KR20220056140A - Composition for bone tissue regeneration comprising recombinant silk protein and porous scaffold comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 재조합 실크 단백질과 생체 친화성 고분자를 포함하는 골 조직 재생용 조성물 및 이를 포함하는 다공성 스캐폴드에 관한 것이다. The present invention relates to a composition for bone tissue regeneration comprising a recombinant silk protein and a biocompatible polymer, and a porous scaffold comprising the same.
자연적인 또는 비자연적인 다양한 아미노산 서열들의 반복으로 이루어진 반복 단백질 폴리머가 중요한 물질로 주목받고 있다. 화학적인 합성방법으로 만들어진 폴리머와 달리 단백질 폴리머는 유전정보(유전자)를 근본으로 만들어지기 때문에 길이나 입체적 성질 등 다양한 폴리머의 성질을 정확하게 조절할 수 있기 때문이다. 또한 단백질 폴리머는 생체적합성(biocompatibility), 생분해성(biodegradation)등과 함께 원하는 기계적, 화학적, 생물학적 성질들을 가질 수 있어 생체 재료공학, 조직 공학분야 등에서 유용하게 이용될 수 있다.Repetitive protein polymers composed of the repetition of various natural or non-natural amino acid sequences are attracting attention as important substances. Unlike polymers made by chemical synthesis, protein polymers are made based on genetic information (genes), so the properties of various polymers such as length and three-dimensional properties can be precisely controlled. In addition, the protein polymer can have desired mechanical, chemical, and biological properties along with biocompatibility and biodegradation, and thus can be usefully used in biomaterials engineering, tissue engineering, and the like.
단백질 폴리머의 특성을 갖는 대표적인 반복 단백질의 반복 서열에는 엘라스틴(elastin)(GVGVP, VPGG, APGVGV), 견섬유(silk fibroin)(GAGAGS), 족사(byssus)(GPGGG), 편상 실크(flagelliform silk) (GPGGx), 거미줄(dragline silk)(GPGQQ, GPGGY, GGYGPGS), 콜라겐(collagen)(GAPGAPGSQGAPGLQ, GAPGTPGPQGLPGSP), 케라틴(keratin)(AKLKLAEAKLELA), 세리신(sericin) (SSTGSSSNTDSNSNSVGSSTSGGSSTYGYSSNSRDGSV), 및 인공합성 반복 단백질 (synthetic repetitive protein) 등이 있다. 이 중 거미의 생명줄로 쓰이며 방사형 거미줄 형태를 만들 때에 사용하는 드래그라인 거미줄은 그 강도와 탄성도가 크다. 거미줄은 강철보다 단위 질량당 5배의 강도를 가지며, 인간이 만든 고품질의 케플러 섬유보다 3배 단단하다. Repeat sequences of representative repeat proteins having the properties of protein polymers include elastin (GVGVP, VPGG, APGVGV), silk fibroin (GAGAGS), byssus (GPGGG), flagelliform silk (GPGGx) ), dragline silk (GPGQQ, GPGGY, GGYGPGS), collagen (GAPGAPGSQGAPGLQ, GAPGTPGPQGLPGSP), keratin (AKLKLAEAKLELA), sericin (SSTGSSSNTDSNSNSVGSSTSGGSS), and artificial repetitive proteinYSSTSSGGSS ), etc. Among them, the dragline spider web, which is used as a spider's lifeline and used to make a radial spider web, has high strength and elasticity. Spider silk is five times stronger per unit mass than steel and three times harder than high-quality man-made Kepler fibers.
한편, 스캐폴드(Scaffold)는 조직 세포의 체외 배양과 체내 이식이 가능하도록 만들어진 물리적 지지체 및 점착 기질을 칭하는 것으로, 이러한 스캐폴드는 인체조직 재생을 위한 세포 이식에 사용되고 있으며, 또한 세포의 대량배양 및 증식에 있어서 그 중요성은 매우 높다. On the other hand, the scaffold (Scaffold) refers to a physical support and an adhesive substrate made to enable in vitro culture and in vivo transplantation of tissue cells. These scaffolds are used for cell transplantation for human tissue regeneration, and also include mass culture and Its importance in propagation is very high.
본 발명에서는 거미 실크 단배질을 이용하여 크라이오젤을 제조하여 생체 적합성이 우수한 스캐폴드를 개발하고자 하였다. In the present invention, it was attempted to develop a scaffold with excellent biocompatibility by preparing a cryogel using spider silk protein.
본 발명의 본 발명자들은 재조합 실크 단백질과 생체 친화성 고분자를 포함하는 골 조직 재생용 조성물이 세포의 점착(부착)능과 상처 치유 효능 그리고 골 조직 또는 골로 분화능이 우수한 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.The present inventors have completed the present invention by confirming that a composition for bone tissue regeneration comprising a recombinant silk protein and a biocompatible polymer has excellent cell adhesion (adhesion) ability, wound healing efficacy, and differentiation ability into bone tissue or bone. .
따라서, 본 발명은 재조합 실크 단백질과 생체 친화성 고분자를 포함하는 골 조직 재생용 조성물 및 이를 포함하는 다공성 스캐폴드를 제공하는 것을 구체적인 해결과제로 한다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a composition for bone tissue regeneration comprising a recombinant silk protein and a biocompatible polymer, and a porous scaffold comprising the same.
본 발명은 재조합 실크 단백질과 생체 친화성 고분자를 포함하는 골 조직 재생용 조성물을 제공한다.The present invention provides a composition for bone tissue regeneration comprising a recombinant silk protein and a biocompatible polymer.
또한 본 발명은 상기 골 조직 재생용 조성물을 포함하는 다공성 크라이오젤 스캐폴드를 제공한다.The present invention also provides a porous cryogel scaffold comprising the composition for bone tissue regeneration.
본 발명은 재조합 실크 단백질 및 생체 친화성 고분자를 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 냉동하는 단계; 및 상기 냉동된 혼합물을 동결 건조하여 기공을 형성하는 단계; 를 포함하는, 조직 재생용 다공성 스캐폴드의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of mixing a recombinant silk protein and a biocompatible polymer; freezing the mixture; and freeze-drying the frozen mixture to form pores; It provides a method of manufacturing a porous scaffold for tissue regeneration, comprising a.
또한, 상기 제조방법에 의해 제조된 골 또는 상처 재생용 다공성 스캐폴드를 제공한다.In addition, there is provided a porous scaffold for bone or wound regeneration prepared by the above manufacturing method.
본 발명의 재조합 실크 단백질과 생체 친화성 고분자를 포함하는 골 조직 재생용 조성물은 재조합 실크 단백질을 포함하여 우수한 세포 부착 및 증식능을 가질 수 있다. 또한 재조합 실크 단백질과 생체 친화성 고분자를 포함하여 적절한 기계적 강도와 탄성을 가지는 다공성 스캐폴드의 제작에 적합하며, 골 조직 또는 골로의 분화 및 재생 그리고 상처 재생에 효과가 있다. The composition for bone tissue regeneration comprising the recombinant silk protein and biocompatible polymer of the present invention may have excellent cell adhesion and proliferation ability including the recombinant silk protein. In addition, it is suitable for the production of a porous scaffold with appropriate mechanical strength and elasticity, including recombinant silk protein and biocompatible polymer, and is effective for differentiation and regeneration into bone tissue or bone, and wound regeneration.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 다공성 스캐폴드의 제조방법을 개략적으로 나타내는 관념도이다.
도 2는 비교예 1, 실시예 3, 및 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드의 SEM 이미지(X120)이다.
도 3은 비교예 1, 실시예 3, 및 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드의 팽창률을 나타내는 그래프이다.
도 4는 비교예 1, 실시예 3, 및 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드의 압축강도를 나타낸 것이다.
도 5는 비교예 1, 실시예 3, 및 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드의 영률(Young's modulus)을 나타낸 것이다.
도 6 은 비교예 1, 및 실시예 2 내지 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드에 대한 세포독성 실험 결과이다.
도 7은 비교예 1, 및 실시예 2 내지 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드에 대한 세포독성 실험 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 8은 비교예 1, 실시예 3, 및 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드의 세포부착 실험 결과이다.
도 9는 재조합 실크 단백질과 성장 인자(growth factor)의 상호작용 및 세포 생장에 미치는 영향을 확인하기 위하여 wound healing assay를 진행하고 confocal microscopy를 사용하여 확인한 결과이다.
도 10은 재조합 실크 단백질과 성장 인자(growth factor)의 상호작용 및 세포 생장에 미치는 영향을 확인하기 위하여 RT-PCR을 진행한 결과이다.
도 11은 비교예 1, 실시예 3, 및 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드에 대한 Alizarin red S staining 실험 결과이다.1 is a conceptual diagram schematically illustrating a method for manufacturing a porous scaffold according to an embodiment of the present invention.
2 is an SEM image (X120) of the cryogel scaffolds prepared in Comparative Examples 1, 3, and 5.
3 is a graph showing the expansion rate of the cryogel scaffolds prepared in Comparative Examples 1, 3, and 5.
4 shows the compressive strength of the cryogel scaffolds prepared in Comparative Examples 1, 3, and 5.
5 shows the Young's modulus of the cryogel scaffolds prepared in Comparative Examples 1, 3, and 5;
6 is a cytotoxicity test result for the cryogel scaffolds prepared in Comparative Example 1 and Examples 2 to 5.
7 is a graph showing the cytotoxicity test results for the cryogel scaffolds prepared in Comparative Example 1 and Examples 2 to 5.
8 is a cell adhesion experiment result of the cryogel scaffolds prepared in Comparative Examples 1, 3, and 5.
9 is a result of wound healing assay and confirmed using confocal microscopy in order to confirm the interaction between recombinant silk protein and growth factor and the effect on cell growth.
10 is a result of RT-PCR to confirm the interaction between recombinant silk protein and growth factor and the effect on cell growth.
11 is an Alizarin red S staining experiment result for the cryogel scaffolds prepared in Comparative Examples 1, 3, and 5.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments and embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments and examples described herein.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 '~(하는) 단계' 또는 '~의 단계'는 '~ 를 위한 단계'를 의미하지 않는다.Throughout this 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. As used throughout this specification, the terms 'about', 'substantially', etc. are used in or close to the numerical value when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and are used in the understanding of the present invention. It is used to prevent unfair use by unconscionable infringers of the disclosure in which exact or absolute figures are mentioned to help As used throughout this specification, the term 'step for (to)' or 'step for' does not mean 'step for'.
상기 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 재조합 실크 단백질과 및 생체 친화성 고분자를 포함하는 골 조직 재생용 조성물을 제공한다. As one aspect for achieving the above object, the present invention provides a composition for bone tissue regeneration comprising a recombinant silk protein and a biocompatible polymer.
본 발명의 골 조직 재생용 조성물은 재조합 실크 단백질을 포함하여 세포의 기질에 대한 점착능과 세포 증식이 우수하며, 재조합 실크 단백질과 생체 적합성 고분자를 적절한 비율로 혼합하여 사용하여 적절한 기계적 강도, 탄성을 가지며, 우수한 세포 부착 및 증식능을 가져 골분화, 골 재생 및 상처 재생에 적합하다.The composition for bone tissue regeneration of the present invention has excellent adhesion to the matrix of cells and cell proliferation, including recombinant silk protein. It has excellent cell adhesion and proliferation ability, making it suitable for bone differentiation, bone regeneration and wound regeneration.
본 발명의 골 조직 재생용 조성물은 재조합 실크 단백질을 포함할 수 있다. 또한 이와 함께 생체 친화성 고분자와 생활성 물질을 포함할 수 있다.The composition for bone tissue regeneration of the present invention may include a recombinant silk protein. In addition, it may include a biocompatible polymer and a bioactive material.
본 발명에서 용어 "재조합 실크 단백질"이란, 천연 실크 단백질과 분자상 및 구조상 프로파일이 거의 근사한 합성 실크단백질로서 재조합 단백질 생산방법에 의해 생합성되는 단백질을 의미한다. 상기 "재조합 실크 단백질"을 이용하여 거미줄 섬유와 유사한 물성을 갖는 거미줄 섬유를 제조할 수 있으므로, 상기 재조합 실크 단백질은 재조합 거미 실크 단백질이라고도 불린다.As used herein, the term “recombinant silk protein” refers to a synthetic silk protein having a molecular and structural profile that is close to that of a natural silk protein and biosynthesized by a recombinant protein production method. Since a spider silk fiber having properties similar to that of a spider silk fiber can be produced using the “recombinant silk protein”, the recombinant silk protein is also called a recombinant spider silk protein.
본 발명에서 상기 재조합 실크 단백질은 5~300kDa의 분자량을 가질 수 있고, 구체적으로 100 내지 200kDa의 분자량을 가질 수 있다. 또한, 상기 재조합 실크 단백질은 서열번호 1의 아미노산을 가지는 펩타이드를 1 내지 160번 반복 단위로 포함할 수 있고, 서열번호 1의 서열을 가진 펩타이드가 8 내지 128번 반복되어 있는 구조를 가질 수 있다.In the present invention, the recombinant silk protein may have a molecular weight of 5 to 300 kDa, specifically, may have a molecular weight of 100 to 200 kDa. In addition, the recombinant silk protein may include a peptide having the amino acid of SEQ ID NO: 1 in units of 1 to 160 repeats, and may have a structure in which the peptide having the sequence of SEQ ID NO: 1 is repeated 8 to 128 times.
서열번호 1: NH2-SGRGGLGGQGAGMAAAAAMGGAGQGGYGGLGSQGT-COOH SEQ ID NO: 1: NH 2 -SGRGGLGGQGAGMAAAAAMGGAGQGGYGGLGSQGT-COOH
본 발명에서 상기 재조합 실크 단백질은 등록특허 제10-1317420호에 기재된 방법에 따라 제조하였다. In the present invention, the recombinant silk protein was prepared according to the method described in Korean Patent No. 10-1317420.
본 발명에서 상기 재조합 실크 단백질은 상기 골 재생용 조성물 내에 1㎍/mL 내지 1000㎍/mL의 농도로 포함될 수 있다. 보다 구체적으로 100㎍/mL 내지 1000㎍/mL의 농도로 포함될 수 있다. In the present invention, the recombinant silk protein may be included in the composition for bone regeneration at a concentration of 1 μg/mL to 1000 μg/mL. More specifically, it may be included at a concentration of 100 μg/mL to 1000 μg/mL.
상기 생체 친화성 고분자는 폴리에틸렌 옥시드(PEO), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(PEGDA), 콜라겐, 피브로넥틴, 케라틴, 알지네이트, 키토산, 키틴, 히알루론산, 펙틴, 폴리카프로락톤, 폴리락트산, 폴리글리콜산, 덱스트란, 및 폴리락트산-폴리글리콜산(PLA-PGA)로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 구체적으로 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(PEGDA)일 수 있다.The biocompatible polymer is polyethylene oxide (PEO), polyethylene glycol (PEG), polyethylene glycol diacrylate (PEGDA), collagen, fibronectin, keratin, alginate, chitosan, chitin, hyaluronic acid, pectin, polycaprolactone, poly It may be selected from the group consisting of lactic acid, polyglycolic acid, dextran, and polylactic acid-polyglycolic acid (PLA-PGA), specifically polyethylene glycol diacrylate (PEGDA).
상기 생체 친화성 고분자는 상기 골 재생용 조성물 내에 5%(w/v) 내지 20%(w/v)의 농도로 포함될 수 있다.The biocompatible polymer may be included in the composition for bone regeneration at a concentration of 5% (w/v) to 20% (w/v).
또한, 본 발명의 골 재생용 조성물은 생활성 물질을 추가로 포함할 수 있다.In addition, the composition for bone regeneration of the present invention may further include a bioactive material.
상기 생활성 물질은 이에 제한되지 않으나, 예를 들면, 혈장 또는 혈청성분, 하이드록시아파타이트, 라미닌, 약물, 치료제, 마취제, 세포 성장인자, 항체, 항체 유사 분자, 핵산, 및 폴리사카라이드 등이 있고, 이들을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.The bioactive substance is not limited thereto, but includes, for example, plasma or serum components, hydroxyapatite, laminin, drugs, therapeutic agents, anesthetics, cell growth factors, antibodies, antibody-like molecules, nucleic acids, and polysaccharides. , one or more of these may be mixed and used.
보다 구체적으로 상기 생활성 물질은 성장인자, 혈장 또는 혈청 성분일 수 있고, 상기 성장인자는 TGF-beta, SCF, FGF-alpha, FGF-beta, IGF, VEGF, 및 KGF로 이루어진 군에서 한 종 이상 선택할 수 있다. More specifically, the bioactive substance may be a growth factor, plasma or serum component, and the growth factor is one or more species from the group consisting of TGF-beta, SCF, FGF-alpha, FGF-beta, IGF, VEGF, and KGF. You can choose.
본 발명의 조성물에서 상기 생활성 물질은 0.1 내지 200 ppm, 구체적으로 50 내지 150 ppm를 포함할 수 있다.In the composition of the present invention, the bioactive material may include 0.1 to 200 ppm, specifically 50 to 150 ppm.
또한, 상기 골 재생용 조성물은 추가적으로 상처 치유 또는 재생 효과를 가진다. In addition, the composition for bone regeneration has an additional wound healing or regeneration effect.
본 발명의 일실시예에서는 상처 치유 시험 (Wound healing assay)를 통해서, 거미 실크 단백질이 성장 인자와 마찬가지로 상처 재생 또는 치유 효과를 가지는 것을 확인하였다(도 9).In one embodiment of the present invention, through a wound healing assay, it was confirmed that the spider silk protein had a wound regeneration or healing effect like the growth factor (FIG. 9).
다른 하나의 양태로 본 발명은 골 조직 재생용 조성물을 포함하는 다공성 크라이오젤 스캐폴드를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a porous cryogel scaffold comprising a composition for bone tissue regeneration.
본 발명에서 "골 조직 재생용 조성물", "재조합 실크 단백질", "생체 친화성 고분자", "생활성 물질"에 대한 설명은 전술한 바와 같다. In the present invention, the description of "composition for bone tissue regeneration", "recombinant silk protein", "biocompatible polymer", and "bioactive material" is the same as described above.
본 발명에서 용어 "스캐폴드(Scaffold)"는 조직 세포의 체외 배양과 체내 이식이 가능하도록 만들어진 물리적 지지체 및 점착 기질을 칭하는 것으로, 스캐폴드는 인체조직 재생을 위한 세포 이식에 사용되고 있으며, 또한 세포의 대량배양 및 증식에 사용되고 있다. In the present invention, the term “scaffold” refers to a physical support and an adhesive substrate made to enable ex vivo culture and implantation of tissue cells, and the scaffold is used for cell transplantation for human tissue regeneration, and also It is used for mass culture and propagation.
생물학적으로 활성을 지니고 있는 대부분의 세포는 체내 또는 체외의 물질과 접촉 시 생존하기 위하여 반드시 거쳐야 되는 기본 단계가 있는데, 그 첫 단계는 세포의 점착이다. 특히, 섬유아세포 및 조직세포의 생존단계를 살펴보면, 세포는 우선적으로 기질에 점착을 하며 점착 후 세포질에서의 세포기관(organelle)의 대사가 활발해지고, 증식 및 양분의 공급을 원활히 하기 위하여 새로운 부위로 이동하게 된다.Most biologically active cells have a basic step that must be passed to survive when they come into contact with a substance inside or outside the body, and the first step is cell adhesion. In particular, when looking at the survival stage of fibroblasts and tissue cells, the cells preferentially adhere to the substrate, and after adhesion, the metabolism of organelles in the cytoplasm becomes active, and in order to facilitate proliferation and supply of nutrients, they move to a new site. will move
따라서, 세포의 증착을 활성화시키는 표면은 세포의 증식을 배가하는데 가장 기본이 되는 수단이다. 이러한 세포의 기질에 대한 점착능은 기질의 성분에 의하여 인위적으로 조절될 수 있다. 스캐폴드는 세포의 재생과 이들이 성장할 때 지지체가 되어주는 담체, 즉 인공기질의 근간이 되는 물질로서, 최근 세포의 대량배양 및 증식 용기 또는 플라스크에 코팅되어 사용되기도 한다. Therefore, the surface that activates the deposition of cells is the most basic means for doubling the proliferation of cells. The ability of these cells to adhere to the matrix can be artificially controlled by the components of the matrix. Scaffolds are carriers that support the regeneration and growth of cells, that is, materials that are the basis of artificial substrates, and are recently used as a coating for mass culture and proliferation of cells or flasks.
본 발명의 다공성 스캐폴드는 냉동 및 동결 건조 공정으로 기공이 형성된 크라이오젤일 수 있다.The porous scaffold of the present invention may be a cryogel having pores formed by freezing and freeze-drying processes.
본 발명에서 용어 "크라이오젤(cryogel)"이란 0℃ 이하(subzero temperature)에서 제조된 다공성 하이드로젤을 의미하는 것으로서, 서로 연결된 기공 구조(interconnected pore structure)를 가지므로 다공성 구조를 가진다.In the present invention, the term “cryogel” refers to a porous hydrogel prepared at 0° C. or less (subzero temperature), and has a porous structure because it has an interconnected pore structure.
상기 다공성 크라이오젤 스캐폴드의 평균 기공 크기는 30 내지 300㎛, 구체적으로 60 내지 150㎛일 수 있다. 이에 따라 세포 안착에 적합할 수 있고, 적절한 기계적 강도와 탄성을 가질 수 있다.The average pore size of the porous cryogel scaffold may be 30 to 300 μm, specifically 60 to 150 μm. Accordingly, it may be suitable for cell seating, and may have appropriate mechanical strength and elasticity.
본 발명의 다공성 스캐폴드는 탄성율은 60 내지 80kPa, 구체적으로 62 내지 70kPa 일 수 있다. 이에 따라 골 분화 유도에 적합하여 골 및 골 조직 재생에 사용될 수 있다.The porous scaffold of the present invention may have an elastic modulus of 60 to 80 kPa, specifically 62 to 70 kPa. Accordingly, it can be used for bone and bone tissue regeneration as it is suitable for inducing bone differentiation.
또 다른 하나의 양태로, 본 발명은 재조합 실크 단백질 및 생체 친화성 고분자를 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 냉동하는 단계; 및 상기 냉동된 혼합물을 동결 건조하여 기공을 형성하는 단계를 포함하는, 조직 재생용 다공성 스캐폴드의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention comprises the steps of mixing a recombinant silk protein and a biocompatible polymer; freezing the mixture; and freeze-drying the frozen mixture to form pores.
본 발명에서 용어 "다공성 스캐폴드", "골 조직 재생용 조성물", "재조합 실크 단백질", "생체 친화성 고분자", "생활성 물질"에 대한 설명은 전술한 바와 같다. In the present invention, the terms "porous scaffold", "composition for bone tissue regeneration", "recombinant silk protein", "biocompatible polymer", and "bioactive material" are the same as described above.
본 발명에서 상기 조직 재생은 골, 골 조직 재생 또는 상처 재생일 수 있다. In the present invention, the tissue regeneration may be bone, bone tissue regeneration, or wound regeneration.
상기 다공성 스캐폴드는 지방 유래 줄기 세포의 골 조직으로 분화를 촉진하거나 상처 치유, 상처 재생 또는 치료 용도로 사용될 수 있다. 또한, 골 또는 골조직으로 분화능이 우수하며 골 조직 재생 또는 골 재생을 촉진하는 효과를 가지므로 골 또는 골 조직 재생에 사용될 수 있다.The porous scaffold may promote differentiation of adipose-derived stem cells into bone tissue, or may be used for wound healing, wound regeneration, or therapeutic purposes. In addition, since it has excellent differentiation ability into bone or bone tissue and has an effect of promoting bone tissue regeneration or bone regeneration, it can be used for bone or bone tissue regeneration.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 다공성 스캐폴드의 제조방법을 개략적으로 나타내는 관념도이다.1 is a conceptual diagram schematically illustrating a method for manufacturing a porous scaffold according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 먼저 재조합 실크 단백질 및 생체 친화성 고분자를 혼합할 수 있다. 상기 재조합 실크 단백질 및 생체 친화성 고분자의 종류 및 특성은 상술한 바와 같다.Referring to FIG. 1 , first, a recombinant silk protein and a biocompatible polymer may be mixed. The types and properties of the recombinant silk protein and biocompatible polymer are as described above.
또한 상기 혼합물 제조단계에서 과황산 암모늄(ammonium persulfate)와 N, N, N', N'- 테트라메틸에틸렌디아민(N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine)을 첨가할 수 있고, 상기 혼합물은 0 내지 6℃에서 보관될 수 있으며, 보다 구체적으로 4℃에서 보관될 수 있다.In addition, ammonium persulfate and N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine (N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine) may be added in the mixture preparation step, and the mixture is It may be stored at 0 to 6 ℃, more specifically, it may be stored at 4 ℃.
다음으로 상기 혼합물을 냉동할 수 있다.The mixture may then be frozen.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 냉동은 -50 내지 -10℃에서 10 내지 50 시간 동안 수행될 수 있다. 구체적으로 -25 내지 -15℃에서 15 내지 25 시간동안 수행될 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 경우 재조합 실크 단백질과 생체 친화성 고분자의 가교 결합과 중합이 잘 이루어지지 않을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the freezing may be performed at -50 to -10 °C for 10 to 50 hours. Specifically, it may be carried out at -25 to -15 °C for 15 to 25 hours. If it is out of the above range, cross-linking and polymerization between the recombinant silk protein and the biocompatible polymer may not be successful.
다음으로 상기 냉동된 혼합물을 동결 건조하여 기공을 형성할 수 있다.Next, the frozen mixture may be freeze-dried to form pores.
구체적으로, 동결 건조기로 동결 건조함으로써 얼음 결정을 해동하거나 얼음 결정을 제거함으로써 생체 친화성 고분자와 재조합 실크 단백질이 가교결합됨에 따라 스캐폴드 내부에 기공을 형성할 수 있다. 상기 동결 건조는 15 내지 30시간 동안 수행될 수 있다. 또한, 기공 형성 후 멸균 PBS로 세척하여 미 반응 잔류물을 제거하고, UV로 멸균할 수 있다. Specifically, by thawing ice crystals by freeze-drying with a freeze dryer or removing ice crystals, pores can be formed inside the scaffold as the biocompatible polymer and the recombinant silk protein are cross-linked. The freeze drying may be performed for 15 to 30 hours. In addition, unreacted residues may be removed by washing with sterile PBS after pore formation, and UV sterilization may be performed.
본 발명의 다공성 스캐폴드는 냉동 및 해동 공정으로 기공이 형성된 크라이오젤로 이해될 수 있다.The porous scaffold of the present invention may be understood as a cryogel in which pores are formed by a freezing and thawing process.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 이러한 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples according to an embodiment of the present invention, but these Examples do not limit the scope of the present invention.
실험예 1: 재조합 실크 단백질의 준비Experimental Example 1: Preparation of recombinant silk protein
하기 서열번호 1로 표시되는 아미노산을 가지는 펩타이드가 48번 반복되어 있는 재조합 실크 단백질을 제조하였다. A recombinant silk protein in which the peptide having the amino acid shown in SEQ ID NO: 1 is repeated 48 times was prepared.
서열번호 1: NH2-SGRGGLGGQGAGMAAAAAMGGAGQGGYGGLGSQGT-COOH SEQ ID NO: 1: NH 2 -SGRGGLGGQGAGMAAAAAMGGAGQGGYGGLGSQGT-COOH
상기 재조합 거미 실크 단백질의 제조는 한국등록특허 10-1317420에 기재된 방법을 사용하였다.The recombinant spider silk protein was prepared using the method described in Korean Patent Registration No. 10-1317420.
실험예 2: 다공성 크라이오젤 스캐폴드 제조Experimental Example 2: Preparation of porous cryogel scaffolds
실시예 1 ~ 5 및 비교예 1의 다공성 크라이오젤 스캐폴드를 제조하였다. Porous cryogel scaffolds of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 were prepared.
실시예 1.Example 1.
인산염 완충 식염수(PBS)에 용해된 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(PEGDA) 20%(w/v) 용액 및 2μg/mL 농도의 재조합 실크 단백질 용액을 1: 1의 부피비로 혼합하여, PEGDA의 최종 농도는 10%(w/v)가 되고, 재조합 실크 단백질의 최종 농도는 1㎍/mL가 되도록 하였다. 상기 혼합 용액을 4℃에서 보관하면서 과황산 암모늄(10 %(w/v), Ammonium persulfate, APS; Sigma-Aldrich, USA)과 N, N, N', N'- 테트라메틸에틸렌디아민(TEMED; Sigma-Aldrich, USA)을 최종 농도가 각각 0.4%(w/v) 및 0.25%(v/v)이 되도록 추가하였다. 과황산 암모늄과 TEMED가 추가된 혼합 용액을 몰드에 피펫팅하고 -20℃에서 20시간 동결시켜 가교를 서서히 진행하였다. 동결 건조기로 스캐폴드의 얼음 결정(ice crystal)을 제거함으로서 서로 연결된(cross-linked) 구조의 기공을 가진 크라이오젤을 스캐폴드를 제조하였다. 얻어진 크라이오젤 스캐폴드를 멸균 PBS로 여러 번 세척하여 미 반응 잔류물을 제거하고, 다음 UV로 1시간 동안 멸균하였다.A 20% (w/v) solution of polyethylene glycol diacrylate (PEGDA) dissolved in phosphate buffered saline (PBS) and a recombinant silk protein solution at a concentration of 2 μg/mL were mixed in a volume ratio of 1:1, and the final concentration of PEGDA was 10% (w/v) and the final concentration of recombinant silk protein was 1 μg/mL. While the mixed solution was stored at 4°C, ammonium persulfate (10% (w/v), Ammonium persulfate, APS; Sigma-Aldrich, USA) and N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine (TEMED; Sigma-Aldrich, USA) was added to a final concentration of 0.4% (w/v) and 0.25% (v/v), respectively. The mixed solution to which ammonium persulfate and TEMED was added was pipetted into a mold and frozen at -20°C for 20 hours to slowly proceed with crosslinking. By removing ice crystals from the scaffold with a freeze dryer, a cryogel scaffold having pores of a cross-linked structure was prepared. The obtained cryogel scaffold was washed several times with sterile PBS to remove unreacted residues, and then sterilized with UV light for 1 hour.
실시예 2.Example 2.
인산염 완충 식염수(PBS)에 용해된 PEGDA 20%(w/v) 용액 및 20μg/mL 농도의 재조합 실크 단백질 용액을 1: 1의 부피비로 혼합하여, PEGDA의 최종 농도는 10%(w/v)가 되고, 재조합 실크 단백질 최종 농도는 10㎍/mL가 되도록 하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 다공성 크라이오젤 스캐폴드 제조하였다. A 20% (w/v) solution of PEGDA dissolved in phosphate buffered saline (PBS) and a 20 μg/mL concentration of recombinant silk protein solution were mixed in a volume ratio of 1:1, resulting in a final concentration of PEGDA of 10% (w/v). , and a porous cryogel scaffold was prepared in the same manner as in Example 1, except that the final concentration of the recombinant silk protein was 10 μg/mL.
실시예 3.Example 3.
인산염 완충 식염수(PBS)에 용해된 PEGDA 20%(w/v) 용액 및 200μg/mL 농도의 재조합 실크 단백질 용액을 1: 1의 부피비로 혼합하여, PEGDA의 최종 농도는 10%(w/v)가 되고, 재조합 실크 단백질 최종 농도는 100㎍/mL가 되도록 하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 다공성 크라이오젤 스캐폴드 제조하였다. A 20% (w/v) solution of PEGDA dissolved in phosphate-buffered saline (PBS) and a 200 μg/mL concentration of recombinant silk protein solution were mixed in a volume ratio of 1:1, resulting in a final concentration of PEGDA of 10% (w/v). A porous cryogel scaffold was prepared in the same manner as in Example 1, except that the recombinant silk protein final concentration was 100 μg/mL.
실시예 4.Example 4.
인산염 완충 식염수(PBS)에 용해된 PEGDA 20%(w/v) 용액 및 1000μg/mL 농도의 재조합 실크 단백질 용액을 1: 1의 부피비로 혼합하여, PEGDA의 최종 농도는 10%(w/v)가 되고, 재조합 실크 단백질 최종 농도는 500㎍/mL가 되도록 하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 다공성 크라이오젤 스캐폴드 제조하였다. A 20% (w/v) solution of PEGDA dissolved in phosphate-buffered saline (PBS) and a recombinant silk protein solution at a concentration of 1000 μg/mL were mixed in a volume ratio of 1:1, resulting in a final concentration of PEGDA of 10% (w/v). A porous cryogel scaffold was prepared in the same manner as in Example 1, except that the final concentration of the recombinant silk protein was 500 μg/mL.
실시예 5.Example 5.
인산염 완충 식염수(PBS)에 용해된 PEGDA 20%(w/v) 용액 및 2000μg/mL 농도의 재조합 실크 단백질 용액을 1: 1의 부피비로 혼합하여, PEGDA의 최종 농도는 10%(w/v)가 되고, 재조합 실크 단백질 농도는 1000㎍/mL가 되도록 하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 다공성 크라이오젤 스캐폴드 제조하였다. A 20% (w/v) solution of PEGDA dissolved in phosphate-buffered saline (PBS) and a recombinant silk protein solution at a concentration of 2000 μg/mL were mixed in a volume ratio of 1: 1 to obtain a final concentration of PEGDA of 10% (w/v). A porous cryogel scaffold was prepared in the same manner as in Example 1, except that the recombinant silk protein concentration was 1000 μg/mL.
비교예 1: 다공성 크라이오젤 스캐폴드 제조Comparative Example 1: Preparation of porous cryogel scaffolds
인산염 완충 식염수(PBS)과 인산염 완충 식염수(PBS)에 용해된 PEGDA 20%(w/v) 용액을 1:1의 부피 비율로 혼합하여 PEGDA의 최종 농도는 10%(w/v)가 되도록 하였다. 상기 재조합 실크 단백질을 혼합하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 다공성 크라이오젤 스캐폴드 제조하였다. Phosphate-buffered saline (PBS) and a 20% (w/v) solution of PEGDA dissolved in phosphate-buffered saline (PBS) were mixed in a volume ratio of 1:1 so that the final concentration of PEGDA was 10% (w/v). . A porous cryogel scaffold was prepared in the same manner as in Example 1, except that the recombinant silk protein was mixed.
실험예 3: 다공성 크라이오젤 스캐폴드의 물리적 특성 측정Experimental Example 3: Measurement of physical properties of porous cryogel scaffolds
1) 기공 측정1) pore measurement
SEM(Scanning Electron Microscopy)을 사용하여 크라이오젤 스캐폴드의 형태와 기공 크기를 분석하였다. 도 2는 비교예 1, 실시예 3, 및 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드의 SEM 이미지(X120)이다. 기존에 널리 사용되고 있는 비교예 1에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드의 평균기공 크기는 60 내지 150㎛였다. The shape and pore size of the cryogel scaffold were analyzed using scanning electron microscopy (SEM). 2 is an SEM image (X120) of the cryogel scaffolds prepared in Comparative Examples 1, 3, and 5. The average pore size of the cryogel scaffold prepared in Comparative Example 1, which is widely used in the past, was 60 to 150 μm.
재조합 실크 단백질을 포함하고 있는 실시예 3과 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드의 평균기공 크기도 60 내지 150㎛로 측정되어 비교예 2와 유사하였다. 또한 SEM 이미지를 통해 60 내지 150㎛ 크기의 수많은 기공(pore)를 형성하고 있는 것을 확인하였다. The average pore size of the cryogel scaffolds prepared in Examples 3 and 5 containing recombinant silk protein was also measured to be 60 to 150 μm, which was similar to Comparative Example 2. In addition, it was confirmed through the SEM image that numerous pores (pores) having a size of 60 to 150㎛ are formed.
따라서, 상기 재조합 실크 단백질을 포함하는 경우에도 PEGDA를 이용한 스캐폴드와 기공 크기에 있어서는 차이가 없는 것을 알 수 있었다.Therefore, it was found that there was no difference in pore size and the scaffold using PEGDA even when the recombinant silk protein was included.
2) 팽창률(swelling rate) 측정2) Measurement of swelling rate
종래 알려진 중량분석 방법에 따라 팽창률(swelling rate)을 측정하고, 하기 식으로 팽창를(Q)을 계산하였다. The swelling rate was measured according to a conventionally known gravimetric analysis method, and the swelling (Q) was calculated by the following formula.
도 3은 비교예 1, 실시예 3, 및 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드의 팽창률을 나타내는 그래프이다. 도 3을 참조하면 재조합 실크 단백질 농도는 1000μg/mL일때 가장 높은 팽창율을 나타내었다. 수분함유 전과 후의 무게를 비교하여 얻은 팽창율을 계산한 결과, 기존에 널리 사용되는 비교예 1의 PEGDA-cryogel이 약 15 정도로 하이드로젤(hydrogel)과 같이 높은 수분 함유능을 나타내는 것을 확인하였으며, PEGDA와 재조합 거미 실크 단백질을 혼합한 경우, 수분 함유능이 증가하는 것을 확인하였으며, 특히 실크 단백질 농도가 1000㎍/ml 인 경우, 이러한 성질이 더욱 향상되는 것을 확인하였다.3 is a graph showing the expansion rate of the cryogel scaffolds prepared in Comparative Examples 1, 3, and 5. Referring to FIG. 3 , the highest expansion rate was exhibited when the recombinant silk protein concentration was 1000 μg/mL. As a result of calculating the expansion rate obtained by comparing the weights before and after water content, it was confirmed that PEGDA-cryogel of Comparative Example 1, which is widely used, exhibited high water content like that of a hydrogel by about 15, and PEGDA and When the recombinant spider silk protein was mixed, it was confirmed that the water content was increased, and in particular, when the silk protein concentration was 1000 μg/ml, it was confirmed that this property was further improved.
3) 압축 강도 및 탄성 측정3) Compressive strength and elasticity measurement
인장압축시험기를 통하여 변형영역에서 변형률과 탄성재료의 응력을 측정하였다. The strain and the stress of the elastic material were measured in the deformation region through a tensile compression tester.
도 4는 비교예 1, 실시예 3, 및 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드의 압축강도를 나타낸 것이다. 비교예 1, 실시예 3, 및 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드 모두 18N까지의 Load에 대해 비슷한 경향의 압축강도를 보여주었다. 4 shows the compressive strength of the cryogel scaffolds prepared in Comparative Examples 1, 3, and 5. The cryogel scaffolds prepared in Comparative Example 1, Example 3, and Example 5 all showed a similar tendency of compressive strength for a load up to 18N.
따라서, 상기 재조합 실크 단백질을 포함하는 경우에도 PEGDA를 이용한 스캐폴드와 압축 강도에 있어서는 차이가 없는 것을 알 수 있었다.Therefore, it was found that there is no difference in compressive strength and the scaffold using PEGDA even when the recombinant silk protein is included.
또한 압축 강도를 이용하여 변곡점에서의 기울기 값을 구해 young's modulus 값을 계산하였다. 도 5는 비교예 1, 실시예 3, 및 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드의 영률(Young's modulus)을 나타낸 것이다. 영률(Young's modulus)은 고체 재료의 강성을 측정하는 역학적 특성으로, 단축(uniaxial) 변형 영역에서 선형 탄성 재료의 응력(단위 면적 당 힘)과 변형률 사이의 관계를 정의하는 탄성계수이다. In addition, the young's modulus value was calculated by obtaining the slope value at the inflection point using the compressive strength. 5 shows the Young's modulus of the cryogel scaffolds prepared in Comparative Examples 1, 3, and 5; Young's modulus is a mechanical property that measures the stiffness of a solid material. It is an elastic modulus that defines the relationship between stress (force per unit area) and strain of a linear elastic material in a uniaxial deformation region.
그 결과, 도 5에서 확인되는 바와 같이, 비교예 1, 실시예 3, 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드 모두 약 64~68kPa로 비슷한 정도의 영률을 가짐을 확인하였다. 따라서, 실시예 3과 실시예 5의 스캐폴드 역시 비교예 1과 마찬가지로 골분화 유도를 위한 적합한 물리적 특성을 가짐을 확인할 수 있었다. As a result, as shown in FIG. 5 , it was confirmed that the cryogel scaffolds prepared in Comparative Examples 1, 3, and 5 all had a similar Young's modulus of about 64 to 68 kPa. Therefore, it was confirmed that the scaffolds of Examples 3 and 5 also had suitable physical properties for inducing bone differentiation, as in Comparative Example 1.
다음으로, young’s modulus가 60~70 kPa 인 경우 골분화를 촉진할 수 있다는 보고가 있었기 때문에 상기 스캐폴드를 이용하여 지방 유래 줄기세포의 골분화 향상 효과를 확인하고 골이식재로 사용가능성을 확인하고자 하였다.Next, since there was a report that the young's modulus can promote bone differentiation when the modulus is 60~70 kPa, the scaffold was used to confirm the effect of improving osteodifferentiation of adipose-derived stem cells and to confirm their use as a bone graft material. .
실험예 4: 다공성 크라이오젤 스캐폴드의 골이식재로 효과 측정Experimental Example 4: Measurement of Effect of Porous Cryogel Scaffolds with Bone Grafts
1) 세포독성(Cytotoxicity testing)1) Cytotoxicity testing
Live/Dead viability kit를 사용하여 재조합 거미 실크 단백질 농도에 따른 세포 독성 테스트를 진행하였다. 비교예 1, 실시예 3, 및 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드에 지방 유래 줄기세포(hADSCs, human Adipose-Derived Stem cells) 약 50만개 정도를 시딩(Seedig)한 후 2일 후에 생존한 세포는 초록색, 죽은 세포는 빨간색으로 형광을 띄게 해주는 Live/dead assay를 진행하였다. A cytotoxicity test according to the concentration of recombinant spider silk protein was performed using the Live/Dead viability kit. About 500,000 adipose-derived stem cells (hADSCs, human Adipose-Derived Stem cells) were seeded on the cryogel scaffolds prepared in Comparative Examples 1, 3, and 5, and survived 2 days after seeding. Live/dead assay was performed to make cells fluoresce green and dead cells red.
도 6 및 도 7은 비교예 1, 실시예 2 내지 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드에 대한 세포독성 실험 결과이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 거미 실크 단백질을 포함하지 않는 비교예 1의 스캐폴드와 마찬가지로, 재조합 거미 실크 단백질의 농도가 1㎍/ml(미도시), 10㎍/ml 내지 100㎍/ml일때 생존율이 98% 이상으로 세포독성이 없는 것을 확인하였다. 이에 반하여 재조합 거미 실크 단백질의 농도가 500㎍/ml을 초과하는 경우 죽은 세포(빨간색)의 비율이 높았는데, 이는 거미 실크 단백질 자체의 세포독성이 아니고, 고분자량 단백질을 고농도로 녹이기 위해 사용한 유레아 용액(urea solution)으로 인해 세포독성이 발생하는 것으로 확인되었다.6 and 7 are cytotoxicity test results for the cryogel scaffolds prepared in Comparative Example 1, Examples 2 to 5. 6 and 7 , as in the scaffold of Comparative Example 1 not containing spider silk protein, the concentration of recombinant spider silk protein was 1 μg/ml (not shown), 10 μg/ml to 100 μg/ml. It was confirmed that there was no cytotoxicity with a survival rate of 98% or more. On the other hand, when the concentration of recombinant spider silk protein exceeded 500 μg/ml, the proportion of dead cells (red) was high. (urea solution) was confirmed to cause cytotoxicity.
2) 세포 부착 실험 (Cell adhesion assay)2) Cell adhesion assay
비교예 1, 실시예 3, 및 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드에 GFP-tag된 293T cell을 일정한 농도로 시딩(seeding)한 후 스캐폴드가 팽창되면서 세포가 잘 부착되는지 또는 균등하게 투과하여 위치(location)되는 지를 confocal microscopy를 사용하여 평가하였다. After seeding GFP-tagged 293T cells at a constant concentration on the cryogel scaffolds prepared in Comparative Examples 1, 3, and 5, as the scaffold expands, whether the cells adhere well or permeate evenly location was evaluated using confocal microscopy.
도 8은 비교예 1, 실시예 3, 및 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드의 세포부착 실험 결과이다. 그 결과, 비교예 1, 실시예 3, 및 실시예 5에서 제조된 스캐폴드 모두에서 세포가 잘 부착되며 고루 퍼져 분포하는 것을 confocal imaging을 통해 확인하였다.8 is a cell adhesion experiment result of the cryogel scaffolds prepared in Comparative Examples 1, 3, and 5. As a result, it was confirmed through confocal imaging that cells were well adhered and evenly distributed in all of the scaffolds prepared in Comparative Examples 1, 3, and 5.
따라서, 재조합 실크 단백질을 포함하는 실시예 3과 실시예 5의 스캐폴드 역시 비교예 1과 마찬가지로 세포의 부착에 효과적인 것을 알 수 있었다. Therefore, it was found that the scaffolds of Examples 3 and 5 containing the recombinant silk protein were also effective for cell adhesion as in Comparative Example 1.
3) 상처 치유 분석 (Wound healing assay)3) Wound healing assay
성장 인자(growth factor)와 상호작용 및 세포 생장에 미치는 영향을 확인하기 위하여 wound healing assay 및 RT-PCR을 진행하였다.Wound healing assay and RT-PCR were performed to confirm the interaction with growth factors and their effect on cell growth.
도 9는 재조합 실크 단백질과 성장 인자(growth factor)의 상호작용 및 세포 생장에 미치는 영향을 확인하기 위하여 wound healing assay를 진행하고 confocal microscopy를 사용하여 확인한 결과이다. 9 is a result of wound healing assay and confirmed using confocal microscopy in order to confirm the interaction between recombinant silk protein and growth factor and the effect on cell growth.
음성대조군(negative control)은 serum free 조건에서 DMEM(Dulbecco's modified Eagle's medium) 배지에서 세포를 배양한 것이고, 양성 대조군(positive control_DMEM+FBS)은 FBS를 포함하는 DMEM 배지에서 세포를 배양한 것이고, GF군(DMEM+growth factor)은 성장인자(growth factor)를 포함하는 DMEM 배지에서 세포를 배양한 것이고, Spider silk+GF군(DMEM+silk protein+GF)은 거미 실크 단백질과 성장인자를 포함하는 DMEM 배지에서 배양한 것이다. 실험에 사용된 성장인자는 TGF-beta, SCF, FGF-alpha, FGF-beta, IGF, VEGF, 및 KGF였다. The negative control group was cultured in DMEM (Dulbecco's modified Eagle's medium) medium under serum free conditions, and the positive control group (positive control_DMEM+FBS) was cultured in DMEM medium containing FBS, and the GF group (DMEM+growth factor) is cell culture in DMEM medium containing growth factor, and Spider silk+GF group (DMEM+silk protein+GF) is DMEM medium containing spider silk protein and growth factor. has been cultivated in Growth factors used in the experiment were TGF-beta, SCF, FGF-alpha, FGF-beta, IGF, VEGF, and KGF.
도 9에서 확인되는 바와 같이, 컨플루언트(confluent)하게 키운 세포에 일정한 넓이로 스크래치를 내고 2일 동안의 세포 재생을 확인한 결과, 재조합 거미 실크 단백질과 성장인자를 함께 처리한 Spider silk+GF군에서 일반 성장 배지(growth medium)에서 세포를 배양한 양성 대조군(positive control)과 유사한 정도로 세포가 빨리 재생되는 것을 확인하였다. 따라서, 재조합 실크 단백질은 상처 치유 또는 재생을 촉진하는 것을 알 수 있었다.As can be seen in FIG. 9 , as a result of scratching the cells grown confluently to a certain area and confirming cell regeneration for 2 days, the Spider silk+GF group treated with recombinant spider silk protein and growth factors It was confirmed that cells were rapidly regenerated to a similar extent to that of a positive control in which cells were cultured in a normal growth medium. Therefore, it was found that the recombinant silk protein promotes wound healing or regeneration.
도 10은 재조합 실크 단백질과 성장 인자(growth factor)의 상호작용 및 세포 생장에 미치는 영향을 확인하기 위하여 RT-PCR을 진행한 결과이다. 10 is a result of RT-PCR to confirm the interaction between recombinant silk protein and growth factor and the effect on cell growth.
음성대조군(negative control_serum free DMEM)은 serum free 조건에서 DMEM 배지에서 세포를 배양한 것이고, GF군(DMEM+growth factor)은 성장인자를 포함하는 DMEM 배지에서 세포를 배양한 것이고, Silk군(silk+DMEM)은 거미 실크 단백질과 DMEM 배지에서 세포를 배양한 것이고, silk_GF군(DMEM+silk protein+GF)은 거미 실크 단백질과 성장인자를 포함하는 DMEM 배지에서 세포를 배양한 것이다. 실험에 사용된 성장인자는 TGF-beta, SCF, FGF-alpha, FGF-beta, IGF, VEGF, KGF였다.The negative control group (negative control_serum free DMEM) was cultured in DMEM medium under serum free conditions, the GF group (DMEM+growth factor) was cultured in DMEM medium containing growth factors, and the Silk group (silk+) DMEM) is a culture of cells in a DMEM medium with spider silk protein, and the silk_GF group (DMEM+silk protein+GF) is a culture of cells in a DMEM medium containing spider silk protein and growth factors. Growth factors used in the experiment were TGF-beta, SCF, FGF-alpha, FGF-beta, IGF, VEGF, and KGF.
도 10에서 확인되는 바와 같이, RT-PCR 진행 결과 재조합 거미 실크 단백질과 성장인자를 모두 처리한 silk+GF군에서 vinculin, NF-kB 등의 발현이 증가하는 것을 확인하였다. 빈쿨린(Vinculin)은 인테그린 등의 세포접착와 액틴 세포 골격의 연결에 관여하는 것으로 알려져 있으며, NF-kB도 세포 생존에 관여하는 것으로 알려져 있다.As shown in FIG. 10 , as a result of RT-PCR, it was confirmed that the expression of vinculin, NF-kB, etc. was increased in the silk+GF group treated with both recombinant spider silk protein and growth factors. Vinculin is known to be involved in cell adhesion such as integrin and the connection of actin cytoskeleton, and NF-kB is also known to be involved in cell survival.
도 9 및 도 10의 결과를 통해 재조합 거미 실크 단백질이 세포의 분화 및 생장(proliferation)을 증가시키고 및 포컬 점착(focal adhesion)에 관여하는 단백질의 발현을 증가시키는 것을 확인하였다. From the results of FIGS. 9 and 10 , it was confirmed that the recombinant spider silk protein increased cell differentiation and growth (proliferation) and increased the expression of proteins involved in focal adhesion.
4) 골 분화능 평가(Alizarin red S staining)4) Bone differentiation capacity evaluation (Alizarin red S staining)
마지막으로 in vitro에서 골 분화능 향상을 확인하기 위하여, 비교예 1 및 실시예 3, 실시예 5에서 제조된 스캐폴드에 세포를 시딩(seeding)하고 Serum Free Medium(SF)와 골형성 인자인 BMP2(osteogenic factor)를 처리하고 2주 후에 Alizarin reds S staining을 진행하여 calcium deposition을 확인하였다.Finally, in order to confirm the improvement of bone differentiation ability in vitro, cells were seeded on the scaffolds prepared in Comparative Examples 1, 3, and 5, and Serum Free Medium (SF) and BMP2, an osteogenic factor ( Calcium deposition was confirmed by Alizarin reds S
도 11은 비교예 1, 실시예 3, 및 실시예 5에서 제조된 크라이오젤 스캐폴드에 대한 Alizarin red S staining 실험 결과이다. 그 결과 100㎍/ml의 거미 실크 단백질이 이 포함된 실시예 3의 스캐폴드에서 빨갛게 뭉친 calcium deposition spot이 다른 그룹에 비하여 많은 것을 확인하였다. 따라서, 재조합 거미 실크 단백질의 농도가 100㎍/ml인 경우 칼슘 증착 레벨이 높아 골분화 유도에 가장 효과적인 것을 확인하였다.11 is an Alizarin red S staining experiment result for the cryogel scaffolds prepared in Comparative Examples 1, 3, and 5. As a result, it was confirmed that red agglomerated calcium deposition spots in the scaffold of Example 3 containing 100 μg/ml spider silk protein were greater than in the other group. Therefore, it was confirmed that when the concentration of recombinant spider silk protein was 100 μg/ml, the calcium deposition level was high, so that it was most effective for inducing bone differentiation.
따라서, 재조합 실크 단백질을 포함하는 실시예 3의 스캐폴드에서 재조합 실크 단백질을 포함하지 않은 비교예 1의 스캐폴드에 비해 골분화능을 촉진하는 것을 알 수 있었다. Therefore, it was found that the scaffold of Example 3 including the recombinant silk protein promoted osteodifferentiation compared to the scaffold of Comparative Example 1 not including the recombinant silk protein.
이상에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the embodiments of the present invention, those of ordinary skill in the art can variously modify the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. and can be changed.
<110> Medicosbiotech Inc.
<120> Composition for bone tissue regeneration comprising recombinant
silk protein and porous scaffold comprising the same
<130> APP-2021-0287
<150> KR 10-2020-0139279
<151> 2020-10-26
<160> 1
<170> KoPatentIn 3.0
<210> 1
<211> 35
<212> PRT
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> spider silk peptide
<400> 1
Ser Gly Arg Gly Gly Leu Gly Gly Gln Gly Ala Gly Met Ala Ala Ala
1 5 10 15
Ala Ala Met Gly Gly Ala Gly Gln Gly Gly Tyr Gly Gly Leu Gly Ser
20 25 30
Gln Gly Thr
35
<110> Medicosbiotech Inc.
<120> Composition for bone tissue regeneration comprising recombinant
silk protein and porous scaffold comprising the same
<130> APP-2021-0287
<150> KR 10-2020-0139279
<151> 2020-10-26
<160> 1
<170> KoPatentIn 3.0
<210> 1
<211> 35
<212> PRT
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> spider silk peptide
<400> 1
Ser Gly Arg Gly Gly Leu Gly Gly Gln Gly Ala Gly Met
Claims (11)
상기 재조합 실크 단백질은 서열번호 1의 아미노산을 가지는 펩타이드가 8 내지 128번 반복되어 있는 것인, 골 조직 재생용 조성물.The method of claim 1,
In the recombinant silk protein, the peptide having the amino acid of SEQ ID NO: 1 is repeated 8 to 128 times, the composition for bone tissue regeneration.
상기 생체 친화성 고분자는 폴리에틸렌 옥시드(PEO), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(PEGDA), 콜라겐, 피브로넥틴, 케라틴, 알지네이트, 키토산, 키틴, 히알루론산, 펙틴, 폴리카프로락톤, 폴리락트산, 폴리글리콜산, 덱스트란, 및 폴리락트산-폴리글리콜산(PLA-PGA)로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 골 조직 재생용 조성물.The method of claim 1,
The biocompatible polymer is polyethylene oxide (PEO), polyethylene glycol (PEG), polyethylene glycol diacrylate (PEGDA), collagen, fibronectin, keratin, alginate, chitosan, chitin, hyaluronic acid, pectin, polycaprolactone, poly Lactic acid, polyglycolic acid, dextran, and polylactic acid-polyglycolic acid (PLA-PGA) will be selected from the group consisting of, a composition for bone tissue regeneration.
재조합 실크 단백질은 상기 조성물 내에 1㎍/mL 내지 1000㎍/mL의 농도로 포함된 것인, 골 조직 재생용 조성물The method of claim 1,
The recombinant silk protein is contained in the composition at a concentration of 1 μg/mL to 1000 μg/mL, a composition for bone tissue regeneration
상기 생체 친화성 고분자는 상기 조성물 내에 5%(w/v) 내지 20%(w/v)의 농도로 포함된 것인, 골 조직 재생용 조성물The method of claim 1,
The biocompatible polymer is contained in the composition in a concentration of 5% (w / v) to 20% (w / v), the composition for bone tissue regeneration
상기 스캐폴드의 평균 기공 크기는 60 내지 150 ㎛인 것인, 다공성 크라이오젤 스캐폴드.7. The method of claim 6,
The average pore size of the scaffold is 60 to 150 ㎛, the porous cryogel scaffold.
상기 혼합물을 냉동하는 단계; 및
상기 냉동된 혼합물을 동결 건조하여 기공을 형성하는 단계;
를 포함하는, 조직 재생용 다공성 스캐폴드의 제조방법.mixing a recombinant silk protein and a biocompatible polymer;
freezing the mixture; and
forming pores by freeze-drying the frozen mixture;
A method of manufacturing a porous scaffold for tissue regeneration, comprising a.
상기 냉동 단계는 -50 내지 -10℃에서 10 내지 50 시간 동안 수행되는, 다공성 스캐폴드의 제조방법.9. The method of claim 8,
The freezing step is performed at -50 to -10 °C for 10 to 50 hours, the method of manufacturing a porous scaffold.
상기 다공성 스캐폴드는 골 조직 또는 상처 재생용인 것인, 다공성 스캐폴드의 제조방법.9. The method of claim 8,
The porous scaffold is for bone tissue or wound regeneration, the method of manufacturing a porous scaffold.
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---|---|---|---|
KR1020200139279 | 2020-10-26 | ||
KR20200139279 | 2020-10-26 |
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---|---|
KR20220056140A true KR20220056140A (en) | 2022-05-04 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020210143632A KR20220056140A (en) | 2020-10-26 | 2021-10-26 | Composition for bone tissue regeneration comprising recombinant silk protein and porous scaffold comprising the same |
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KR (1) | KR20220056140A (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101380786B1 (en) | 2011-03-11 | 2014-04-04 | 포항공과대학교 산학협력단 | Recombinant silk protein derived from sea anemone, method for produing the same, and composition for preparing silk fiber comprising the same |
-
2021
- 2021-10-26 KR KR1020210143632A patent/KR20220056140A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101380786B1 (en) | 2011-03-11 | 2014-04-04 | 포항공과대학교 산학협력단 | Recombinant silk protein derived from sea anemone, method for produing the same, and composition for preparing silk fiber comprising the same |
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