수용이 불가하다.In one embodiment, it is preferable to contain 150,000 to 400,000 cells/sheet of cardiomyocytes and fibroblasts of the bio-ink, respectively, when the number is 150,000 or less, the engraftment rate and proliferative capacity during heart transplantation are reduced, and when the number is 400,000 or more, the sheet not acceptable to

일 구현예에서, 본 발명의 심장 이식용 시트는 공극을 유지하면서 상하로 서로 교차하여 복수 개의 시트가 다층으로 적층된(layer-by-layer) 구조를 가질 수 있으며, 2층 이상, 3층 이상, 4층 이상 및 n층 이상의 다층으로 구성될 수 있고, 시트의 사용 목적에 따라 적층 갯수를 변화시킬 수 있다. In one embodiment, the sheet for heart transplantation of the present invention may have a structure in which a plurality of sheets cross each other up and down while maintaining a gap, and have a structure in which a plurality of sheets are stacked in multiple layers (layer-by-layer), two or more layers, three or more layers , can be composed of 4 or more layers and n or more multi-layers, and the number of layers can be changed according to the purpose of use of the sheet.

일 구현예에서, 본 발명의 심장 이식용 시트는 외부 형상 및 치수를 각각의 적용 목적에 따라 선택할 수 있으며 이는 적용 분야에 요구되는 목적에 적합할 수 있다. 상기 심장 이식용 시트는 예를 들어 신장된 형상, 예를 들어 원통형, 다각기둥, 예를 들어 삼각기둥 또는 잉곳(ingot) 형상; 또는 판상, 또는 다각형, 예를 들어 사각형, 입방형, 사각형, 피라미드형, 오각형, 12각형, 20각형, 능면체형, 프리즘형 또는 구형, 예를 들어 공형, 중공형, 구면렌즈 또는 원통형 렌즈형상, 및 원반형 또는 고리형 중에서 선택되는 외부 형상을 가질 수 있다. 이러한 형상은 시트의 적층을 통해 달성될 수 있다.In one embodiment, the heart transplant sheet of the present invention may have an external shape and dimensions selected according to the respective application purpose, which may be suitable for the purpose required in the application field. The heart transplant sheet may have, for example, an elongated shape, for example a cylindrical shape, a polygonal prism, for example a triangular prism or an ingot shape; or plate-like, or polygonal, for example square, cubic, square, pyramidal, pentagonal, dodecagonal, icosagonal, rhombohedral, prismatic or spherical, for example spherical, hollow, spherical or cylindrical lens shape; and an outer shape selected from a disk shape or an annular shape. This shape can be achieved through lamination of sheets.

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명의 심장 이식용 시트가 격자형 그물망의 구조를 함으로써, 공기 방울 및 다른 물질 등이 배출될 수 있어, 수여자에 더욱 견고하고 단단하게 부착될 수 있었으며, 이에 따라 장기간 수여자의 체내에서 생착을 유지함으로써 이식 편의 기능적인 부분을 장기간 유지할 수 있었다.In one embodiment of the present invention, since the sheet for heart transplantation of the present invention has a grid-type mesh structure, air bubbles and other substances can be discharged, so that it can be more firmly and firmly attached to the recipient. Therefore, it was possible to maintain the functional part of the graft for a long time by maintaining the engraftment in the recipient's body for a long time.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 내용을 구체화하기 위한 것일 뿐 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples. However, the following examples are only intended to embody the contents of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

실시예 1. 심장 이식용 시트 제작Example 1. Fabrication of sheets for heart transplantation

1-1. 시트 구성 성분비의 최적화1-1. Optimization of sheet composition ratio

삼차원 바이오 프린팅 기술을 이용하여 심장 이식용 시트를 제작하여 세포 생착을 확인하였다. 구체적으로, 인간 심장섬유아세포와 심장근세포를 1:1 (v:v; 25×105 cells/㎖ : 25×105 cells/㎖)로 혼합한 구성 세포 및 다양한 혼합 비율 (3:1, 5:1 및 10:1 (v:v; 750 ㎕:250 ㎕, 833 ㎕:167 ㎕ 및 909 ㎕:91 ㎕)의 젤마와 콜라겐 하이드로젤이 포함된 바이오 잉크를 실험 직전에 37℃에서 용해시키고, 주사기 고정 장치, UV LED, 주사기 및 침대 온도 조절 장치가 장착된 바이오프린팅 기계의 주사기에 주입한 뒤, Teflon needle (EST, FTN 27G-1/2)과 결합시켰다. 프린팅에 적합한 점도를 위해 4°C에서 5~6분 동안 유지한 뒤 주사기 고정 장치에 장착시켰으며, 효율적인 층 쌓기를 위해 주사기와 베드의 온도를 10~20℃로 유지하였다. 바이오 잉크를 NewCreatorK (Rokit, Seoul, South Korea) 소프트웨어를 이용하여 삼차원 바이오 프린팅하여 직경 7 x 7 mm 및 높이 0.3 ~ 0.4 mm의 구조물을 제작한 뒤, UV LED를 3 내지 5분 동안 조사하여 하이드로젤을 가교 결합시키고 12웰 세포 배양 접시에서 배양시켜 심장 이식용 시트를 제작하였다. 제작한 심장 이식용 시트의 세포 생착 정도를 확인한 결과, 젤마와 콜라겐 하이드로젤의 비율이 3:1인 경우 세포들의 생착이 가장 잘 이루어진 것을 확인할 수 있었다 (도 1). Cell engraftment was confirmed by fabricating a sheet for heart transplantation using three-dimensional bioprinting technology. Specifically, human cardiac fibroblasts and cardiac myocytes were mixed in 1:1 ( v:v; 25×10 5 cells/ml: 25×10 5 cells/ml) constituent cells and various mixing ratios (3:1, 5 Bio-ink containing gelma and collagen hydrogel at :1 and 10:1 ( v:v; 750 μl:250 μl, 833 μl: 167 μl and 909 μl:91 μl) was dissolved at 37° C. immediately before the experiment, After injection into the syringe of a bioprinting machine equipped with a syringe holder, UV LED, syringe and bed temperature control, it was combined with a Teflon needle (EST, FTN 27G-1/2) at 4° for a viscosity suitable for printing. After holding at C for 5-6 minutes, it was mounted on a syringe holder, and the temperature of the syringe and bed was maintained at 10-20° C. for efficient layering. After producing a structure with a diameter of 7 x 7 mm and a height of 0.3 to 0.4 mm by 3D bioprinting using As a result of checking the degree of cell engraftment of the prepared heart transplantation sheet, it was confirmed that the cell engraftment was best achieved when the ratio of gelma to collagen hydrogel was 3:1 (FIG. 1).

1-2. 두 가지 구조의 시트 제작1-2. Fabrication of sheets with two structures

상기 실시예 1-1에서 수립한 젤마와 콜라겐 하이드로젤의 비율 (3:1)로 인공 심장 조직의 구조적 형태를 평평하게 막혀있는 면의 형태인 종래의 일반 시트 구조 (cPatch) (젤마와 콜라겐 하이드로젤이 포함된 바이오 잉크로 구성된 공극이 없는 세포시트 구조)와 그물망 구조 (cMesh)로 상기 실시예에서와 같이 삼차원 바이오 프린팅하여 두 가지 구조의 심장 이식용 시트를 제작하였다 (도 2). The conventional general sheet structure (cPatch) (gelma and collagen hydrogel) in the form of a flat blocked surface with the structural shape of the artificial heart tissue at the ratio of gelma and collagen hydrogel established in Example 1-1 (3:1) A sheet for heart transplantation having two structures was prepared by three-dimensional bioprinting as in the above example with a cell sheet structure without pores composed of a gel-containing bio-ink) and a mesh structure (cMesh) (FIG. 2).

실시예 2. 심장 이식용 시트의 구조적 형태에 따른 세포 생존능 비교Example 2. Comparison of cell viability according to the structural shape of the sheet for heart transplantation

상기 실시예 1-2에서 제작한 일반 시트 구조 (cPatch)의 심장 이식용 시트와 그물망 구조 (cMesh)의 심장 이식용 시트에서의 세포 생존능을 비교하기 위해, 세포 생존 관련 마커인 AKT, mTOR 및 ERK의 인산화 정도를 웨스턴 블롯 분석으로 확인하였다. 그 결과, 세포 생존과 관련된 단백질의 인산화 수준이 일반 시트 구조 (cPatch)의 심장 이식용 시트에 비해 그물망 구조 (cMesh)의 심장 이식용 시트에서 유의적으로 증가한 것으로 나타나 (도 3), 그물망 구조의 심장 이식용 시트에서의 세포 생존능이 더욱 우수한 것을 확인할 수 있었다.In order to compare cell viability in the sheet for heart transplantation of the general sheet structure (cPatch) and the sheet for heart transplantation of the mesh structure (cMesh) prepared in Example 1-2, the cell survival-related markers AKT, mTOR and ERK The degree of phosphorylation was confirmed by Western blot analysis. As a result, it was found that the phosphorylation level of the protein related to cell survival was significantly increased in the heart transplantation sheet of the reticulated structure (cMesh) compared to the heart transplantation sheet of the general sheet structure (cPatch) (FIG. 3), It was confirmed that the cell viability in the heart transplant sheet was more excellent.

실시예 3. 심장 이식용 시트의 구조적 형태에 따른 심장 기능 비교Example 3. Comparison of cardiac function according to the structural shape of the sheet for heart transplantation

급성 심근경색이 유도된 랫 모델에 상기 실시예 1-2에서 제작한 일반 시트 구조 (cPatch)의 심장 이식용 시트와 그물망 구조 (cMesh)의 심장 이식용 시트를 각각 이식하고 이식 후 1일 차, 7일 차 및 28일 차에 심장 기능을 확인하였다. 그 결과, cPatch 형태의 시트를 이식한 랫의 심장 기능에 비해 cMesh 형태의 시트를 이식한 랫의 심장 기능이 통계적 유의하게 현저히 회복되어 (도 4), 그물망 구조의 심장 이식용 시트가 우수한 심장 기능 회복 효과를 가지는 것을 확인할 수 있었다.The heart transplantation sheet of the general sheet structure (cPatch) and the heart transplantation sheet of the mesh structure (cMesh) prepared in Example 1-2 were respectively transplanted to the rat model induced by acute myocardial infarction, and the first day after transplantation, Cardiac function was checked on day 7 and day 28. As a result, the heart function of the rat transplanted with the cMesh-type sheet was significantly and statistically significantly recovered compared to the heart function of the rat transplanted with the cPatch-type sheet (FIG. 4). It was confirmed that it has a recovery effect.

실시예 4. 심장 이식용 시트의 구조적 형태에 따른 생착능 비교Example 4. Comparison of engraftment ability according to the structural shape of the sheet for heart transplantation

상기 실시예 3에서 cPatch 및 cMesh를 이식한 심근경색 모델 랫들에서 이식 28일 차에 심장을 적출하여 확인하고 섬유화세포(Masson’trichrome) 염색기법으로 심장 단면을 염색하여 조직학적으로 분석한 결과, cMesh 형태의 시트를 이식한 랫트의 경우 이식된 인공 심장 조직이 cPatch 형태의 시트를 이식한 랫트에 비해 더욱 견고하게 생착되어 있었으며, 섬유화 진행을 억제함으로써 심실 벽이 통계적 유의적으로 두꺼워져 있는 것을 확인할 수 있었다 (도 5).From the myocardial infarction model rats transplanted with cPatch and cMesh in Example 3, the heart was excised and confirmed on the 28th day of transplantation, and the heart section was stained with a fibroblast (Masson'trichrome) staining technique and histologically analyzed. As a result, cMesh In the case of rats implanted with a sheet-shaped sheet, the implanted artificial heart tissue was more robustly engrafted compared to the rats implanted with a cPatch-type sheet, and it was confirmed that the ventricular wall was statistically significantly thickened by suppressing the fibrosis process. There was (Fig. 5).

실시예 5. 심장 이식용 시트의 구조적 형태에 따른 장기적인 이식편 생착률 비교Example 5. Comparison of long-term graft engraftment rates according to the structural shape of the heart transplant sheet

상기 실시예 3에서 cPatch 및 cMesh를 이식한 심근경색 모델 랫들에서 이식 7일차 및 28일 차에 심장을 적출하여 심장의 단면에서 생착 마커로서 인간 미토콘드리아 마커인 hMito 및 간극연접 마커인 Cx-43 양성 세포를 면역형광법으로 확인하였다. 그 결과, cMesh 형태의 시트를 이식한 랫트에서 이식 7일 차 및 28일 차에 hMito 및 Cx-43 양성 세포가 cPatch 형태의 시트를 이식한 랫트에 비해 현저히 많은 것으로 나타나, 장기적으로 생착을 유지할 수 있는 것을 확인할 수 있었다 (도 6).From the myocardial infarction model rats transplanted with cPatch and cMesh in Example 3, the hearts were excised on the 7th and 28th days of transplantation, and the human mitochondrial marker hMito and the gap junction marker Cx-43 positive cells as engraftment markers from a cross section of the heart was confirmed by immunofluorescence. As a result, the number of hMito and Cx-43 positive cells on the 7th and 28th days of transplantation in the rats transplanted with the cMesh-type sheet was significantly higher than that of the rats transplanted with the cPatch-type sheet, indicating that long-term engraftment could be maintained. It could be confirmed that there is (FIG. 6).

실시예 6. 심장 이식용 시트의 구조적 형태에 따른 이식 후 혈관 생성능 비교Example 6. Comparison of blood vessel production capacity after transplantation according to the structural shape of the heart transplant sheet

상기 실시예 3에서 cPatch 또는 cMesh를 이식한 심근경색 모델 랫들에서 이식 28일 차에 심장을 적출하고 심장 조직에서의 혈관신생 관련 단백질인 ANGPT1의 발현을 ELISA 분석을 통해 확인한 결과, cMesh 형태의 시트를 이식한 랫트에서 ANGPT1의 발현이 cPatch 형태의 시트를 이식한 랫트에 비해 현저히 증가된 것으로 나타났다 (도 7). In Example 3, the heart was removed from the myocardial infarction model rats transplanted with cPatch or cMesh transplanted on the 28th day of transplantation, and the expression of ANGPT1, an angiogenesis-related protein, in the heart tissue was confirmed through ELISA analysis. It was found that the expression of ANGPT1 in the transplanted rats was significantly increased compared to the rats transplanted with the cPatch type sheet ( FIG. 7 ).

또한, 상기 28일 차에 적출한 심장 조직에서 혈관 마커인 SMA 양성 혈관들을 면역형광법을 통해 확인한 결과, cMesh 형태의 시트를 이식한 랫트에서 혈관 수가 cPatch 형태의 시트를 이식한 랫트에 비해 현저히 증가한 것으로 나타났으며, 특히, 중간 크기의 혈관 및 큰 혈관이 유의적으로 증가된 것으로 나타나 (도 8), 본 발명의 cMesh 형태의 시트가 신생 혈관을 증가시키고 혈관을 안정화시키는 것을 확인할 수 있었다.In addition, as a result of confirming SMA-positive blood vessels, a vascular marker, by immunofluorescence from the heart tissue extracted on the 28th day, the number of blood vessels in the rats transplanted with the cMesh-type sheet was significantly increased compared to the rats transplanted with the cPatch-type sheet. In particular, it was found that medium-sized blood vessels and large blood vessels were significantly increased (FIG. 8), and it was confirmed that the cMesh-type sheet of the present invention increased new blood vessels and stabilized blood vessels.

Claims (13)

심장섬유아세포, 심장근세포, 젤라틴 메타크릴아마이드(GelMA) 및 콜라겐 하이드로젤을 포함하는 바이오잉크.Bio-ink comprising cardiac fibroblasts, cardiac myocytes, gelatin methacrylamide (GelMA) and collagen hydrogel. 제 1항에 있어서, 젤라틴 메타크릴아마이드 및 콜라겐 하이드로젤을 1:1 내지 10;1 (v/v)로 포함하는, 바이오잉크. The bio-ink according to claim 1, comprising gelatin methacrylamide and collagen hydrogel in an amount of 1:1 to 10;1 (v/v). 제 1항에 있어서, 심장섬유아세포 및 심장근세포를 2:1 내지 1:2 (v/v)로 포함하는, 바이오잉크. The bio-ink according to claim 1, comprising cardiac fibroblasts and cardiac myocytes in a ratio of 2:1 to 1:2 (v/v). 제 1항의 바이오잉크로 이루어지고 다공성 구조를 가지는, 심장 이식용 시트.The sheet for heart transplantation, which is made of the bio-ink of claim 1 and has a porous structure. 제 4항에 있어서, 평균 공극 크기가 370 내지 480 ㎛인, 심장 이식용 시트.5. The sheet according to claim 4, wherein the average pore size is 370 to 480 μm. 제 4항에 있어서, 0.1 내지 1mm의 평균 두께를 가지는, 심장 이식용 시트.5. The sheet according to claim 4, having an average thickness of 0.1 to 1 mm. 제 4항에 있어서, 10 x 10 mm의 평균 직경을 가지는, 심장 이식용 시트.5. The sheet of claim 4 having an average diameter of 10 x 10 mm. 제 4항에 있어서, 심장섬유아세포 및 심장근세포의 생존능이 향상된, 심장 이식용 시트.The sheet for heart transplantation according to claim 4, wherein the viability of cardiac fibroblasts and cardiac myocytes is improved. 제 4항에 있어서, 심장섬유아세포 및 심장근세포의 생착능이 향상된, 심장 이식용 시트.The sheet for heart transplantation according to claim 4, wherein the engraftment ability of cardiac fibroblasts and cardiac myocytes is improved. 제 4항에 있어서, 장기 생착능이 향상된, 심장 이식용 시트.The sheet for heart transplantation according to claim 4, wherein the organ engraftment ability is improved. 제 4항에 있어서, 심장의 혈관 신생 촉진용, 심장 이식용 시트.The sheet according to claim 4, for promoting cardiac angiogenesis and for heart transplantation. 제 1항의 바이오잉크를 사용하여 3-D 프린터로 격자형 그물망 구조의 시트를 프린팅하는 단계를 포함하는, 심장 이식용 시트를 제작하는 방법.A method for producing a sheet for heart transplantation, comprising the step of printing a sheet of a grid-like mesh structure with a 3-D printer using the bio-ink of claim 1 . 제 12항에 있어서, 프린팅하는 단계 이후에 하이드로젤을 가교 결합 시키는 단계를 추가로 포함하는, 심장 이식용 시트를 제작하는 방법.The method of claim 12 , further comprising cross-linking the hydrogel after the printing step.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220103855A (en) * 2021-01-15 2022-07-25 건국대학교 산학협력단 Bio ink composition, bio printer, and bio printing method using the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101954953B1 (en) * 2017-05-16 2019-03-06 울산과학기술원 Bio-ink composition for the three-dimensional printing and process for preparing the same
WO2019075397A1 (en) * 2017-10-12 2019-04-18 The George Washington University Three-dimensional bioprinting of cardiac patch with anisotropic and perfusable architecture
WO2020081982A1 (en) * 2018-10-18 2020-04-23 Regents Of The University Of Minnesota Bioink for 3d deposition

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101954953B1 (en) * 2017-05-16 2019-03-06 울산과학기술원 Bio-ink composition for the three-dimensional printing and process for preparing the same
WO2019075397A1 (en) * 2017-10-12 2019-04-18 The George Washington University Three-dimensional bioprinting of cardiac patch with anisotropic and perfusable architecture
WO2020081982A1 (en) * 2018-10-18 2020-04-23 Regents Of The University Of Minnesota Bioink for 3d deposition

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Circ Res 123(2) (2018) 266-287
Harpinder Saini et al., "3D cardiac microtissues encapsulated with the co-culture of cardiomyocytes and cardiac fibroblasts.", Advanced healthcare materials (2015), Vol. 4, pp. 1961-1971* *
Henrike Stratesteffen et al., "GelMA-collagen blends enable drop-on-demand 3D printablility and promote angiogenesis." Biofabrication (2017), Vol. 9, pp. 1-32* *
Shweta Anil Kumar et al., "A Visible Light-Cross-Linkable, Fibrin-Gelatin-Based Bioprinted Construct with Human Cardiomyocytes and Fibroblasts." ACS Biomater. Sci. Eng. (2019), Vol. 5, pp, 4551-4563* *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220103855A (en) * 2021-01-15 2022-07-25 건국대학교 산학협력단 Bio ink composition, bio printer, and bio printing method using the same

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