KR20230169028A - Producing method of artificial skin and artificial skin - Google Patents

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KR20230169028A
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민대진
이성훈
배일홍
이태룡
김희진
임준우
정재현
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(주)아모레퍼시픽
숭실대학교산학협력단
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Abstract

섬유아세포, 콜라겐 및 콜라겐 젤 강도 조절제를 혼합하여 진피 모사층을 제조하는 단계; 상기 진피 모사층 위에 각질형성세포를 도포하는 단계; 및 배양하는 단계를 포함하고, 상기 진피 모사층은 제1 진피층 및 상기 제1 진피층의 상부에 위치하는 제2 진피층을 포함하고, 상기 제1 진피층은 콜라겐을 포함하고, 상기 제2 진피층은 섬유아세포를 포함하고, 상기 배양하는 단계는 공기에 노출된 디쉬에서 진행되면서, 칼슘 이온이 추가되는 단계이고, 상기 디쉬는 0.1% 내지 0.2% 젤라틴 혹은 0.1 mg/ml 내지 0.2 mg/ml 콜라겐 타입 IV으로 코팅된 인공피부 제조방법 및 이에 따라 제조된 인공피부를 제공한다.Preparing a dermal simulant layer by mixing fibroblasts, collagen, and a collagen gel strength regulator; Applying keratinocytes on the dermal simulant layer; And a step of culturing, wherein the dermal simulant layer includes a first dermal layer and a second dermal layer located on top of the first dermal layer, the first dermal layer includes collagen, and the second dermal layer includes fibroblasts. The culturing step is a step in which calcium ions are added while being performed in a dish exposed to air, and the dish is coated with 0.1% to 0.2% gelatin or 0.1 mg/ml to 0.2 mg/ml collagen type IV. Provided is a method for manufacturing artificial skin and artificial skin manufactured accordingly.

Description

인공피부 제조방법 및 인공피부 {PRODUCING METHOD OF ARTIFICIAL SKIN AND ARTIFICIAL SKIN}Artificial skin manufacturing method and artificial skin {PRODUCING METHOD OF ARTIFICIAL SKIN AND ARTIFICIAL SKIN}

본 기재는 인공피부용 콜라겐 젤 강도 조절제를 이용한 인공피부 제조방법 및 상기 제조방법에 따라 제조된 인공피부에 관한 것이다. This description relates to a method of manufacturing artificial skin using a collagen gel strength regulator for artificial skin and artificial skin manufactured according to the manufacturing method.

피부는 신체의 외부를 덮고 있는 기관으로 바깥쪽에서부터 표피, 진피 및 피하지방층의 세 개의 층으로 구성되어 있다. 표피는 중층 편평상피의 각질형성세포가 대부분을 차지하고 있다. 콜라겐 섬유와 탄력 섬유와 같은 기질 단백질로 이루어진 진피는 표피 아래에 위치하며, 진피에는 혈관, 신경, 땀샘 등이 있다. 피하지방층은 지방세포로 구성되어 있다. 피부는 상기와 같은 다양한 세포들과 구성물질들이 상호작용하여 그 형태를 유지하며 체온 조절과 외부 환경에 대한 장벽으로의 기능 등 다양한 기능을 나타낸다.The skin is an organ that covers the outside of the body and is composed of three layers from the outside: the epidermis, dermis, and subcutaneous fat. The epidermis is comprised mostly of keratinocytes of stratified squamous epithelium. The dermis, which is made up of matrix proteins such as collagen fibers and elastic fibers, is located under the epidermis, and contains blood vessels, nerves, and sweat glands. The subcutaneous fat layer is composed of fat cells. The skin maintains its shape by interacting with various cells and components as described above, and exhibits various functions such as regulating body temperature and functioning as a barrier to the external environment.

인공피부(artificial skin)는 피부세포와 피부 구성물질인 콜라겐, 엘라스틴 등을 이용하여 3차원적으로 상기와 같은 피부를 재구성한 것으로서, 살아있는 섬유아세포와 각질형성세포로 구성되어 실제 피부와 유사한 구조적, 기능적 특성을 나타내기 때문에 피부 모사체(skin equivalent 또는 reconstructed skin)라고도 불린다. 인공피부는 주로 피부와 탄력, 강도, 물질 투과 등에 있어 비슷한 물성을 나타내는 고분자 복합체로, 피부와 같은 생명현상을 나타내지 않는다는 점에서 차이점이 있다. 인공피부는 화상, 외상 등 손상을 입은 피부의 대체(영구생착형) 또는 재생(일시 피복형)을 위해 이용될 뿐만 아니라, 피부 생리연구, 피부 자극 평가, 피부 효능평가 등 다양한 영역에서 이용되고 있다.Artificial skin is a three-dimensional reconstruction of the skin described above using skin cells and skin components such as collagen and elastin. It is composed of living fibroblasts and keratinocytes and has a structure similar to real skin. Because it exhibits functional properties, it is also called skin equivalent or reconstructed skin. Artificial skin is mainly a polymer composite that exhibits similar physical properties to skin in terms of elasticity, strength, and material penetration, but is different in that it does not exhibit the same vital phenomena as skin. Artificial skin is not only used to replace (permanent engraftment type) or regenerate (temporary covering type) damaged skin such as burns or trauma, but is also used in various fields such as skin physiology research, skin irritation evaluation, and skin efficacy evaluation. .

우리 피부를 구성하는 진피층은 콜라겐 젤을 함유하고 있는데, 상기 콜란겐 젤의 강도에 따라 진피층의 강도가 달라지게 된다. 다양한 질환이나 노화 등의 이유로 피부의 강도는 변화되고 있는데, 피부의 강도를 모사한 새로운 인공피부를 제조할 수 있다면, 이를 개인맞춤형 인공피부로 응용하여, 노화 연구 플랫폼으로 사용할 수 있는 바, 질환이나 노화에 따른 피부 탄력 저하 문제를 획기적으로 개선시킬 수 있다.The dermal layer that makes up our skin contains collagen gel, and the strength of the dermal layer varies depending on the strength of the collagen gel. The strength of the skin is changing due to various diseases, aging, etc., and if it is possible to manufacture a new artificial skin that mimics the strength of the skin, it can be applied as personalized artificial skin and used as an aging research platform. It can dramatically improve the problem of loss of skin elasticity due to aging.

현재까지의 인공피부 모델의 변형은 주로 세포를 바꾸거나 특정한 물질을 첨가 또는 제거하는 세포생물학적인 방법들에 의존하고 있다. 이에 아직까지 조직 강도 등의 인공피부 모델의 물리적 특성을 변화시킬 수 있는 기술들은 보고되어 있지 않아 인공피부 모델을 다양하게 확장시키는 측면에서는 한계를 지니고 있다. 일 구현예에서는 특정 구조단위를 포함하는 폴리머를 이용하여 인공피부를 만드는데, 이는 콜라겐 젤의 강도를 직접적으로 조절할 수 있는 바, 인공피부 모델의 강도 조절을 통해 새로운 피부 모사 모델을 제조할 수 있다. Modifications of artificial skin models to date mainly rely on cell biological methods to change cells or add or remove specific substances. Accordingly, technologies that can change the physical characteristics of the artificial skin model, such as tissue strength, have not yet been reported, so there are limitations in expanding the artificial skin model in various ways. In one embodiment, artificial skin is made using a polymer containing a specific structural unit, which can directly control the strength of the collagen gel, and a new skin simulation model can be manufactured by adjusting the strength of the artificial skin model.

일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 구조단위를 포함하는 콜라겐 젤 강도 조절제를 제공한다.According to one embodiment, a collagen gel strength regulator comprising a structural unit represented by the following Chemical Formula 1 is provided.

[화학식 1][Formula 1]

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1은 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이고,R 1 is a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group,

L1은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기이고,L 1 is a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group,

m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 10000의 정수이다.m and n are each independently integers from 1 to 10000.

상기 화학식 1로 표시되는 구조단위는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.The structural unit represented by Formula 1 may satisfy Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

0 < n/(n+m) x 100 ≤ 50 < n/(n+m) x 100 ≤ 5

상기 콜라겐 젤 강도 조절제는 칼슘 이온을 더 포함할 수 있다.The collagen gel strength regulator may further include calcium ions.

상기 콜라겐 젤 강도 조절제는 10,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol의 중량평균분자량을 가질 수 있다.The collagen gel strength regulator may have a weight average molecular weight of 10,000 g/mol to 1,000,000 g/mol.

다른 일 구현예에 따르면, 섬유아세포, 콜라겐 및 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 콜라겐 젤 강도 조절제를 혼합하여 진피 모사층을 제조하는 단계; 상기 진피 모사층 위에 각질형성세포를 도포하는 단계; 및 배양하는 단계를 포함하는 인공피부 제조방법을 제공한다.According to another embodiment, preparing a dermal simulant layer by mixing fibroblasts, collagen, and the collagen gel strength regulator according to any one of claims 1 to 4; Applying keratinocytes on the dermal simulant layer; It provides a method for manufacturing artificial skin including the step of culturing.

상기 진피 모사층 위에 각질형성세포를 도포하는 단계는 상기 진피 모사층 위에 각질형성세포를 얹고 이틀 동안 배양하는 단계일 수 있다.The step of applying keratinocytes on the dermal simulant layer may be a step of placing the keratinocytes on the dermal simulant layer and culturing them for two days.

상기 배양하는 단계는 공기에 노출된 상태에서 진행될 수 있다.The culturing step may be performed while exposed to air.

또 다른 일 구현예는 상기 콜라겐 젤 강도 조절제를 포함하는 인공피부를 제공한다.Another embodiment provides artificial skin containing the collagen gel strength regulator.

또 다른 일 구현예는 상기 인공피부 제조방법에 따라 제조된 인공피부를 제공한다.Another embodiment provides artificial skin manufactured according to the artificial skin manufacturing method.

일 구현예에 따른 콜라겐 젤 강도 조절제는 특정 구조단위를 포함하는 폴리머를 포함하는데, 상기 폴리머가 콜라겐 용액에 첨가되어, 인공피부의 진피층을 구성하는 콜라겐 젤의 강도를 원하는 수준으로 다양하게 조절할 수 있다.The collagen gel strength regulator according to one embodiment includes a polymer containing a specific structural unit. When the polymer is added to a collagen solution, the strength of the collagen gel constituting the dermal layer of artificial skin can be adjusted to various desired levels. .

도 1은 일 구현예에 따른 콜라겐 젤 강도 조절제의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 인공피부 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 3 및 도 4는 각각 독립적으로 비교예 1 및 실시예 1에 따른 화합물의 NMR 데이터이다.
도 5는 일 구현예에 따른 콜라겐 젤 강도 조절에의 강도제어 기작을 보여주는 그림이다.
도 6 및 도 7은 각각 독립적으로 실시예 1 및 실시예 2에 따른 화합물의 파이렌 형광분석 데이터이다.
도 8 및 도 9는 각각 독립적으로 실시예 1 및 실시예 2에 따른 화합물의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 10은 일 구현예에 따른 콜라겐 젤 강도 조절제의 함량에 따른 콜라겐 젤 강도를 나타낸 그래프이다.
도 11은 콜라겐 젤 강도 조절제로 사용한 화합물의 종류에 따른 콜라겐 젤 강도를 나타낸 그래프이다.
도 12는 콜라겐 젤 강도 조절제의 함량에 따른 진피층 내부구조의 주사전자현미경(SEM) 사진(scale bar = 5㎛)이다.
도 13은 일 구현예에 따른 콜라겐 젤 강도 조절제의 첨가에 따른 섬유아 세포 거동 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14는 일 구현예에 따른 콜라겐 젤 강도 조절제를 첨가하여 제조한 인공피부 모델의 진피층과 표피층의 사진이다.
Figure 1 is a schematic diagram showing the structure of a collagen gel strength regulator according to one embodiment.
Figure 2 is a flowchart showing a method for manufacturing artificial skin according to one embodiment.
Figures 3 and 4 each independently show NMR data of compounds according to Comparative Example 1 and Example 1.
Figure 5 is a diagram showing the strength control mechanism for controlling the strength of collagen gel according to one embodiment.
Figures 6 and 7 each independently show pyrene fluorescence analysis data of the compounds according to Example 1 and Example 2.
Figures 8 and 9 are schematic diagrams each independently showing the structures of compounds according to Examples 1 and 2.
Figure 10 is a graph showing collagen gel strength according to the content of a collagen gel strength regulator according to one embodiment.
Figure 11 is a graph showing collagen gel strength according to the type of compound used as a collagen gel strength regulator.
Figure 12 is a scanning electron microscope (SEM) photograph (scale bar = 5㎛) of the internal structure of the dermis layer according to the content of the collagen gel strength regulator.
Figure 13 is a graph showing changes in fibroblast behavior according to the addition of a collagen gel strength regulator according to one embodiment.
Figure 14 is a photograph of the dermal layer and the epidermal layer of an artificial skin model manufactured by adding a collagen gel strength regulator according to one embodiment.

이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 명세서에서 "인공피부(artificial skin)"라 함은 피부세포와 피부 구성물질인 콜라겐 등을 이용하여 3차원적으로 피부를 재구성한 것을 의미하며, 실제 피부와 유사한 구조적, 기능적 특성을 나타내는 고분자 복합체라면 모두 포함하는 최광의의 의미이다.As used herein, “artificial skin” refers to a three-dimensional reconstruction of skin using skin cells and collagen, a skin component, and is a polymer complex that exhibits structural and functional characteristics similar to real skin. It has the broadest meaning that includes all ramen.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "알킬기"란 C1 내지 C20 알킬기를 의미하고, "알케닐기"란 C2 내지 C20 알케닐기를 의미하고, "사이클로알케닐기"란 C3 내지 C20 사이클로알케닐기를 의미하고, "헤테로사이클로알케닐기"란 C3 내지 C20 헤테로사이클로알케닐기를 의미하고, "아릴기"란 C6 내지 C20 아릴기를 의미하고, "아릴알킬기"란 C6 내지 C20 아릴알킬기를 의미하며, "알킬렌기"란 C1 내지 C20 알킬렌기를 의미하고, "아릴렌기"란 C6 내지 C20 아릴렌기를 의미하고, "알킬아릴렌기"란 C6 내지 C20 알킬아릴렌기를 의미하고, "헤테로아릴렌기"란 C3 내지 C20 헤테로아릴렌기를 의미하고, "알콕실렌기"란 C1 내지 C20 알콕실렌기를 의미한다.Unless otherwise specified herein, “alkyl group” refers to a C1 to C20 alkyl group, “alkenyl group” refers to a C2 to C20 alkenyl group, and “cycloalkenyl group” refers to a C3 to C20 cycloalkenyl group. , “Heterocycloalkenyl group” refers to a C3 to C20 heterocycloalkenyl group, “aryl group” refers to a C6 to C20 aryl group, “arylalkyl group” refers to a C6 to C20 arylalkyl group, and “alkylene group” means a C1 to C20 alkylene group, “arylene group” means a C6 to C20 arylene group, “alkylarylene group” means a C6 to C20 alkylarylene group, and “heteroarylene group” means a C3 to C20 heteroarylene group. It means an arylene group, and “alkoxylene group” means a C1 to C20 alkoxylene group.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "치환"이란 적어도 하나의 수소 원자가 할로겐 원자(F, Cl, Br, I), 히드록시기, C1 내지 C20의 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아민기, 이미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 에테르기, 카르복실기 또는 그것의 염, 술폰산기 또는 그것의 염, 인산이나 그것의 염, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C20 아릴기, C3 내지 C20 사이클로알킬기, C3 내지 C20 사이클로알케닐기, C3 내지 C20 사이클로알키닐기, C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬기, C2 내지 C20 헤테로사이클로알케닐기, C2 내지 C20 헤테로사이클로알키닐기, C3 내지 C20 헤테로아릴기 또는 이들의 조합의 치환기로 치환된 것을 의미한다.Unless otherwise specified herein, “substitution” means that at least one hydrogen atom is replaced by a halogen atom (F, Cl, Br, I), a hydroxy group, a C1 to C20 alkoxy group, a nitro group, a cyano group, an amine group, or an imino group. , azido group, amidino group, hydrazino group, hydrazono group, carbonyl group, carbamyl group, thiol group, ester group, ether group, carboxyl group or its salt, sulfonic acid group or its salt, phosphoric acid or its salt, C1 to C20 alkyl group, C2 to C20 alkenyl group, C2 to C20 alkynyl group, C6 to C20 aryl group, C3 to C20 cycloalkyl group, C3 to C20 cycloalkenyl group, C3 to C20 cycloalkynyl group, C2 to C20 heterocycloalkyl group, It means substituted with a substituent of a C2 to C20 heterocycloalkenyl group, a C2 to C20 heterocycloalkynyl group, a C3 to C20 heteroaryl group, or a combination thereof.

또한 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "헤테로"란, 화학식 내에 N, O, S 및 P 중 적어도 하나의 헤테로 원자가 적어도 하나 포함된 것을 의미한다.Also, unless otherwise specified herein, “hetero” means that at least one hetero atom of N, O, S, and P is included in the chemical formula.

또한 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "(메타)아크릴레이트"는 "아크릴레이트"와 "메타크릴레이트" 둘 다 가능함을 의미하며, "(메타)아크릴산"은 "아크릴산"과 "메타크릴산" 둘 다 가능함을 의미한다. Also, unless otherwise specified in the specification, “(meth)acrylate” means that both “acrylate” and “methacrylate” are possible, and “(meth)acrylic acid” means “acrylic acid” and “methacrylic acid.” "It means that both are possible.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "조합"이란 혼합 또는 공중합을 의미한다.Unless otherwise specified herein, “combination” means mixing or copolymerization.

본 명세서 내 화학식에서 별도의 정의가 없는 한, 화학결합이 그려져야 하는 위치에 화학결합이 그려져있지 않은 경우는 상기 위치에 수소 원자가 결합되어 있음을 의미한다.Unless otherwise defined in the chemical formulas in this specification, if a chemical bond is not drawn at a position where a chemical bond should be drawn, it means that a hydrogen atom is bonded at that position.

본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In this specification, when a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be “on” another part, this includes not only the case where it is “right on” the other part, but also the case where there is another part in between. Conversely, when a part is said to be “right on top” of another part, it means that there is no other part in between.

이하 일 구현예에 따른 콜라겐 젤 강도 조절제에 관하여 설명한다.Hereinafter, a collagen gel strength regulator according to one embodiment will be described.

일 구현예에 따른 콜라겐 젤 강도 조절제는 하기 화학식 1로 표시된다.The collagen gel strength regulator according to one embodiment is represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1은 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이고,R 1 is a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group,

L1은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기이고,L 1 is a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group,

m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 10000의 정수이다.m and n are each independently integers from 1 to 10000.

상기 화학식 1로 표시되는 콜라겐 젤 강도 조절제는 m 몰수의 반복단위와 n 몰수의 반복단위를 모두 포함하는데, 상기 n 몰수의 반복단위는 m 몰수의 반복단위와 달리, 그라프트된 아크릴레이트기를 포함하여, 콜라겐 섬유의 아미노기와 상기 그라프트된 아크릴레이트기 간 마이클 첨가반응이 일어나, 콜라겐 섬유에 상기 화학식 1로 표시되는 콜라겐 젤 강도 조절제가 부착될 수 있으며, 이로 인해 콜라겐 젤의 강도를 손쉽게 조절할 수 있다.The collagen gel strength regulator represented by Formula 1 includes both a repeating unit of m moles and a repeating unit of n moles. Unlike the repeating unit of m moles, the n moles of repeating units include a grafted acrylate group. , a Michael addition reaction occurs between the amino group of the collagen fiber and the grafted acrylate group, so that the collagen gel strength regulator represented by Formula 1 can be attached to the collagen fiber, and thus the strength of the collagen gel can be easily adjusted. .

예컨대, 상기 화학식 1로 표시되는 구조단위는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.For example, the structural unit represented by Formula 1 may satisfy Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

0 < n/(n+m) x 100 ≤ 50 < n/(n+m) x 100 ≤ 5

일 구현예에 따른 콜라겐 젤 강도 조절제는 상기 화학식 1로 표시되는 구조단위를 포함하는, 일종의 그라프트 공중합체로서, 상기 아크릴레이트기가 주사슬(backbone)에 얼마나 접목되는지에 따라, 원하는 효과, 즉 원하는 수준의 강도 조절이 가능한지가 달라질 수 있다. 즉, 그라프팅기인 아크릴레이트기의 주사슬에 대한 접목도(Degree of Substitution, DS)가 중요한데, 상기 화학식 1로 표시되는 구조단위는 (0 몰% 초과) 5 몰% 이하의 접목도를 가질 경우, 원하는 수준으로 강도를 제어할 수 있으며, 상기 접목도가 5 몰%를 초과할 경우, 자기조립 현상이 발생함(자기 조립체 형성)으로써, 이는 강도 제어력의 감소로 이어지게 된다. 상기 수학식 1은 상기 접목도를 표시하는 수식이다. 즉, 접목도란 상기 화학식 1로 표시되는 구조단위로만 이루어진 폴리머 단위 100개 당 상기 n 몰수의 반복단위의 개수를 의미한다.The collagen gel strength regulator according to one embodiment is a type of graft copolymer containing the structural unit represented by Formula 1, and depending on how much the acrylate group is grafted to the backbone, the desired effect is achieved, that is, the desired effect is achieved. The ability to adjust the level of intensity may vary. In other words, the degree of substitution (DS) of the acrylate group, which is a grafting group, to the main chain is important. When the structural unit represented by Formula 1 has a grafting degree of 5 mol% or less (more than 0 mol%), , the strength can be controlled to a desired level, and when the grafting degree exceeds 5 mol%, a self-assembly phenomenon occurs (self-assembly formation), which leads to a decrease in strength control. Equation 1 is a formula that represents the degree of grafting. In other words, the degree of grafting refers to the number of repeating units of n moles per 100 polymer units composed only of the structural units represented by Formula 1.

일반적으로, 콜라겐 섬유와의 마이클 첨가반응율을 높이고자 상기 주사슬에 그라프트된 아크릴레이트기의 개수가 많을수록 강도 제어력이 우수할 것으로 기대될 수 있으나, 접목도가 5 몰% 이하인 강도 조절제의 파이렌(pyrene) 형광분석 데이터인 도 6을 보면 I3/I1 값이 거의 일정하나, 접목도가 5 몰%를 초과하는 강도 조절제의 파이렌 형광분석 데이터인 도 7을 보면 I3/I1 값이 sigmoidal 형태로 증가함을 확인할 수 있다. 이는 파이렌 분자의 미세환경 극성도가 감소하기 때문이며, 아크릴레이트기를 많이 포함하고 있을수록 수용액 상에서 자기조립체의 형성이 시작됨을 보여주는 증거가 된다.In general, the greater the number of acrylate groups grafted to the main chain in order to increase the Michael addition reaction rate with collagen fibers, the better the strength control can be expected. However, pyrene as a strength regulator with a grafting degree of 5 mol% or less is used. Looking at FIG. 6, which is the (pyrene) fluorescence analysis data, the I 3 /I 1 value is almost constant, but looking at FIG. 7, which is the pyrene fluorescence analysis data of the strength regulator with a grafting degree exceeding 5 mol%, the I 3 /I 1 value is It can be seen that it increases in a sigmoidal form. This is because the polarity of the microenvironment of pyrene molecules decreases, and the more acrylate groups it contains, the more evidence shows that the formation of self-assembly begins in an aqueous solution.

다시 말해, 상기 아크릴레이트기는 약한 소수성을 가지기 때문에 접목도가 증가하게 되면, 수용액에서 상기 화학식 1로 표시되는 구조단위가 자기조립을 하기 때문에, 콜라겐 섬유와 마이클 첨가반응을 해야 할 아크릴레이트기가 자기조립체 내부에 갖혀버리게 되고, 결국 콜라겐 섬유와의 마이클 첨가반응율이 떨어지게 되어, 강도 제어력이 저하될 수 밖에 없다. 반면, 접목도가 5 몰% 이하로 낮은 경우, 후술하는 칼슘 이온 등의 첨가로 인한 ionic cross-linking을 할 수 있는 사이트(site)가 상대적으로 많아지게 되어, 물리적 이온가교능이 향상되고, 결국 강도 제어력이 우수할 수 밖에 없다. In other words, because the acrylate group has weak hydrophobicity, when the degree of grafting increases, the structural unit represented by Formula 1 self-assembles in an aqueous solution, so the acrylate group that must undergo a Michael addition reaction with collagen fibers self-assembles. It becomes trapped inside, and eventually the Michael addition reaction rate with collagen fibers decreases, inevitably leading to a decrease in strength control. On the other hand, when the degree of grafting is low, below 5 mol%, the number of sites capable of ionic cross-linking increases relatively due to the addition of calcium ions, etc., which will be described later, thereby improving the physical ionic cross-linking ability and ultimately strength. Control is bound to be excellent.

도 8 및 도 9는 모두 상기 화학식 1로 표시되는 구조단위를 나타내는 모식도인데, 접목도가 5 몰% 이하인 경우를 나타낸 도 8은 자기조립체를 형성하지 않으나, 접목도가 5 몰% 초과인 경우를 나타낸 도 9는 자기조립체를 형성함을 확인할 수 있다.Figures 8 and 9 are both schematic diagrams showing the structural unit represented by Formula 1. Figure 8 shows the case where the degree of grafting is 5 mol% or less, but does not form self-assembly, but shows the case where the degree of grafting is more than 5 mol%. Figure 9 shows that a self-assembly is formed.

상기 콜라겐 젤 강도 조절제는 칼슘 이온을 더 포함할 수 있다. 상기 칼슘 이온은 상기 화학식 1의 주사슬과의 이온 결합이 가능하여, 콜라겐 섬유들끼리의 추가적인 결합을 도와, 콜라겐 젤의 강도 제어를 도울 수 있다.The collagen gel strength regulator may further include calcium ions. The calcium ion is capable of ionic bonding with the main chain of Formula 1, helping additional bonding between collagen fibers and controlling the strength of the collagen gel.

도 5로부터, 콜라겐 섬유에 상기 화학식 1로 표시되는 구조단위를 포함하는 콜라겐 젤 강도 조절제가 도입되어 콜라겐 젤의 강도 제어가 일어나며, 여기에 칼슘 이온이 추가로 첨가됨으로써, 이온 가교를 통해 상기 콜라겐 젤의 강도 제어가 더욱 손 쉬어짐을 확인할 수 있다. 특히, 칼슘 이온은 인공 피부 제작 시 이온 가교를 통한 인공피부 내 진피층의 강도 제어에 탁월한 효과를 줄 수 있다.From Figure 5, the collagen gel strength regulator containing the structural unit represented by Formula 1 is introduced into collagen fibers to control the strength of the collagen gel, and calcium ions are additionally added to the collagen gel, thereby forming the collagen gel through ionic crosslinking. It can be seen that intensity control becomes easier. In particular, calcium ions can have an excellent effect in controlling the strength of the dermal layer in artificial skin through ionic cross-linking when manufacturing artificial skin.

상기 콜라겐 젤 강도 조절제는 10,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 상기 콜라겐 젤 강도 조절제의 분자량이 10,000 g/mol 미만이면 가교가 어렵고, 또한 1,000,000 g/mol 초과이면 점도 증가 및 용해도 저하의 문제가 발생할 수 있다.The collagen gel strength regulator may have a weight average molecular weight of 10,000 g/mol to 1,000,000 g/mol. If the molecular weight of the collagen gel strength regulator is less than 10,000 g/mol, crosslinking is difficult, and if it is more than 1,000,000 g/mol, problems of increased viscosity and decreased solubility may occur.

한편, 상기 콜라겐 젤 강도 조절제는 첨가제로 사용되지만, 섬유아세포 거동에 악영향을 주지 않는다. 즉, 일 구현예에 따른 콜라겐 젤 강도 조절제는 세포 친화적이다.Meanwhile, the collagen gel strength modifier is used as an additive, but does not adversely affect fibroblast behavior. That is, the collagen gel strength regulator according to one embodiment is cell-friendly.

다른 일 구현예는 섬유아세포, 콜라겐 및 상기 콜라겐 젤 강도 조절제를 혼합하여 진피 모사층을 제조하는 단계; 상기 진피 모사층 위에 각질형성세포를 도포하는 단계; 및 배양하는 단계를 포함하는 인공피부 제조방법을 제공한다.Another embodiment includes preparing a dermal simulant layer by mixing fibroblasts, collagen, and the collagen gel strength regulator; Applying keratinocytes on the dermal simulant layer; It provides a method for manufacturing artificial skin including the step of culturing.

도 2를 보면, 콜라겐 섬유 내 일 구현예에 따른 콜라겐 젤 강도 조절제에 의해 상기 콜라겐 섬유 내 아미노기와 상기 콜라겐 젤 강도 조절제 내 그라프팅기인 아크릴레이트기 간 마이클 첨가반응을 통해 콜라겐 섬유끼리 결합이 일어나고, 각질형성세포(keratinocyte) seeding 후 공기노출배양 과정 중에 추가되는 칼슘 이온으로 인해, 상기 콜라겐 젤 강도 조절제를 구성하는 주사슬과 상기 칼슘 이온 간 이온 결합으로 인해, 콜라겐 섬유들끼리 추가적 결합이 일어남으로써, 인공피부가 제조됨을 모식적으로 확인할 수 있다.Referring to Figure 2, the collagen gel strength regulator according to one embodiment in the collagen fiber causes bonding between collagen fibers through a Michael addition reaction between the amino group in the collagen fiber and the acrylate group, which is a grafting group in the collagen gel strength regulator, Due to the calcium ions added during the air exposure culture process after keratinocyte seeding, additional bonding occurs between collagen fibers due to ionic bonding between the main chain constituting the collagen gel strength regulator and the calcium ions, It can be schematically confirmed that artificial skin is manufactured.

진피(dermis)는 연결 조직으로 이루어진 표피 밑의 피부 층으로, 완충작용을 하여 신체를 압력과 장력(stress and strain)으로부터 보호한다. 진피는 기저막(basement membrane)을 통해 표피와 단단히 연결되어 있다. 진피는 그 구조에 내재해 있는 혈관, 신경 등의 다양한 부속물들을 지지해주는 기질을 공급한다. The dermis is a layer of skin beneath the epidermis made of connective tissue that acts as a cushioning agent to protect the body from stress and strain. The dermis is tightly connected to the epidermis through the basement membrane. The dermis supplies a matrix that supports various appendages, such as blood vessels and nerves, inherent in the structure.

상기 진피 모사층은 실제 피부와의 인체 상관성의 관점에서 섬유아세포 및 콜라겐을 혼합한 재료를 사용하여 형성한다. 상기 진피 모사층은 1층 또는 2층 이상으로 구성할 수 있으며, 예컨대 포함할 수 있으며, 콜라겐을 함유하는 제1 진피층 및 섬유아세포를 함유하는 제2 진피층으로 나누어 구성될 수도 있고, 콜라겐 및 섬유아세포를 함유하는 단일의 진피 모사층으로 구성될 수도 있다. 이 경우 인공피부의 진피 수축 현상을 더 완화할 수 있다.The dermal replica layer is formed using a material mixed with fibroblasts and collagen from the viewpoint of human body correlation with actual skin. The dermal simulant layer may be comprised of one or two or more layers, for example, and may be divided into a first dermal layer containing collagen and a second dermal layer containing fibroblasts, and collagen and fibroblasts. It may be composed of a single dermal simulant layer containing. In this case, the contraction of the dermis of artificial skin can be further alleviated.

상기 제1 진피층은 콜라겐을 함유할 수 있으며, 엘라스틴(Elastin), 키토산(Chitosan), 글리코사미노글루칸(GAGs; glycosaminoglycans), 히알루론산(HA; hyaluronic acid)과 같은 진피를 구성하는 세포외기질(extracellular matrix)을 더 함유할 수 있다.The first dermal layer may contain collagen, and the extracellular matrix that constitutes the dermis, such as elastin, chitosan, glycosaminoglycans (GAGs), and hyaluronic acid (HA). It may contain more extracellular matrix.

상기 제2 진피층은 상기 제1 진피층의 상부에 위치할 수 있으며, 섬유아세포를 함유하고, 엘라스틴(Elastin), 키토산(Chitosan), 글리코사미노글루칸(GAGs; glycosaminoglycans), 히알루론산(HA; hyaluronic acid)과 같은 진피를 구성하는 세포외기질(extracellular matrix)을 더 함유할 수 있다.The second dermal layer may be located on top of the first dermal layer, contains fibroblasts, and contains elastin, chitosan, glycosaminoglycans (GAGs), and hyaluronic acid (HA). ) may further contain extracellular matrix that constitutes the dermis.

상기 단일의 진피 모사층은 콜라겐 및 섬유아세포를 함유할 수 있으며, 상기 콜라겐 및 섬유아세포는 전술한 바와 같다.The single dermal simulant layer may contain collagen and fibroblasts, the collagen and fibroblasts being as described above.

사용되는 콜라겐은 소 기원, 레트 꼬리로부터 또는 어류로부터, 또는 천연 콜라겐 또는 유전 공학에 의해 생성된 콜라겐 중 임의의 다른 기원의 콜라겐일 수 있는데, 이는 섬유아세포의 존재 하에서 수축할 수 있다. The collagen used may be collagen of bovine origin, from rat tail or from fish, or of any other origin, either natural collagen or collagen produced by genetic engineering, which is capable of contracting in the presence of fibroblasts.

진피 모사층의 두께는 일반적으로 0.05 cm 이상, 특히 대략 0.05 cm 내지 2 cm 이지만, 본 발명에 따른 인공피부의 유리한 특성에 손상을 주지 않는 한 증가 또는 감소될 수 있다. The thickness of the dermal replica layer is generally at least 0.05 cm, especially approximately 0.05 cm to 2 cm, but can be increased or decreased without impairing the advantageous properties of the artificial skin according to the invention.

상기 섬유아세포 및 콜라겐을 혼합한 재료를 사용하여 진피 모사층을 제작한 후 예컨대 약 5일 내지 9일, 약 6일 내지 약 8일, 또는 약 7일간 배양할 수 있다. After producing a dermal simulant layer using a mixture of fibroblasts and collagen, it can be cultured for, for example, about 5 to 9 days, about 6 to about 8 days, or about 7 days.

진피 모사층이 형성되면 그 위에 각질형성세포를 적용한 후 배양하는 단계를 거친다. 즉, 상기 진피 모사층 위에 각질형성세포를 도포하는 단계는 상기 진피 모사층 위에 각질형성세포를 얹고 이틀 동안 배양하는 단계일 수 있다.Once the dermal simulant layer is formed, keratinocytes are applied on top of it and then cultured. That is, the step of applying keratinocytes on the dermal simulant layer may be a step of placing the keratinocytes on the dermal simulant layer and culturing them for two days.

상기 각질형성세포(keratinocyte)는 표피층 세포의 약 80% 내지 90%를 구성하며 표피층의 가장 깊은 층인 기저층에서의 유사분열을 통해 형성된 후 피부 표면을 향해 상층으로 올라온다.The keratinocytes make up about 80% to 90% of the cells of the epidermis and are formed through mitosis in the basal layer, the deepest layer of the epidermis, and then rise to the upper layer toward the skin surface.

상기 각질형성세포를 적용한 후 배양하는 단계는 인공피부의 표피 모사층을 형성하기 위한 첫번째 단계로서, 여기서 사용되는 각질형성세포는 예컨대 인간으로부터 유래한 각질형성세포일 수 있다. 상기 각질형성세포는 상용되는 어떠한 각질세포라도 사용될 수 있으며, 인간으로부터 직접 분리 또는 분리된 후 배양된 각질형성세포뿐만 아니라 다른 세포로부터 유도된 각질형성세포도 사용 가능하다. 상업적으로 입수 가능한 인간 각질형성세포로는 Lonza 에서 제공하는 NHEK-Neo, Pooled(Neonatal Normal Human Epidermal Keratinocytes, Pooled: 제품번호 00192906, 조직 취득 번호 P867, 백인들), NHEK-Neo(제품번호 00192907, 조직 취득 번호: 20647, 백인), NHEK-Adult(제품번호 00192627, 조직 취득 번호: 21155, 백인), NHEK-Neo(제품번호 00192907, 조직 취득 번호: 18080, 흑인)를 들 수 있다. 그리고 Thermo Fisher에서 제공하는 HEKn (Human Epidermal keratinocytes, neonatal: 제품번호 C0015C, 조직 취득 번호 1781129, 백인), HEKn(제품번호 C0015C, 조직 취득 번호 1803827, 흑인)을 들 수 있다. 각질형성세포가 기저막(base membrane)에 붙어서 증식하는 성질을 유지하기 위해서, 디쉬는 0.1% 내지 0.2% 젤라틴 혹은 0.1 mg/ml 내지 0.2 mg/ml 콜라겐 타입 IV으로 코팅해서 사용하는 것이 바람직하다. 상기 세포는 35℃ 내지 37℃, 5% 내지 10% CO2 인큐베이터에서 배양될 수 있으며 약 70% 내지 80% 의 밀도가 되었을 때 계대 배양을 할 수 있다. The step of culturing the keratinocytes after applying them is the first step in forming the epidermal simulant layer of artificial skin. The keratinocytes used here may be, for example, keratinocytes derived from humans. The keratinocytes can be any commercially available keratinocytes, and keratinocytes derived from other cells as well as keratinocytes directly isolated from humans or cultured after isolation can also be used. Commercially available human keratinocytes include NHEK-Neo, Pooled (Neonatal Normal Human Epidermal Keratinocytes, Pooled: product number 00192906, tissue acquisition number P867, Caucasians), NHEK-Neo (product number 00192907, tissue) provided by Lonza. Acquisition number: 20647, white), NHEK-Adult (product number 00192627, tissue acquisition number: 21155, white), and NHEK-Neo (product number 00192907, tissue acquisition number: 18080, black). And HEKn (Human Epidermal keratinocytes, neonatal: product number C0015C, tissue accession number 1781129, white) and HEKn (product number C0015C, tissue accession number 1803827, black) provided by Thermo Fisher. In order to maintain the property of keratinocytes to adhere to and proliferate on the basement membrane, it is preferable to use dishes coated with 0.1% to 0.2% gelatin or 0.1 mg/ml to 0.2 mg/ml collagen type IV. The cells can be cultured in an incubator at 35°C to 37°C and 5% to 10% CO 2 and can be subcultured when the density reaches about 70% to 80%.

상기 각질형성세포는 예컨대 시딩(seeding)에 의해 상기 진피 모사층 위에 적용될 수 있으며, 배양 기간은 예컨대 1일 내지 4일, 1일 내지 3일, 또는 1일 내지 2일일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The keratinocytes may be applied on the dermal simulant layer, for example, by seeding, and the culture period may be, for example, 1 to 4 days, 1 to 3 days, or 1 to 2 days, but is not limited thereto. .

상기 각질형성세포의 적용 및 배양 단계를 거친 후 표피층형성 배지에서 배양하는 단계를 거친다.After going through the application and culturing steps of the keratinocytes, a step of culturing them in an epidermal layer formation medium is performed.

여기서, "표피층형성 배지"는 인공피부에서 표피층을 형성하기 위한 배지를 의미하며, 이는 당업계에 공지된 어떤 배지라도 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 표피층형성 배지는 소 뇌하수체 추출물(Bovine Pitutary Extract, BPE), 인간의 상피성장인자(human epidermal growth factor, hEGF), 소의 인슐린(bovine Insulin), 하이드로코티손(Hydrocortisone), 및 젠타마이신 및 암포테리신-B(GA-1000 (Gentamicin, Amphotericin-B))을 포함하는 배지일 수 있다. 또한, 상기 성분에 에피네프린(Epinephrine) 및 트랜스페린(Transferrin)이 더 포함된 배지일 수도 있다. 상기 배지의 상업적 입수 가능한 예로서 CnT-3D-PR (CellnTEC사)를 들 수 있다. Here, “epidermal layer formation medium” refers to a medium for forming the epidermal layer in artificial skin, and any medium known in the art can be used. For example, the epidermal layer formation medium contains bovine pitutary extract (BPE), human epidermal growth factor (hEGF), bovine insulin, hydrocortisone, gentamicin, and ampholyte. It may be a medium containing terisin-B (GA-1000 (Gentamicin, Amphotericin-B)). Additionally, the medium may further contain epinephrine and transferrin. A commercially available example of the medium is CnT-3D-PR (CellnTEC).

상기 표피층형성 배지는 상기 진피 모사층의 아래 면에 닿도록 설치되고, 상기 표피층형성 배지가 설치된 면의 반대 면은 공기에 노출되도록 할 수 있다. 이러한 표피층형성 배지에서의 배양은 예컨대 3일 내지 20일, 4일 내지 18일, 5일 내지 15일, 또는 7일 내지 14일의 기간 동안 진행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The epidermal layer formation medium may be installed to contact the lower surface of the dermis replica layer, and the surface opposite to the surface on which the epidermal layer formation medium is installed may be exposed to air. Cultivation in this epidermal layer formation medium may be carried out for, for example, 3 to 20 days, 4 to 18 days, 5 to 15 days, or 7 to 14 days, but is not limited thereto.

상기 단계들을 거침에 따라 진피 모사층 위에 표피 모사층이 형성된 인공피부 구조를 얻을 수 있다.By going through the above steps, it is possible to obtain an artificial skin structure in which an epidermal simulant layer is formed on a dermis simulant layer.

상술한 방법에 따라 인공피부를 제조할 경우, 인간의 실제 피부에서 발견되는 것과 실질적으로 유사한 인공피부 모델을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 상기 콜라겐 젤 강도 조절제에 의해 인공피부의 강도를 원하는 수준으로 제어할 수 있다. When manufacturing artificial skin according to the above-described method, not only can an artificial skin model substantially similar to that found in real human skin be obtained, but also the strength of the artificial skin can be controlled to a desired level by the collagen gel strength regulator. You can.

즉, 종래의 가교제나 조절제를 전혀 사용하지 않고서도, 원하는 수준의 강도 제어가 가능하며, 섬유아세포의 거동에 악영향을 주지 않는 인공피부 모델을 구현할 수 있다.In other words, it is possible to control the strength to the desired level without using any conventional cross-linking agents or regulators, and to implement an artificial skin model that does not adversely affect the behavior of fibroblasts.

또 다른 구현예에 따르면, 전술한 콜라겐 젤 강도 조절제를 포함하는 인공피부를 제공한다.According to another embodiment, artificial skin containing the above-described collagen gel strength regulator is provided.

또 다른 일 구현예에 따르면, 전술한 제조방법에 따라 제조된 인공피부를 제공한다. According to another embodiment, artificial skin manufactured according to the above-described manufacturing method is provided.

이하 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the above-described invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and do not limit the scope of the present invention.

콜라겐 젤 강도 조절제 합성Collagen gel strength regulator synthesis

실시예 1Example 1

알긴산(Alginic acid sodium salt, Sigma)를 pH 6.4인 0.1 M 2-(N-모르폴리노) 에탄설폰산(2-(N-morpholino) ethanesulfonic acid, MES, Sigma) 완충용액에 1.0%(w/v)으로 첨가하고 교반하면서 30~40℃ 에서 충분히 용해하였다. 완전 용해되면 상온, 질소 대기 하에서 1-하이드록시벤조트리아졸(1-hydroxybenzotriazole, HOBt, Sigma), 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide, EDC, Sigma), 2-아미노에틸 메타크릴레이트(2-aminoethyl methacrylate, AEMA, Sigma)를 천천히 첨가하고 18시간 동안 교반하면서 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 반응용액을 증류수로 3일간 투석(dialysis)해 준 후 동결건조하여 메타크릴레이트가 접목된 하기 화학식 E-1로 표시되는 분자를 얻었다. 합성한 분자는 D2O에 녹여 400 MHz에서 1H-NMR(Avance II, Bruker Biospin)로 구조를 분석하여, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 상기 합성 분자의 접목도(DS)는 수산화나트륨(sodium hydroxide, NaOH, Sigma)으로 적정(titration)하여 반응하지 않은 COOH 관능기(free carboxylate groups)를 측정하여 계산(5 몰%)하였다.Alginic acid (Alginic acid sodium salt, Sigma) was added at 1.0% (w/w/%) in 0.1 M 2-(N-morpholino) ethanesulfonic acid (2-(N-morpholino) ethanesulfonic acid, MES, Sigma) buffer solution at pH 6.4. v) and sufficiently dissolved at 30-40°C while stirring. Once completely dissolved, 1-hydroxybenzotriazole (HOBt, Sigma), 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (1-ethyl-3-(3) -dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC, Sigma) and 2-aminoethyl methacrylate (AEMA, Sigma) were slowly added and reacted with stirring for 18 hours. After the reaction was completed, the reaction solution was dialyzed with distilled water for 3 days and then freeze-dried to obtain a molecule represented by the following formula E-1 to which methacrylate was grafted. The synthesized molecule was dissolved in D 2 O and its structure was analyzed by 1 H-NMR (Avance II, Bruker Biospin) at 400 MHz, and the results are shown in Figure 4. The degree of grafting (DS) of the synthetic molecule was calculated (5 mol%) by measuring unreacted COOH functional groups (free carboxylate groups) by titration with sodium hydroxide (NaOH, Sigma).

[화학식 E-1][Formula E-1]

실시예 2Example 2

접목도가 7 몰%가 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여, 상기 화학식 E-1로 표시되는 분자를 얻었다.The molecule represented by the formula E-1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the grafting degree was set to 7 mol%.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1에서 사용한 알긴산Alginic acid used in Example 1

평가 1: 구조 분석Assessment 1: Structural Analysis

실시예 1 및 비교예 1에 따른 분자의 D2O에서의 1H-NMR 스펙트럼을 도 3 및 도 4에 나타내었다. 1 H-NMR spectra in D 2 O of the molecules according to Example 1 and Comparative Example 1 are shown in Figures 3 and 4.

도 3(비교예 1)과 달리, 도 4(실시예 1)는 여러 개의 다른 피크를 가짐을 확인할 수 있으며, 이로 인해 콜라겐 젤의 강도 제어가 가능해질 수 있음을 유추해볼 수 있다.Unlike Figure 3 (Comparative Example 1), Figure 4 (Example 1) can be seen to have several different peaks, and it can be inferred that this makes it possible to control the strength of the collagen gel.

평가 2: 접목도에 따른 변화Evaluation 2: Changes according to degree of grafting

실시예 1 및 실시예 2에 따른 합성 분자에 대한 파이렌(pyrene) 형광분석을 하여, 그 결과를 도 5 및 도 6에 나타내었다.Pyrene fluorescence analysis was performed on the synthetic molecules according to Examples 1 and 2, and the results are shown in Figures 5 and 6.

도 5 및 도 6으로부터, 접목도가 낮은 실시예 1의 경우, I3/I1 값이 거의 일정하지만, 접목도가 높은 실시예 2의 경우, I3/I1 값이 sigmodal 형태로 증가함을 알 수 있으며, 이는 pyrene 분자의 미세환경 극성도가 감소하기 때문이며, 아크릴레이트기를 많이 포함하고 있는 실시예 2의 경우, 수용액상에서 자기조립체가 형성되었음을 유추할 수 있다. 즉, 실시예 1과 달리, 실시예 2의 경우, 아크릴레이트기가 자기조립체 내부에 갖혀버려, 콜라겐 섬유와 마이클 첨가반응을 하지 못할 것임을 유추할 수 있다.From Figures 5 and 6, in the case of Example 1 with a low grafting degree, the I 3 /I 1 value is almost constant, but in the case of Example 2 with a high grafting degree, the I 3 /I 1 value increases in a sigmodal form. It can be seen that this is because the microenvironment polarity of pyrene molecules decreases, and in the case of Example 2, which contains a lot of acrylate groups, it can be inferred that self-assembly was formed in the aqueous solution. That is, unlike Example 1, in Example 2, it can be inferred that the acrylate group is trapped inside the self-assembly, so that Michael addition reaction with collagen fibers will not occur.

평가 3: 콜라겐 젤의 강도 변화Evaluation 3: Change in strength of collagen gel

(1) 인공피부 진피 강도 조절 효과를 확인하기 위해 합성한 분자(실시예 1)를 첨가하여 인공피부 진피를 제조하였다. 진피 혼합물은 콜라겐 용액(Type I, 6 mg/ml, Advaced BioMatrix)과 P buffer(NaOH, NaHCO3, HEPES in distilled water)와 R buffer(Dulbecco’s Modified Eagle Medium powder, Ham’s F-12 Nutrient Mxiture, Antibiotic-Antimycotic in DI water), 5N NaOH 용액을 8 : 1 : 1 : 0.05 의 비율로 제조하였다. 합성 분자(실시예 1)는 phosphate buffer saline(PBS)에 3%의 농도로 용액을 제조하고 진피 혼합물에 다양항 농도로 첨가했다. 피부섬유아세포(Human dermal fibroblasts, neonatal, Invitrogen)는 75 cm2 flask에서 media 106(Gibco)에 low serum growth supplement(LSGS, 50x, Gibco)와 1% penicillin-streptomycin (P/S, 100X, Biowest)를 첨가한 배양액을 사용하여 37℃, 5% CO2 환경에서 배양하였다. 배양한 피부섬유아세포를 한 well당 5×104 개씩 봉입(encapsulation)될 수 있도록 진피 혼합물에 첨가했다. 진피 혼합물은 48well plate에 500 μL씩 넣고 37℃ 인큐베이터에서 1시간 동안 겔화하여 인공피부 진피를 제조했다. 제조 후 48시간 정도 세포 안정 및 콜라겐과 합성 분자(실시예 1)의 acrylate 간의 마이클 첨가 반응을 유도하였다. 합성 분자의 겔화를 유도하기 위해 5mM의 칼슘 이온이 첨가된 배양액으로 교체한 후 12시간 이후 기존의 배양액으로 교체하여 배양했고, 그 결과를 도 10에 나타내었다.(1) To confirm the effect of controlling the strength of the artificial skin dermis, an artificial skin dermis was prepared by adding a synthesized molecule (Example 1). The dermal mixture consisted of collagen solution (Type I, 6 mg/ml, Advaced BioMatrix), P buffer (NaOH, NaHCO 3 , HEPES in distilled water), and R buffer (Dulbecco's Modified Eagle Medium powder, Ham's F-12 Nutrient Mxiture, Antibiotic- Antimycotic in DI water), 5N NaOH solution was prepared at a ratio of 8:1:1:0.05. The synthetic molecule (Example 1) was prepared in a solution of 3% concentration in phosphate buffer saline (PBS) and added to the dermal mixture at various concentrations. Human dermal fibroblasts (neonatal, Invitrogen) were grown in a 75 cm 2 flask in media 106 (Gibco) with low serum growth supplement (LSGS, 50x, Gibco) and 1% penicillin-streptomycin (P/S, 100X, Biowest). was cultured in an environment of 37°C and 5% CO 2 using the culture medium added. Cultured skin fibroblasts were added to the dermal mixture to encapsulate 5 × 10 cells per well. 500 μL of the dermis mixture was placed in a 48-well plate and gelled for 1 hour in an incubator at 37°C to prepare artificial skin dermis. Cell stability and Michael addition reaction between collagen and acrylate of the synthetic molecule (Example 1) were induced for about 48 hours after preparation. To induce gelation of the synthetic molecule, the culture medium was replaced with 5mM calcium ions, and after 12 hours, the culture medium was replaced with the existing culture medium, and the results are shown in Figure 10.

도 10에서 보는 바와 같이, 합성 분자를 첨가하지 않은 경우보다, 합성 분자를 첨가한 경우, 그리고 합성 분자의 함량이 많아질수록 콜라겐 젤의 강도가 높아짐을 확인할 수 있다. 즉, 일 구현예에 따른 콜라겐 젤 강도 조절제는 콜라겐 젤의 강도를 제어할 수 있음을 확인할 수 있다.As shown in Figure 10, it can be seen that the strength of the collagen gel increases when synthetic molecules are added and as the content of synthetic molecules increases, compared to when synthetic molecules are not added. That is, it can be confirmed that the collagen gel strength regulator according to one embodiment can control the strength of the collagen gel.

(2) 합성 분자(실시예 1)이 도입된 인공피부 진피의 강도를 측정하기 위해 세포를 첨가하지 않은 인공피부 진피를 제조하였다. 동일한 배양과정을 거친 후 제조 6일차에 제조한 인공피부 진피의 강도를 만능재료시험기(universal testing machine, UTM, DrTech) 장치를 이용하여 수행하였다. 제조한 인공피부 진피를 48well plate에서 제거하지 않고 강도를 측정하기 위해 Load cell guide를 설치하여 측정하였다. 만능재료시험기의 설정 값은 측정거리 시험비율 10%, 시험 속도 0.5 mm/min, 하중 범위는 1.0 kgf로 동일하게 적용하였다. 압축 강도 측정에서 단위 면적은 Load cell guide의 Tip의 크기인 7 mm로 설정하였다. 결과는 도 11에 나타내었다.(2) To measure the strength of the artificial skin dermis into which synthetic molecules (Example 1) were introduced, artificial skin dermis without cells was prepared. After going through the same culture process, the strength of the artificial skin dermis manufactured on the 6th day of production was tested using a universal testing machine (UTM, DrTech) device. The strength of the manufactured artificial skin dermis was measured by installing a load cell guide to measure the strength without removing it from the 48-well plate. The settings of the universal material testing machine were the same as the measurement distance test ratio of 10%, test speed of 0.5 mm/min, and load range of 1.0 kgf. In measuring compressive strength, the unit area was set to 7 mm, which is the size of the tip of the load cell guide. The results are shown in Figure 11.

도 11로부터, 아크릴레이트기가 그라프트되지 않을 경우, 콜라겐 젤 강도 증가 효과가 없음을 확인할 수 있다.From Figure 11, it can be seen that when the acrylate group is not grafted, there is no effect of increasing collagen gel strength.

(3) 합성 분자(실시예 1)를 사용하지 않은 경우의 콜라겐 젤, 합성 분자(실시예 1)의 함량을 달리(0.6 mg, 1.2mg, 2.4mg)하여 사용한 경우의 콜라겐 젤의 가교도와 내부 구조 변화를 확인하기 위해 사진촬영을 하였고, 그 결과를 도 12에 나타내었다. (합성 분자가 도입된 인공피부 진피의 내부 구조(microstructure)는 주사전자현미경(FE-Scanning electron microscope, SIGMA, Carl Ziess)을 이용하여 관찰하였다. 관찰할 인공피부 진피는 동결건조하고 백금 코팅하였다.)(3) Cross-linking degree and internal structure of collagen gel when synthetic molecules (Example 1) were not used and when different amounts (0.6 mg, 1.2 mg, 2.4 mg) of synthetic molecules (Example 1) were used. Photographs were taken to confirm structural changes, and the results are shown in Figure 12. (The internal structure (microstructure) of the artificial skin dermis into which synthetic molecules were introduced was observed using a scanning electron microscope (FE-Scanning electron microscope, SIGMA, Carl Ziess). The artificial skin dermis to be observed was freeze-dried and coated with platinum. )

도 12로부터 합성 분자(실시예 1)를 사용하는 경우가 사용하지 않는 경우보다, 그리고 합성 분자의 첨가량이 증가할수록 콜라겐 섬유가 더욱 굵어져서 내부 구조가 더욱 조밀해짐을 확인할 수 있다.From Figure 12, it can be seen that when synthetic molecules (Example 1) are used, the collagen fibers become thicker and the internal structure becomes more dense as the amount of synthetic molecules added increases, compared to when synthetic molecules (Example 1) are not used.

평가 4: 합성 분자 첨가에 따른 섬유아세포들의 거동 변화 여부Evaluation 4: Whether the behavior of fibroblasts changes due to the addition of synthetic molecules

합성 분자(실시예 1)가 첨가된 인공피부 진피에서 피부섬유아세포의 세포 활성(cell viability)을 확인하기 위해 MTT assay를 진행하였다. 3-(4,5-Dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyl-tetrazolium bromide, sigma)를 PBS에 5 mg/ml의 농도로 제조한 후 인공피부 진피 배양액에 1:10 첨가하였다. 4시간 후 배양액을 제거하고 500 μL lysis buffer(20% Sodium dodecyl sulfate in N,N Dimethylformamid/DI water(1/1), adjusted to pH 4.7 with 1N HCl)을 첨가하고 12시간 동안 인공피부 진피 안의 formazan을 녹여냈다. 이후 formazan의 농도를 측정하기 위해 각 well에서 배양액을 100 μL씩 추출하여 96well plate에 넣고 570 nm 파장에서 흡광도(Optical density, OD)를 측정하였다. WST-1 assay와 MTT assay는 인공피부 진피 제조 후 1, 3, 5, 7일차에 수행되었다. 측정 결과는 도 13에 나타내었다.MTT assay was performed to confirm the cell viability of skin fibroblasts in the dermis of artificial skin to which synthetic molecules (Example 1) were added. 3-(4,5-Dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyl-tetrazolium bromide, sigma) was prepared in PBS at a concentration of 5 mg/ml and then added 1:10 to the artificial skin dermis culture medium. After 4 hours, remove the culture medium, add 500 μL lysis buffer (20% Sodium dodecyl sulfate in N,N Dimethylformamid/DI water (1/1), adjusted to pH 4.7 with 1N HCl), and formazan in the dermis of the artificial skin for 12 hours. melted. Afterwards, to measure the concentration of formazan, 100 μL of culture medium was extracted from each well, placed in a 96-well plate, and the optical density (OD) was measured at a wavelength of 570 nm. WST-1 assay and MTT assay were performed on days 1, 3, 5, and 7 after manufacturing the artificial skin dermis. The measurement results are shown in Figure 13.

도 13으로부터, 합성 분자(실시예 1)에 의해 섬유아세포 거동에 악영향을 끼지치 않음(세포 친화적)을 확인할 수 있다. 즉, 합성 분자(실시예 1)는 인공피부 제작 등 세포 실험에 활용이 가능함을 확인할 수 있다.From Figure 13, it can be seen that the synthetic molecule (Example 1) does not adversely affect fibroblast behavior (cell-friendly). In other words, it can be confirmed that the synthetic molecule (Example 1) can be used in cell experiments such as manufacturing artificial skin.

인공피부 제작Artificial skin production

실시예 3Example 3

(1) 1단계: 진피 모사층 제조(1) Step 1: Manufacturing of dermis replica layer

섬유아세포(NDFn, ThermoFisher사), 콜라겐(Nutragen, Advanced Biomatrix사), 합성 분자(실시예 1)를 섞어서 진피 모사층을 제작한 후에 LSGS (ThermoFisher사)와 100μg/ml ascorbic acid가 포함된 M106배지(TermoFisher사)에서 1주일간 배양하였다. 혼합해준 합성 분자(실시예 1)의 농도는 1.2mg으로 고정하였다.A dermal simulant layer was produced by mixing fibroblasts (NDFn, ThermoFisher), collagen (Nutragen, Advanced Biomatrix), and synthetic molecules (Example 1), followed by M106 medium containing LSGS (ThermoFisher) and 100 μg/ml ascorbic acid. (TermoFisher) and cultured for 1 week. The concentration of the mixed synthetic molecules (Example 1) was fixed at 1.2 mg.

(2) 2단계: 각질형성세포 적용 및 배양 단계(2) Step 2: Keratinocyte application and culture step

상기 1단계 이후, 상기 진피 모사층 위에 각질형성세포 (HEKn, Thermo Fisher)를 얹고 2일간 배양하였다.After step 1, keratinocytes (HEKn, Thermo Fisher) were placed on the dermal simulation layer and cultured for 2 days.

(3) 3단계: 제1 배지에서의 배양 단계(3) Step 3: Culture step in the first medium

상기 2단계 이후 상기 진피 모사체의 아랫 부분에 제1 배지 (CnT-3D-PR, CellnTEC)가 닿도록 설치하고, 표피층 부분은 공기에 노출시키는 공기노출 8일간 배양하였다.After the second step, the first medium (CnT-3D-PR, CellnTEC) was placed in contact with the lower part of the dermis replica, and the epidermal layer was exposed to air and cultured for 8 days.

실시예 3의 인공피부 모델의 현미경 단면 사진을 도 14에 나타내었다.A microscopic cross-sectional photograph of the artificial skin model of Example 3 is shown in Figure 14.

평가 5: 인공피부 모델의 단면 관찰Evaluation 5: Cross-sectional observation of artificial skin model

실시예 3에서 얻어진 인공피부 모델의 단면을 현미경으로 관찰한다.A cross section of the artificial skin model obtained in Example 3 was observed under a microscope.

도 14는 실시예 3에서 얻어진 인공피부의 단면으로서 H&E 조직 염색한 후의 현미경 사진이다.Figure 14 is a cross-section of the artificial skin obtained in Example 3 and is a micrograph after H&E tissue staining.

도 14를 참고하면, 합성 분자(실시예 1)를 첨가한 인공피부 모델에서 정상적인 진피층과 표피층의 성장이 일어남을 확인할 수 있다.Referring to Figure 14, it can be seen that growth of normal dermal and epidermal layers occurs in the artificial skin model to which synthetic molecules (Example 1) were added.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements can be made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims. It falls within the scope of invention rights.

Claims (6)

섬유아세포, 콜라겐 및 콜라겐 젤 강도 조절제를 혼합하여 진피 모사층을 제조하는 단계;
상기 진피 모사층 위에 각질형성세포를 도포하는 단계; 및
배양하는 단계
를 포함하고,
상기 진피 모사층은 제1 진피층 및 상기 제1 진피층의 상부에 위치하는 제2 진피층을 포함하고,
상기 제1 진피층은 콜라겐을 포함하고,
상기 제2 진피층은 섬유아세포를 포함하고,
상기 배양하는 단계는 공기에 노출된 디쉬에서 진행되면서, 칼슘 이온이 추가되는 단계이고,
상기 디쉬는 0.1% 내지 0.2% 젤라틴 혹은 0.1 mg/ml 내지 0.2 mg/ml 콜라겐 타입 IV으로 코팅된 인공피부 제조방법.
Preparing a dermal simulant layer by mixing fibroblasts, collagen, and a collagen gel strength regulator;
Applying keratinocytes on the dermal simulant layer; and
Cultivation stage
Including,
The dermal replica layer includes a first dermal layer and a second dermal layer located on top of the first dermal layer,
The first dermal layer includes collagen,
The second dermal layer includes fibroblasts,
The culturing step is a step in which calcium ions are added while being carried out in a dish exposed to air,
The dish is coated with 0.1% to 0.2% gelatin or 0.1 mg/ml to 0.2 mg/ml collagen type IV.
제1항에서,
상기 진피 모사층 위에 각질형성세포를 도포하는 단계는 상기 진피 모사층 위에 각질형성세포를 얹고 이틀 동안 배양하는 단계인 인공피부 제조방법.
In paragraph 1:
The step of applying keratinocytes on the dermal simulant layer is a method of manufacturing artificial skin wherein the keratinocytes are placed on the dermal simulant layer and cultured for two days.
제1항에서,
상기 콜라겐 젤 강도 조절제는 하기 화학식 1로 표시되는 구조단위를 포함하는 인공피부 제조방법:
[화학식 1]

상기 화학식 1에서,
R1은 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이고,
L1은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기이고,
m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 10000의 정수이다.
In paragraph 1:
The collagen gel strength regulator is a method of producing artificial skin comprising a structural unit represented by the following formula (1):
[Formula 1]

In Formula 1,
R 1 is a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group,
L 1 is a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylene group,
m and n are each independently integers from 1 to 10000.
제3항에서,
상기 화학식 1로 표시되는 구조단위는 하기 수학식 1을 만족하는 인공피부 제조방법.
[수학식 1]
0 < n/(n+m) x 100 ≤ 5
In paragraph 3,
A method of manufacturing artificial skin where the structural unit represented by Formula 1 satisfies the following Equation 1.
[Equation 1]
0 < n/(n+m) x 100 ≤ 5
제1항에서,
상기 콜라겐 젤 강도 조절제는 10,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol의 중량평균분자량을 가지는 인공피부 제조방법.
In paragraph 1:
The collagen gel strength regulator is a method of producing artificial skin having a weight average molecular weight of 10,000 g/mol to 1,000,000 g/mol.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 따라 제조된 인공피부.

Artificial skin manufactured according to the manufacturing method according to any one of claims 1 to 5.

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