KR20240034967A - Method for Fabrication of Cell Construct Comprising Cell-Spheroid Using Hybrid Bio-printing Technique - Google Patents
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Abstract
본 발명은 오일 및 세포를 포함하는 세포-스페로이드 (cell-spheroid) 제조용 조성물, 세포-스페로이드를 하이브리드 3D 세포 구조체, 이의 제조방법 및 하이브리드 혈관화 인공 골 조직에 관한 것이다. 본 발명의 오일 및 세포를 포함하는 세포-스페로이드 제조용 조성물을 이용하는 경우, 세포-스페로이드의 손실과 손상을 방지하면서 이의 크기와 위치를 정밀하게 제어할 수 있는 세포-스페로이드를 포함하는 하이브리드 세포 구조체를 제조할 수 있어, 혈관화된 골조직뿐만 아니라 혈관이나 신경 등 다양한 조직이 포함된 복합 조직을 제조하는 데에 유용하게 활용될 수 있다.The present invention relates to a composition for producing a cell-spheroid containing oil and cells, a hybrid 3D cell structure using the cell-spheroid, a method for producing the same, and a hybrid vascularized artificial bone tissue. When using the composition for producing cell-spheroids containing the oil and cells of the present invention, hybrid cells containing cell-spheroids can precisely control their size and position while preventing loss and damage of the cells-spheroids. Since the structure can be manufactured, it can be usefully used to manufacture complex tissues containing various tissues such as blood vessels and nerves as well as vascularized bone tissue.
Description
본 발명은 하이브리드 바이오프린팅 기술을 이용한 세포-스페로이드가 포함된 세포 구조체 제작 방법 및 조직 공학에서의 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a cell structure containing cell-spheroids using hybrid bioprinting technology and its use in tissue engineering.
인체 조직은 일반적으로 중심 조직과 이를 보조하는 혈관, 신경 등 다양한 조직으로 이루어진 복합적인 구조를 갖는다. 조직 공학 (tissue engineering)은 이러한 복합적인 구조를 갖는 인체 조직이나 장기가 손상되는 경우 이를 복원하거나 개선하는 기능성 구조체를 조립하는 것을 목적으로 하며, 조직 공학을 통해 인공적으로 엔지니어링 된 연골과 피부가 FDA (The Food and Drug Administration)의 승인을 받아 환자에게 현재 사용되고 있다. 최근 조직 공학 분야의 생체구조체 (bio-structure)의 제조에서 3차원 바이오프린팅 (three-dimensional (3D) bio-printing)이 적층 제조 공정 중 하나로 강력한 잠재력을 나타내고 있다.Human tissue generally has a complex structure consisting of a central tissue and various tissues such as blood vessels and nerves that support it. Tissue engineering aims to assemble functional structures that restore or improve human tissues or organs with such complex structures when they are damaged. Cartilage and skin artificially engineered through tissue engineering are approved by the FDA ( It has been approved by the Food and Drug Administration and is currently being used in patients. Recently, three-dimensional (3D) bio-printing has shown strong potential as one of the additive manufacturing processes in the manufacture of bio-structures in the field of tissue engineering.
기존의 바이오프린팅 기술은 단순히 다양한 세포가 혼합된 바이오잉크를 프린팅하거나 세포가 각각 포함된 여러 가지 바이오잉크를 번갈아 가며 프린팅하는 방식을 사용한다. 기존의 세포-스페로이드 (cell-spheroid)를 3차원 세포 구조체 (cell-loaded scaffold; 세포를 포함하는 스캐폴드)에 도입하는 기술들은 프린팅 과정 전에 세포-스페로이드를 준비하는 약 3일 정도의 기간이 요구된다. 형성된 세포-스페로이드를 1) 바이오프린팅 기술을 이용해 제작한 세포 구조체에 도포 (seeding)하여 세포-스페로이드를 부착하거나, 2) 바이오잉크에 세포-스페로이드를 포함시켜 바이오프린팅 기술을 이용해 제작하는 공정을 거친다. 이러한 공정은 세포-스페로이드의 손실, 손상 등을 초래할 수 있고, 원하는 위치에 정밀하고 균일하게 분포시키기 힘들다는 등 여러 가지 한계점을 보인다. 게다가, 세포가 포함된 하이드로젤 기반 바이오잉크를 이용해 제작한 세포 구조체 (cell-loaded scaffold)는 낮은 세포 간 상호작용 (cell-cell interaction)을 나타낸다.Existing bioprinting technology simply prints bioink mixed with various cells or alternately prints various bioinks each containing cells. Existing technologies for introducing cell-spheroids into a three-dimensional cell-loaded scaffold (scaffold containing cells) require a period of about 3 days to prepare the cell-spheroids before the printing process. This is required. The formed cell-spheroids are 1) applied (seeding) to a cell structure produced using bioprinting technology to attach the cell-spheroids, or 2) the cell-spheroids are included in bioink and produced using bioprinting technology. Go through the process. This process can result in loss or damage of cell-spheroids, and has several limitations, such as difficulty in precisely and uniformly distributing them to the desired location. In addition, cell-loaded scaffolds produced using hydrogel-based bioink containing cells exhibit low cell-cell interaction.
따라서, 상술한 기존 기술의 제한점을 해결하기 위해, 높은 세포 간 상호작용을 보이고 효과적인 신호 전달 인자 (signaling factor) 분비 등의 장점을 가진 세포-스페로이드를 세포 구조체(cell construct) 제작 시 활용하는 제조 방법의 개발이 필요하다.Therefore, in order to solve the limitations of the existing technology described above, cell-spheroids with advantages such as high cell-cell interaction and effective secretion of signaling factors are used in the production of cell constructs. Method development is needed.
본 발명자들은 세포-스페로이드의 손실과 손상을 방지하면서 이의 크기와 위치를 정밀하게 제어할 수 있는 세포-스페로이드를 포함하는 하이브리드 세포 구조체를 개발하고자 예의 연구 노력하였다. 그 결과 세포를 포함하는 미네랄 오일을 바이오프린팅 기술에 접목하여 세포-스페로이드와 세포 구조체가 동시에 포함된 하이브리드 타입의 인공 조직을 제작하는 신규한 기술을 개발하고, 이를 이용하면 혈관화된 골 조직 등 다양한 복합 조직을 제작하는 데에 효과적으로 활용될 수 있음을 규명함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors made extensive research efforts to develop a hybrid cell structure containing cell-spheroids that can precisely control the size and location of the cell-spheroids while preventing loss and damage to them. As a result, a new technology was developed to produce a hybrid type of artificial tissue containing both cell-spheroids and cell structures by combining cell-containing mineral oil with bioprinting technology. Using this, vascularized bone tissue, etc. The present invention was completed by demonstrating that it can be effectively used to produce various composite tissues.
따라서, 본 발명의 목적은 오일 (oil) 및 세포를 포함하는 세포-스페로이드 (cell-spheroid) 제조용 조성물을 제공하는 것이다. Therefore, an object of the present invention is to provide a composition for producing cell-spheroids containing oil and cells.
본 발명의 다른 목적은 하이브리드 3D 세포 구조체(hybrid three-dimensional cell construct)를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a hybrid three-dimensional cell construct.
본 발명의 또 다른 목적은 하이브리드 3D 세포 구조체의 제조 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a hybrid 3D cell structure.
본 발명의 또 다른 목적은 하이브리드 혈관화 인공 골 조직을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a hybrid vascularized artificial bone tissue.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 오일 (oil) 및 세포를 포함하는 세포-스페로이드 (cell-spheroid) 제조용 조성물을 제공한다.According to one aspect of the present invention, the present invention provides a composition for producing a cell-spheroid containing oil and cells.
본 발명자들은 세포-스페로이드의 손실과 손상을 방지하면서 이의 크기와 위치를 정밀하게 제어할 수 있는 세포-스페로이드를 포함하는 하이브리드 세포 구조체를 개발하고자 예의 연구 노력하였다. 그 결과 세포를 포함하는 오일을 바이오프린팅 기술에 접목하여 세포-스페로이드와 세포 구조체가 동시에 포함된 하이브리드 타입의 인공 조직을 제작하는 신규한 기술을 개발하고, 이를 이용하면 혈관화된 골 조직 등 다양한 복합 조직을 제작하는 데에 효과적으로 활용될 수 있음을 규명하였다.The present inventors made extensive research efforts to develop a hybrid cell structure containing cell-spheroids that can precisely control the size and location of the cell-spheroids while preventing loss and damage to them. As a result, a new technology was developed to produce a hybrid type of artificial tissue containing both cell-spheroids and cell structures by combining oil containing cells with bioprinting technology. Using this, various types of tissue, such as vascularized bone tissue, were developed. It was found that it can be effectively used to produce composite tissues.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 오일은 미네랄 오일일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the oil may be mineral oil.
본 명세서에서 용어 ‘세포-스페로이드 (cell-spheroid)’란 세포들이 서로 부착되어있는 구형 또는 구형과 같은 형태를 나타내는 세포 집단 또는 응집된 세포들(aggregated cells)을 의미한다. 세포-스페로이드는 반드시 완전한 구형이어야 하는 것은 아니며, 어떠한 배양 기질 (culture substrate)에도 부착되지 않는다. 당업계에 공지된 세포-스페로이드에 대한 일반적인 정의와 종래의 세포-스페로이드 제조 방법은 여러 문헌(Fennema, Eelco, et al. Trends in biotechnology 31.2 (2013): 108-115.; 및 Lin, Ruei-Zhen, and Hwan-You Chang. Biotechnology Journal: Healthcare Nutrition Technology 3.9-10 (2008): 1172-1184.)에서 참고할 수 있다.As used herein, the term 'cell-spheroid' refers to a group of cells or aggregated cells that have a spherical or spherical shape in which cells are attached to each other. Cell-spheroids do not necessarily have to be perfectly spherical and do not adhere to any culture substrate. General definitions of cell-spheroids known in the art and conventional cell-spheroid production methods are described in several publications (Fennema, Eelco, et al. Trends in biotechnology 31.2 (2013): 108-115.; and Lin, Ruei -Zhen, and Hwan-You Chang. Biotechnology Journal: Healthcare Nutrition Technology 3.9-10 (2008): 1172-1184.
기존에는 세포-스페로이드를 형성한 다음, 세포 구조체에 도포 (seeding)하거나, 미리 형성된 세포-스페로이드를 포함하는 바이오잉크를 바이오프린팅 기술에 이용하여 3차원 세포 구조체를 제작하였으나, 이러한 기존의 세포-스페로이드를 3차원 세포 구조체에 도입하는 기술은 세포-스페로이드의 손실과 손상을 초래하고 이들을 원하는 위치에 정밀하고 균일하게 분포시키기 힘든 한계점이 있다. Previously, three-dimensional cell structures were produced by forming cell-spheroids and then applying (seeding) them to the cell structures, or by using bioink containing pre-formed cell-spheroids in bioprinting technology, but these existing cells -Techniques for introducing spheroids into three-dimensional cell structures have limitations that cause loss and damage to cell-spheroids and make it difficult to precisely and uniformly distribute them to the desired location.
이러한 제한점을 극복하기 위해서 본 발명자들은 기존의 바이오프린팅 공정에 순간적이고 단순하게 결합될 수 있어, 사전 3일간의 배양을 통해 세포-스페로이드를 형성하지 않고도, 바이오프린팅 공정 후 배양 과정에서 세포 구조체의 원하는 위치에서 형성될 수 있는 세포-스페로이드 제조용 조성물을 제작하고자 하였다.In order to overcome these limitations, the present inventors proposed that it can be instantly and simply combined with the existing bioprinting process, allowing the formation of cell structures during the culture process after the bioprinting process without forming cell-spheroids through prior 3-day culture. We attempted to produce a composition for producing cell-spheroids that can be formed at a desired location.
그 결과, 본 발명자들은 내피세포(endothelial cell, EC) 및 미네랄 오일 방울(droplet; 액적)을 포함하는 신규한 세포-스페로이드 제조용 조성물을 하이드로겔(hydrogel)에 점적시킨 다음 배양하면, 하이드로겔과 내피세포-함유 미네랄 오일 사이의 계면에 작용하는 하이드로겔의 정수압 (hydrostatic pressure)으로 인해 세포-스페로이드가 안정적으로 자가-조립을 통해 세포-스페로이드가 형성됨을 확인하였다. 본 발명에서는 미네랄 오일 액적을 이용한 자발적인 세포-스페로이드 제조 방법을 3D 세포 응집 공정(three-dimensional cell aggregation process)이라고 지칭하였다. 후술될 것이지만, 상술한 방법을 이용하면 종래의 기술과 비교하여 세포-스페로이드의 손실이나 손상 없이 세포-스페로이드를 3D 세포 구조체의 원하는 위치에 정밀하고 균일하게 분포시킬 수 있다.As a result, the present inventors dropped a novel composition for producing cell-spheroids containing endothelial cells (EC) and mineral oil droplets onto hydrogel and then cultured them, forming hydrogel and It was confirmed that cell-spheroids were formed through stable self-assembly due to the hydrostatic pressure of the hydrogel acting on the interface between the endothelial cells and the mineral oil. In the present invention, the method for producing spontaneous cell-spheroids using mineral oil droplets is referred to as a three-dimensional cell aggregation process. As will be described later, using the above-described method, it is possible to precisely and uniformly distribute cell-spheroids to the desired location of the 3D cell structure without loss or damage to the cell-spheroids compared to conventional techniques.
본 명세서에서 용어 ‘바이오프린팅 (bio-printing)’이란 생체재료(bio-material) 내에 세포를 3차원 공간에서 제어된 패턴으로 배치시켜 조직 또는 기관을 제작하는 자동화된 공정을 의미한다. As used herein, the term ‘bio-printing’ refers to an automated process of producing tissues or organs by arranging cells in a bio-material in a controlled pattern in three-dimensional space.
본 명세서에서 용어 ‘바이오잉크 (bio-ink)’란 위에서 정의한 바이오프린팅 공정에서 사용되는 바이오프린팅이 가능한 물질을 의미하며, 살아 있는 세포를 포함하는 생체재료를 포괄한다. 바이오잉크에는 하이드로겔(hydrogel), 마이크로캐리어(microcarrier) 및 탈세포화된 기질(decellularized matrix)과 같이 스캐폴드(scaffold)-기반 물질과 세포 응집체(cell aggregates)와 같은 스캐폴드가 없는 물질이 포함된다.As used herein, the term ‘bio-ink’ refers to a material capable of bioprinting used in the bioprinting process defined above, and includes biomaterials containing living cells. Bioinks include scaffold-based materials such as hydrogels, microcarriers and decellularized matrices, as well as scaffold-free materials such as cell aggregates. .
본 명세서에서 사용된 용어, 바이오프린팅 및 바이오잉크에 대한 상세한 사항은 당업계에 공지된 여러 문헌(Hospodiuk, Monika, et al. Biotechnology advances 35.2 (2017): 217-239.)을 참조할 수 있다. For details on the terminology, bioprinting, and bioink used in this specification, refer to various literature known in the art (Hospodiuk, Monika, et al. Biotechnology advances 35.2 (2017): 217-239.).
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 세포-스페로이드 제조용 조성물에서 상기 세포는 상기 오일의 내부에 포함된다.In one embodiment of the present invention, in the cell-spheroid production composition, the cells are included in the oil.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 오일은 내부에 상기 세포를 1.0×106 세포/mL 내지 1.0×108 세포/mL의 세포 밀도로 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 상기 오일은 내부에 상기 세포를 1.0×106 세포/mL 내지 1.0×108 세포/mL, 1.0×106 세포/mL 내지 5.0×107 세포/mL, 1.0×106 세포/mL 내지 3.0×107 세포/mL, 1.0×107 세포/mL 내지 4.0×107 세포/mL, 1.0×107 세포/mL 내지 3.0×107 세포/mL, 또는 1.0×107 세포/mL 내지 2.0×107 세포/mL의 세포 밀도로 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the oil is characterized in that it contains the cells therein at a cell density of 1.0×10 6 cells/mL to 1.0×10 8 cells/mL. In another embodiment of the present invention, the oil contains the cells inside 1.0×10 6 cells/mL to 1.0×10 8 cells/mL, 1.0×10 6 cells/mL to 5.0×10 7 cells/mL, 1.0×10 6 cells/mL to 3.0×10 7 cells/mL, 1.0×10 7 cells/mL to 4.0×10 7 cells/mL, 1.0×10 7 cells/mL to 3.0×10 7 cells/mL, or 1.0 It is characterized in that it contains a cell density of between ×10 7 cells/mL and 2.0×10 7 cells/mL.
상기 오일 내부에 내피세포(EC)의 밀도가 1.0×107 세포/mL 내지 4.0×107 세포/mL인 경우 내피세포 스페로이드의 지름은 100 μm 내지 300 μm이다.When the density of endothelial cells (EC) inside the oil is 1.0×10 7 cells/mL to 4.0×10 7 cells/mL, the diameter of the endothelial cell spheroid is 100 μm to 300 μm.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 오일 내부에서 상기 세포는 자가-조립 (self-assembly)하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the cells self-assemble within the oil.
본 명세서에서 용어 ‘자가-조립 (self-assembly)’이란 열역학적 평형과 전체 또는 국소 평형의 균형을 이루는, 비공유 결합을 통한, 개별 구성 요소의 패턴 및 기능성 나노구조로의 자발적인 조직화를 의미한다.As used herein, the term ‘self-assembly’ refers to the spontaneous organization of individual components into patterns and functional nanostructures through non-covalent bonds that balance thermodynamic equilibrium and global or local equilibrium.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 세포는 일차 세포 (primary cell) 또는 줄기세포인 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the cells are primary cells or stem cells.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 줄기세포는 다능성 줄기세포(pluripotent stem cell)이다. In one embodiment of the present invention, the stem cells are pluripotent stem cells.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 줄기세포는 중간엽 줄기세포 (mesenchymal stem cell; MSC)이다.In one embodiment of the present invention, the stem cells are mesenchymal stem cells (MSC).
본 명세서에서 용어 ‘일차 세포 (primary cell)’란 관심 조직(tissue)이나 기관(organ)으로부터 직접 분리된 세포를 의미한다.As used herein, the term ‘primary cell’ refers to a cell directly isolated from a tissue or organ of interest.
본 명세서에서 용어 ‘중간엽줄기세포 (mesenchymal stem cell; MSC)’란 자가-재생(self-renewal) 능력이 있고 다계통 분화(multilineage differentiation)를 나타내는 기질 세포(stromal cell)를 의미한다.As used herein, the term ‘mesenchymal stem cell (MSC)’ refers to a stromal cell that has the ability to self-renew and exhibits multilineage differentiation.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 일차 세포 (primary cell)는 내피세포(endothelial cell)이거나, 또는 상기 중간엽줄기세포 (mesenchymal stem cell; MCS)는 지방유래 줄기세포 (adipose-derived stem cell; ASC)인 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the primary cell is an endothelial cell, or the mesenchymal stem cell (MCS) is an adipose-derived stem cell; ASC).
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 일차 세포는 일차 내피세포 (primary endothelial cell)이다. 본 발명의 구체적인 일 구체예에 있어서, 상기 일차 내피세포는 제대정맥혈관내피세포 (umbilical vein endothelial cell), 대동맥 내피세포 (aortic endothelial cell), 관상동맥 내피세포 (coronary artery endothelial cell), 폐동맥 내피세포 (pulmonary endothelial cell), 장골동맥 내피세포 (iliac artery endothelial cell), 복재정맥 내피세포 (saphenous vein endothelial cell), 피부 미세혈관 (dermal microvascular endothelial cell), 심장 미세혈관 (cardiac microvascular endothelial cell) 및 폐 미세혈관 (pulmonary microvascular endothelial cell)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the primary cell is a primary endothelial cell. In a specific embodiment of the present invention, the primary endothelial cells include umbilical vein endothelial cells, aortic endothelial cells, coronary artery endothelial cells, and pulmonary artery endothelial cells. (pulmonary endothelial cell), iliac artery endothelial cell, saphenous vein endothelial cell, dermal microvascular endothelial cell, cardiac microvascular endothelial cell, and lung microvascular Any one selected from the group consisting of blood vessels (pulmonary microvascular endothelial cells), but is not limited thereto.
본 발명의 다른 일 구체예에 있어서, 상기 중간엽줄기세포는 탯줄 (umbilical cord), 자궁내막폴립 (endometrial polyps), 골수 (bone marrow) 및 지방 조직 (adipose tissue)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나에서 유래된 것일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 또 다른 일 구체예에 있어서, 상기 중간엽줄기세포는 지방유래줄기세포(adipose-derived stem cell; ASC), 제대혈유래줄기세포, 골수유래줄기세포, 또는 혈관주위 줄기세포 (perivascular stem cell)이나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment of the present invention, the mesenchymal stem cells are any one selected from the group consisting of umbilical cord, endometrial polyps, bone marrow, and adipose tissue. It may be derived from, but is not necessarily limited to. In another embodiment of the present invention, the mesenchymal stem cells are adipose-derived stem cells (ASC), cord blood-derived stem cells, bone marrow-derived stem cells, or perivascular stem cells (perivascular stem cells). ), but is not necessarily limited thereto.
본 발명의 여전히 다른 일 구체예에 있어서, 상기 세포는 골모세포(osteoblasts), 파골세포(osteoclasts), 또는 섬유아세포(fibroblasts)이나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.In still another embodiment of the present invention, the cells are osteoblasts, osteoclasts, or fibroblasts, but are not necessarily limited thereto.
본 발명의 구체적인 일 구현예에 있어서, 상기 세포는 포유동물로부터 분리된 것을 특징으로 한다. 본 발명의 보다 구체적인 일 구현예에 있어서, 상기 세포는 마우스, 랫트, 기니피그, 토끼, 돼지, 비-인간 영장류 또는 인간으로부터 분리된 것일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.In a specific embodiment of the present invention, the cells are characterized in that they are isolated from mammals. In a more specific embodiment of the present invention, the cells may be isolated from mice, rats, guinea pigs, rabbits, pigs, non-human primates, or humans, but are not necessarily limited thereto.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 오일 또는 미네랄 오일은 원유의 정제를 통해 추출된 C15 내지 C50의 탄소수를 가지는 탄화수소의 혼합물인 것을 특징으로 한다. 상기 탄화수소에는 알칸(alkane), 사이클로알칸(cycloalkane) 등이 포함되나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 당업계에 알려진 원유 또는 석유의 정제 과정에서 추출될 수 있는 탄화수소라면 비-제한적으로 포함될 수 있다. 본 발명에서 오일에는 휘발유 및 다른 석유 제품을 제조하는 데에 발생하는 액체 부산물이 포함될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the oil or mineral oil is characterized in that it is a mixture of hydrocarbons having a carbon number of C 15 to C 50 extracted through refining of crude oil. The hydrocarbons include, but are not necessarily limited to, alkanes and cycloalkanes, and may include any hydrocarbon that can be extracted during the refining process of crude oil or petroleum known in the art. In the present invention, oil may include liquid by-products generated from manufacturing gasoline and other petroleum products.
본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음을 포함하는 하이브리드 3D 세포 구조체(hybrid three-dimensional cell construct)를 제공한다:According to another aspect of the present invention, the present invention provides a hybrid three-dimensional cell construct comprising:
(i) 세포외기질 (extracelluar matrix, ECM), β-TCP (β-tricalcium phosphate) 및 줄기세포를 포함하는 스트럿 (strut); 및(i) strut containing extracellular matrix (ECM), β-TCP (β-tricalcium phosphate), and stem cells; and
(ii) 본 발명의 일 구현예에 따른 세포-스페로이드 제조용 조성물;(ii) a composition for producing cell-spheroids according to an embodiment of the present invention;
상기 스트럿은 그루브 (groove) 구조를 포함하고, 상기 세포-스페로이드 제조용 조성물은 액적 (droplet) 형태이며, 상기 그루브 구조 위에 상기 액적이 배치된다.The strut includes a groove structure, the cell-spheroid production composition is in the form of a droplet, and the droplet is disposed on the groove structure.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 세포외기질은 뼈로부터 분리된 것일 수 있다. 상기 세포외기질은 뼈로부터 미네랄을 제거하고/제거하거나 세포를 제거해 분리된 것일 수 있다. 상기 세포외기질은 뼈가 가용화 (solubilization)된 것일 수 있다. 상기 가용화는 펩신 (pepsin) 처리에 의한 것일 수 있다. 상기 뼈는 포유동물로부터 분리한 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the extracellular matrix may be separated from bone. The extracellular matrix may be separated from bone by removing minerals and/or removing cells. The extracellular matrix may be bone solubilized. The solubilization may be through pepsin treatment. The bone may be isolated from a mammal.
본 발명에서 사용된 β-TCP (β-tricalcium phosphate; 베타-삼칼슘 인산염)는 화학식 Ca3(PO4)2로 표기되는 화합물로 효율적인 뼈 형성을 유도하는 생리활성 물질로 공지된 바 있다.β-TCP (β-tricalcium phosphate) used in the present invention is a compound represented by the chemical formula Ca 3 (PO 4 ) 2 and is known as a bioactive substance that induces efficient bone formation.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 줄기세포는 중간엽줄기세포일 수 있다. 상기 중간엽줄기세포 (MSC)는 지방유래 줄기세포 (adipose-derived stem cell; ASC)인 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 상기 중간엽줄기세포는 사람 지방유래 줄기세포 (human ASC; hASC)이다.In one embodiment of the present invention, the stem cells may be mesenchymal stem cells. The mesenchymal stem cells (MSC) are characterized as adipose-derived stem cells (ASC). For example, the mesenchymal stem cells are human adipose-derived stem cells (human ASC; hASC).
본 발명에서 스트럿(strut)은 바이오잉크가 바이오프린팅 시스템의 노즐(nozzle)을 통해 공기압 (pneumatic pressure)에 의해 압출된 (extruded) 막대 모양 구조를 지칭한다.In the present invention, a strut refers to a rod-shaped structure in which bioink is extruded by pneumatic pressure through a nozzle of a bioprinting system.
본 발명에서 스트럿의 ‘그루브 (groove) 구조’는 스트럿의 단면(cross-section)에서 계곡 모양의 구조(valley-type structure)로 보이는 오목한 표면을 포함하는 구조를 의미한다. 본 발명의 일 구현예에 따른 세포-스페로이드 제조용 조성물은 노즐에서 액적(droplet)의 형태로 흘러나와 상술한 그루브 구조 위에 배치되고, 그런 다음 하이브리드 3D 세포 구조체의 배양을 통해 액적이 배치된 그루브 구조 위에 세포-스페로이드가 형성된다.In the present invention, the ‘groove structure’ of a strut refers to a structure including a concave surface that appears as a valley-type structure in the cross-section of the strut. The composition for producing a cell-spheroid according to one embodiment of the present invention flows out from a nozzle in the form of a droplet and is placed on the above-described groove structure, and then the groove structure in which the droplet is placed through culturing the hybrid 3D cell structure. Cell-spheroids are formed on top.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오잉크는 세포외기질, β-TCP 및 중간엽줄기세포를 포함한다. 상기 세포외기질은 돼지의 뼈 조직으로부터 분리된 것일 수 있다. 상기 세포외기질은 탈미네랄화. 탈세포화, 및/또는 펩신 처리된 것이다. 상기 세포외기질은 바이오잉크에 최종 농도 30 mg/mL 내지 70 mg/mL로 포함된다. 상기 β-TCP는 바이오잉크에 최종 농도 150 mg/mL 내지 250 mg/mL로 포함된다. 상기 중간엽줄기세포는 사람 지방유래 줄기세포(hASC)일 수 있다. 상기 hASC는 바이오잉크에 최종 농도 1.0 × 106 세포/mL 내지 1.0 × 108 세포/mL로 포함된다.In one embodiment of the present invention, the bioink includes extracellular matrix, β-TCP, and mesenchymal stem cells. The extracellular matrix may be isolated from pig bone tissue. The extracellular matrix is demineralized. Decellularized, and/or pepsin treated. The extracellular matrix is included in the bioink at a final concentration of 30 mg/mL to 70 mg/mL. The β-TCP is included in the bioink at a final concentration of 150 mg/mL to 250 mg/mL. The mesenchymal stem cells may be human adipose-derived stem cells (hASC). The hASCs are included in the bioink at a final concentration of 1.0 × 10 6 cells/mL to 1.0 × 10 8 cells/mL.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 스트럿은 적층될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the struts may be stacked.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 스트럿은 서로 평행하거나 또는 교차하는 것을 특징으로 한다. 상기 스트럿은 동일 층에서는 서로 평행하고, 서로 다른 층에서는 서로 교차할 수 있다. 상기 스트럿이 서로 교차하는 경우, 세포-스페로이드를 포함하는 하이브리드 3D 세포 구조체의 활용 목적에 따라, 다양한 각도, 예컨대 0°초과 내지 180° 미만으로 서로 교차할 수 있다. 예를 들어, 동일 층에서는 적어도 두 개의 스트럿이 서로 평행하고, 서로 다른 층에서는 적어도 두 개의 스트럿이 서로 30°(degree), 60°, 또는 90°로 교차할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the struts are parallel or intersect each other. The struts may be parallel to each other on the same floor and may cross each other on different floors. When the struts intersect each other, depending on the purpose of utilizing the hybrid 3D cell structure containing cell-spheroids, they may intersect each other at various angles, for example, greater than 0° to less than 180°. For example, at least two struts on the same floor may be parallel to each other, and at least two struts on different floors may intersect each other at 30° (degree), 60°, or 90°.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 스트럿은 150 μm 내지 600 μm의 지름을 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 상기 스트럿은150 μm 내지 600 μm, 150 μm 내지 550 μm, 150 μm 내지 500 μm, 150 μm 내지 450 μm, 150 μm 내지 400 μm, 250 μm 내지 450 μm, 250 μm 내지 400 μm, 300 μm 내지 450 μm, 또는 300 μm 내지 400 μm의 지름을 가지나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the strut has a diameter of 150 μm to 600 μm. In another embodiment of the present invention, the strut is 150 μm to 600 μm, 150 μm to 550 μm, 150 μm to 500 μm, 150 μm to 450 μm, 150 μm to 400 μm, 250 μm to 450 μm, 250 μm to 450 μm. It has a diameter of μm to 400 μm, 300 μm to 450 μm, or 300 μm to 400 μm, but is not limited thereto.
상기 스트럿의 지름은 바이오잉크를 압출하는 노즐의 공기압에 비례한다. 구체적으로 공기압이 60 kPa인 경우에는 안정적으로 스트럿이 형성되지 않고 공기압이 90 kPa인 경우에는 349.7 ± 36.5 μm 지름의 스트럿이 안정적으로 형성된다. 공기압이 120 kPa인 경우에는 491.9 ± 50.6 μm 지름의 스트럿이 형성되나, 공기압이 120 kPa 이상인 경우에는 스트럿에 포함된 세포의 생존율이 상대적으로 감소될 수 있다. 따라서, 본 발명자들은 바이오잉크 노즐의 공기압을 60 kPa 초과 및 120 kPa 미만으로 조절함으로써, 상대적으로 높은 세포 생존율을 갖는 안정적으로 형성된 스트럿을 수득하기 위해서, 지름 250 μm 내지 450 μm의 스트럿을 형성하였다.The diameter of the strut is proportional to the air pressure of the nozzle that extrudes bioink. Specifically, when the air pressure is 60 kPa, a strut is not stably formed, and when the air pressure is 90 kPa, a strut with a diameter of 349.7 ± 36.5 μm is stably formed. When the air pressure is 120 kPa, a strut with a diameter of 491.9 ± 50.6 μm is formed, but when the air pressure is more than 120 kPa, the survival rate of cells included in the strut may be relatively reduced. Therefore, the present inventors formed struts with a diameter of 250 μm to 450 μm in order to obtain stably formed struts with a relatively high cell survival rate by adjusting the air pressure of the bioink nozzle to more than 60 kPa and less than 120 kPa.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 하이브리드 3D 세포 구조체는 100 μm 내지 350 μm의 포어 크기(pore size)를 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 상기 하이브리드 3D 세포 구조체는 서로 100 μm 내지 350 μm, 100 μm 내지 300 μm, 100 μm 내지 250 μm, 100 μm 내지 230 μm, 100 μm 내지 210 μm, 100 μm 내지 200 μm, 150 μm 내지 350 μm, 150 μm 내지 300 μm, 150 μm 내지 250 μm, 150 μm 내지 230 μm, 150 μm 내지 210 μm, 150 μm 내지 200 μm, 170 μm 내지 350 μm, 170 μm 내지 300 μm, 170 μm 내지 250 μm, 170 μm 내지 230 μm, 170 μm 내지 210 μm, 170 μm 내지 200 μm, 190 μm 내지 350 μm, 190 μm 내지 300 μm, 190 μm 내지 250 μm, 190 μm 내지 200 μm, 190 μm 내지 230 μm, 190 μm 내지 210 μm, 또는 150 μm의 포어 크기를 가지나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the hybrid 3D cell structure is characterized by having a pore size of 100 μm to 350 μm. In another embodiment of the present invention, the hybrid 3D cell structures are 100 μm to 350 μm, 100 μm to 300 μm, 100 μm to 250 μm, 100 μm to 230 μm, 100 μm to 210 μm, and 100 μm to 100 μm. 200 μm, 150 μm to 350 μm, 150 μm to 300 μm, 150 μm to 250 μm, 150 μm to 230 μm, 150 μm to 210 μm, 150 μm to 200 μm, 170 μm to 350 μm, 170 μm to 300 μm , 170 μm to 250 μm, 170 μm to 230 μm, 170 μm to 210 μm, 170 μm to 200 μm, 190 μm to 350 μm, 190 μm to 300 μm, 190 μm to 250 μm, 190 μm to 200 μm, 190 μm It has a pore size of, but is not limited to, μm to 230 μm, 190 μm to 210 μm, or 150 μm.
세포 구조체에서 70%를 넘는 높은 다공성(porosity)과 상호연결된 포어(pore)가 영양분의 높은 투과성과 대사 폐기물의 원활한 제거에 중요한 것으로 공지된 바 있으므로, 혈관화(vascularizatoin) 및 골전도성(osteoconductivity)을 위해 세포 구조체는 적절한 포어 크기를 가져야 한다.It is known that high porosity exceeding 70% and interconnected pores in the cellular structure are important for high permeability of nutrients and smooth removal of metabolic wastes, thus promoting vascularization and osteoconductivity. For this purpose, the cell structure must have an appropriate pore size.
본 발명자들은 세포 구조체의 포어 크기가 350 μm인 경우 OPN (osteopontin)을 발현하는 영역이 감소하므로 골형성 활성이 줄어들고, 포어 크기가 50 μm 또는 350 μm인 경우와 비교하여 150 μm인 경우에 모세관 발아(capillary sprout) 형성이 더 활발하며 혈관형성 유전자 Pecam1의 발현이 증가하는 것을 확인하였다.The present inventors found that when the pore size of the cell structure is 350 μm, the area expressing OPN (osteopontin) is reduced, so osteogenic activity is reduced, and capillary sprouting occurs when the pore size is 150 μm compared to when the pore size is 50 μm or 350 μm. (capillary sprout) formation was more active and the expression of the angiogenic gene Pecam1 was confirmed to increase.
본 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음 단계를 포함하는 하이브리드 3D 세포 구조체의 제조 방법을 제공한다:According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for producing a hybrid 3D cell structure comprising the following steps:
(a) 세포외기질 (ECM), β-TCP (β-tricalcium phosphate) 및 줄기세포를 포함하는 바이오잉크(bioink)를 프린팅 플레이트에 압출하여 그루브 구조를 가지는 스트럿을 형성하는 단계;(a) extruding bioink containing extracellular matrix (ECM), β-TCP (β-tricalcium phosphate), and stem cells onto a printing plate to form a strut with a groove structure;
(b) 상기 (a) 단계의 스트럿의 그루브 구조 위에 본 발명의 일 구현예에 따른 세포-스페로이드 제조용 조성물을 액적의 형태로 배치하는 단계; 및(b) placing the cell-spheroid production composition according to one embodiment of the present invention in the form of a droplet on the groove structure of the strut of step (a); and
(c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 반복하는 단계.(c) repeating steps (a) and (b) above.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 바이오잉크는 노즐(nozzle)에 의해 바이오프린팅(bioprinting)된다. 상기 바이오프린팅의 온도는 24℃ 내지 26℃로 유지될 수 있다. 상기 노즐의 크기는 25G (25 gauge)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, in step (a), the bio-ink is bioprinted using a nozzle. The temperature of the bioprinting may be maintained at 24°C to 26°C. The size of the nozzle may be 25G (25 gauge), but is not limited thereto.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 바이오잉크는 3 mm/s 내지 7 mm/s의 프린팅 속도로 바이오프린팅될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, in step (a), the bioink may be bioprinted at a printing speed of 3 mm/s to 7 mm/s, but is not limited thereto.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 바이오잉크는 60 kPa 내지 120 kPa의 공기압 (pneumatic pressure)에서 바이오프린팅되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, in step (a), the bioink is bioprinted at a pneumatic pressure of 60 kPa to 120 kPa.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 플레이트는 35℃ 내지 39℃로 유지되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, in step (a), the plate is maintained at 35°C to 39°C.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 스트럿은 서로 평행하거나 또는 서로 교차하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, in step (a), the struts are parallel to each other or cross each other.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 (b) 단계에서 상기 세포-스페로이드 제조용 조성물은 30G (30 gauge)의 노즐에 의해 바이오프린팅되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, in step (b), the cell-spheroid production composition is bioprinted using a 30G (30 gauge) nozzle.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 (b) 단계에서 상기 세포-스페로이드 제조용 조성물은 2.0 μL/분 내지 4.5 μL/분의 오일 플로우 속도(oil flow rate)로 프린팅되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, in step (b), the cell-spheroid production composition is printed at an oil flow rate of 2.0 μL/min to 4.5 μL/min.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 (b) 단계에서 상기 세포-스페로이드 제조용 조성물은 4.0 mm/s 내지 6.0 mm/s의 노즐 이동 속도로 프린팅되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, in step (b), the cell-spheroid production composition is printed at a nozzle movement speed of 4.0 mm/s to 6.0 mm/s.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 (c) 단계에서 상기 반복에 의해 적층 구조를 갖는 세포 구조체를 수득하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, a cell structure having a layered structure is obtained by repeating step (c).
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 (c) 단계 후에, (d) 배양하는 단계를 추가로 포함한다.In one embodiment of the present invention, after step (c), a step (d) of culturing is further included.
상기 배양 시간은 3일 내지 28일 동안일 수 있다.The culture time may be from 3 to 28 days.
상기 배양 조건은 37℃ 및 5% CO2 조건일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The culture conditions may be 37°C and 5% CO 2 , but are not limited thereto.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 (d) 단계에서 세포-스페로이드가 형성되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the cell-spheroid is formed in step (d).
본 발명에 따른 하이브리드 3D 세포 구조체의 제조 방법은 당업계에 공지된 3D 바이오프린팅 시스템 하에서 수행될 수 있다. 적어도 두 개의 노즐이 구비된 적어도 두 개의 배럴(barrel)을 포함하는 3D 바이오프린팅 시스템이라면 본 발명의 하이브리드 3D 세포 구조체의 제조 방법에 사용될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, DASA Robot사에서 제공하는 3D 바이오프린팅 시스템(DTR3-2210 T-SG)을 사용할 수 있다. 상기 3D 바이오프린팅 시스템은 디스펜서(dispenser)를 포함한다. 예를 들어 디스펜서는 Ugin-tech사에서 제공하는 AD3000C일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 당업계에 공지된 3D 바이오프린팅 시스템에 사용되는 디스펜서라면 비-제한적으로 사용될 수 있다. 또한, 상기 3D 바이오프린팅 시스템은 프린팅 플레이트(printing plate) 또는 플레이트를 포함한다. 상기 프린팅 플레이트는 35℃ 내지 39℃로 유지된다. 예를 들어, 상기 프린팅 플레이트는 37℃로 유지된다. 상기 프린팅 플레이트에서 노즐에 의해 압출된 바이오잉크가 스트럿을 형성한다.The method for producing a hybrid 3D cell structure according to the present invention can be performed under a 3D bioprinting system known in the art. Any 3D bioprinting system including at least two barrels equipped with at least two nozzles can be used in the method for manufacturing a hybrid 3D cell structure of the present invention, and is not particularly limited. For example, you can use the 3D bioprinting system (DTR3-2210 T-SG) provided by DASA Robot. The 3D bioprinting system includes a dispenser. For example, the dispenser may be AD3000C provided by Ugin-tech, but is not necessarily limited thereto, and any dispenser used in a 3D bioprinting system known in the art may be used without limitation. Additionally, the 3D bioprinting system includes a printing plate or plates. The printing plate is maintained at 35°C to 39°C. For example, the printing plate is maintained at 37°C. Bioink extruded from the printing plate by a nozzle forms a strut.
이하 단계별로 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail step by step.
단계 (a): 세포외기질 (ECM), β-TCP (β-tricalcium phosphate) 및 줄기세포를 포함하는 바이오잉크(bioink)를 프린팅 플레이트에 압출하여 그루브 구조를 가지는 스트럿을 형성하는 단계Step (a): Extruding bioink containing extracellular matrix (ECM), β-TCP (β-tricalcium phosphate), and stem cells onto a printing plate to form a strut with a groove structure.
본 발명의 스트럿을 형성하는 단계 (a)는 상술한 3D 바이오프린팅 시스템에서 배럴에 본 발명에 따른 바이오잉크를 넣고 프린팅 플레이트에 이를 압출하는 단계이다. 상기 배럴은 23℃ 내지 27℃로, 예컨대 25℃로 유지된다.Step (a) of forming the strut of the present invention is a step of putting the bio-ink according to the present invention into a barrel in the above-described 3D bioprinting system and extruding it on a printing plate. The barrel is maintained at 23°C to 27°C, for example 25°C.
상기 바이오잉크는 25 G의 노즐에 의해 압출된다. 상기 노즐은 23℃ 내지 27℃로, 예컨대 25℃로 유지된다.The bioink is extruded by a 25 G nozzle. The nozzle is maintained at 23°C to 27°C, for example 25°C.
상기 바이오잉크는 세포외기질 (ECM), β-TCP (β-tricalcium phosphate) 및 줄기세포를 포함한다. 상기 세포외기질은 뼈로부터 분리된 것이다. 상기 세포외기질은 뼈로부터 미네랄을 제거하고/제거하거나 세포를 제거해 분리된 것일 수 있다. 상기 세포외기질은 탈미네랄화 및 탈세포화 후 가용화 (solubilization)된다. 상기 가용화는 펩신 (pepsin) 처리에 의한 것이다. 상기 뼈는 포유동물, 예컨대 돼지로부터 분리한 것일 수 있다. 상기 세포외기질은 바이오잉크에 최종 농도 30 mg/mL 내지 70 mg/mL로, 예컨대 최종 농도 50 mg/mL로 포함된다. 상기 β-TCP는 바이오잉크에 최종 농도 150 mg/mL 내지 250 mg/mL로, 예컨대 200 mg/mL로 포함된다. 상기 줄기세포는 중간엽줄기세포일 수 있다. 상기 중간엽줄기세포는 사람 지방유래 줄기세포(hASC)이다. 상기 hASC는 바이오잉크에 최종 농도 1.0 × 106 세포/mL 내지 1.0 × 108 세포/mL로, 예컨대 1.2 × 106 세포/mL로 포함된다. The bioink includes extracellular matrix (ECM), β-TCP (β-tricalcium phosphate), and stem cells. The extracellular matrix is separated from bone. The extracellular matrix may be separated from bone by removing minerals and/or removing cells. The extracellular matrix is solubilized after demineralization and decellularization. The solubilization is by pepsin treatment. The bone may be isolated from a mammal, such as a pig. The extracellular matrix is included in the bioink at a final concentration of 30 mg/mL to 70 mg/mL, for example, at a final concentration of 50 mg/mL. The β-TCP is included in the bioink at a final concentration of 150 mg/mL to 250 mg/mL, for example, 200 mg/mL. The stem cells may be mesenchymal stem cells. The mesenchymal stem cells are human adipose-derived stem cells (hASC). The hASCs are included in the bioink at a final concentration of 1.0 × 10 6 cells/mL to 1.0 × 10 8 cells/mL, for example, 1.2 × 10 6 cells/mL.
상기 바이오잉크는 프린팅 플레이트에 의해 압출되어 스트럿을 형성한다. 상기 스트럿은 바이오잉크가 바이오프린팅 시스템의 노즐(nozzle)을 통해 공기압 (pneumatic pressure)에 의해 압출된 (extruded) 막대 모양 구조이다.The bioink is extruded by the printing plate to form a strut. The strut is a rod-shaped structure in which bioink is extruded by pneumatic pressure through a nozzle of a bioprinting system.
상기 압출은 공기압에 의해 수행될 수 있다. 상기 공기압은 60 kPa 내지 120 kPa, 60 kPa 초과 및 120 kPa 미만, 70 kPa 내지 110 kPa, 80 kPa 내지 100 kPa, 또는 90 kPa일 수 있다.The extrusion can be performed by pneumatic pressure. The air pressure may be 60 kPa to 120 kPa, greater than 60 kPa and less than 120 kPa, 70 kPa to 110 kPa, 80 kPa to 100 kPa, or 90 kPa.
상기 스트럿은 적층될 수 있다. 상기 스트럿은 서로 평행하거나 또는 서로 교차한다. 상기 스트럿은 동일 층에서는 서로 평행하고, 서로 다른 층에서는 서로 교차할 수 있다. 상기 스트럿이 서로 교차하는 경우, 다양한 각도, 예컨대 0°초과 내지 180° 미만으로 서로 교차할 수 있다. 예를 들어, 동일 층에서는 적어도 두 개의 스트럿이 서로 평행하고, 서로 다른 층에서는 적어도 두 개의 스트럿이 서로 90°로 교차할 수 있다. 상기 스트럿은 그루브 (groove) 구조를 갖는다. 상기 스트럿은 스트럿의 단면(cross-section)에서 계곡 모양의 구조(valley-type structure)로 보이는 오목한 표면을 포함하는 구조를 갖는다. 상기 스트럿은 250 μm 내지 450 μm의 지름, 예컨대 350 μm의 지름을 가질 수 있다.The struts may be laminated. The struts are parallel to each other or intersect each other. The struts may be parallel to each other on the same floor and may cross each other on different floors. When the struts intersect each other, they may intersect each other at various angles, for example, greater than 0° and less than 180°. For example, at least two struts on the same floor may be parallel to each other, and at least two struts on different floors may intersect each other at 90°. The strut has a groove structure. The strut has a structure including a concave surface that appears as a valley-type structure in a cross-section of the strut. The strut may have a diameter of 250 μm to 450 μm, such as 350 μm.
상기 스트럿은 100 μm 내지 250 μm, 예컨대 150 μm의 포어 크기(pore size)를 갖는다. 기존에 공지된 세포가 포함된 하이드로겔 기반 바이오잉크를 이용한 세포 구조체는 낮은 세포 간 상호작용을 나타내는 반면, 상술한 포어 크기를 갖는 스트럿에 포함된 hASC는 후술될 내피세포-스페로이드와 높은 세포 간 상호작용을 보이고 효과적인 신호 전달 인자 (signaling factor)를 분비함으로써, 즉 고도의 협조적인 크로스토크(crosstalk)를 나타냄으로써, 뛰어난 혈관형성 및 골형성 활성을 발휘한다.The strut has a pore size of 100 μm to 250 μm, such as 150 μm. Cell constructs using previously known cell-containing hydrogel-based bioinks exhibit low cell-to-cell interactions, whereas hASCs contained in struts with the above-mentioned pore size exhibit high cell-to-cell interactions with endothelial cell-spheroids, which will be described later. By showing interaction and secreting effective signaling factors, that is, by exhibiting highly cooperative crosstalk, it exhibits excellent angiogenic and osteogenic activities.
단계 (b): 상기 (a) 단계의 스트럿의 그루브 구조 위에 본 발명의 일 구현예에 따른 세포-스페로이드 제조용 조성물을 액적의 형태로 배치하는 단계Step (b): placing the cell-spheroid production composition according to one embodiment of the present invention in the form of a droplet on the groove structure of the strut of step (a).
본 발명의 세포-스페로이드 제조용 조성물을 액적의 형태로 배치하는 단계 (b)는 상술한 3D 바이오프린팅 시스템에서 배럴에 본 발명에 따른 세포-스페로이드 제조용 조성물을 넣고 상기 (a) 단계에서 형성된 스트럿의 그루브 구조 위에 배치하는 단계이다. 상기 배럴은 23℃ 내지 27℃로, 예컨대 25℃로 유지된다.The step (b) of disposing the composition for producing cell-spheroids of the present invention in the form of a droplet is performed by placing the composition for producing cell-spheroids according to the present invention into a barrel in the above-described 3D bioprinting system and forming the strut formed in step (a). This is the step of placing it on the groove structure. The barrel is maintained at 23°C to 27°C, for example 25°C.
본 단계에서 세포-스페로이드 제조용 조성물은 상기 단계 (a)의 바이오잉크처럼 연속적으로 압출되는 것이 아닌, 불연속적으로, 즉 액적의 형태로 노즐로부터 압출된다.In this step, the composition for producing cell-spheroids is not extruded continuously like the bioink in step (a), but is extruded from the nozzle discontinuously, that is, in the form of droplets.
상기 세포-스페로이드 제조용 조성물은 30 G의 노즐에 의해 압출된다. 상기 노즐은 23℃ 내지 27℃로, 예컨대 25℃로 유지된다. 상기 세포-스페로이드 제조용 조성물의 오일 플로우 속도(oil flow rate; 유량)는 2.0 μL/분 내지 4.5 μL/분, 예컨대 3.8 μL/분이다. 상기 노즐의 이동 속도(moving speed)는 4.0 mm/s 내지 6.0 mm/s, 예컨대 5.0 mm/s이다.The cell-spheroid production composition is extruded by a 30 G nozzle. The nozzle is maintained at 23°C to 27°C, for example 25°C. The oil flow rate (flow rate) of the cell-spheroid production composition is 2.0 μL/min to 4.5 μL/min, for example, 3.8 μL/min. The moving speed of the nozzle is 4.0 mm/s to 6.0 mm/s, for example 5.0 mm/s.
이미 형성된 세포-스페로이드를 스트럿의 그루브 구조 위에 배치하는 기존의 기술과 달리, 본 단계에서는 아직 스페로이드가 형성되기 전 상태인 세포-스페로이드 제조용 조성물을 세포-스페로이드가 형성되길 희망하는 장소, 즉 스트럿의 그루브 구조 위에 배치한다. 따라서, 본 단계에 의해 3D 바이오프린팅 공정에서 세포-스페로이드가 손실되거나 손상되는 기존 기술의 단점을 개선할 수 있다.Unlike the existing technology of placing already formed cell-spheroids on the groove structure of the strut, in this step, the composition for producing cell-spheroids in a state before the spheroids are formed is placed in the place where the cell-spheroids are desired to be formed, That is, it is placed on the groove structure of the strut. Therefore, this step can improve the disadvantage of existing technologies in which cell-spheroids are lost or damaged in the 3D bioprinting process.
상기 세포-스페로이드 제조용 조성물은 미네랄 오일 내부에 내피세포, 예컨대 HUVEC을 포함한다.The cell-spheroid production composition includes endothelial cells, such as HUVEC, inside mineral oil.
상기 액적의 부피는 0.01 μL 내지 0.05 μL, 예컨대 0.05 μL이다.The volume of the droplet is between 0.01 μL and 0.05 μL, such as 0.05 μL.
단계 (c): 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 반복하는 단계Step (c): repeating steps (a) and (b) above.
본 단계는 상술한 (a) 단계 및 (b) 단계를 반복하는 단계이다. This step is a step of repeating steps (a) and (b) described above.
상기 반복은 상기 (b) 단계의 액적의 형태로 배치된 세포-스페로이드 제조용 조성물 위에 상기 (a) 단계의 바이오잉크를 압출하여 그루브 구조를 가지는 스트럿을 형성하는 단계를 적어도 1회, 적어도 2회, 적어도 3회, 적어도 4회, 적어도 5회, 적어도 6회, 적어도 10회, 적어도 20회, 적어도 50회, 적어도 100회, 적어도 200회, 적어도 300회, 적어도 400회, 또는 적어도 500회 반복될 수 있다.The repetition includes forming a strut having a groove structure by extruding the bioink of step (a) onto the cell-spheroid production composition arranged in the form of a droplet of step (b) at least once, at least twice. , at least 3 times, at least 4 times, at least 5 times, at least 6 times, at least 10 times, at least 20 times, at least 50 times, at least 100 times, at least 200 times, at least 300 times, at least 400 times, or at least 500 times. It can be.
상기 반복은 하이브리드 3D 세포 구조체가 원하는 크기, 예컨대 6 × 6 × 0.5 mm3 크기(dimension)로 제조될 때까지 수행될 수 있다.The repetition can be performed until the hybrid 3D cell structure is manufactured to a desired size, such as 6 × 6 × 0.5 mm 3 dimension.
상술한 (c) 단계 후에, (d) 3일 내지 28일 동안 37℃ 및 5% CO2 조건에서 배양하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 (d) 단계에서 세포-스페로이드가 형성된다.After step (c) described above, (d) may further include culturing under conditions of 37°C and 5% CO 2 for 3 to 28 days. In step (d), cell-spheroids are formed.
본 발명에 따른 제조 방법에 의해 형성된 하이브리드 3D 세포 구조체를 사용하는 것과 비교하여, 1.2 × 107 세포/mL의 hASC, 50 mg/mL의 BdECM 및 200 mg/mL의 β-TCP를 포함하는 바이오잉크를 프린팅하여 스트럿을 형성한 다음, 스트럿의 그루브 구조 위에, 본 발명의 세포-스페로이드 제조용 조성물 대신, 0.8 × 107 세포/mL의 HUVEC를 액적의 형태로 배치하는 공정을 반복하여 형성한 대조 세포 구조체는 낮은 혈관형성 및 골형성 활성을 나타낸다. Compared to using the hybrid 3D cell construct formed by the preparation method according to the present invention, the bioink comprising 1.2 × 10 7 cells/mL of hASC, 50 mg/mL of BdECM and 200 mg/mL of β-TCP Control cells formed by repeating the process of forming a strut by printing and then placing 0.8 The constructs exhibit low angiogenic and osteogenic activities.
본 발명의 하이브리드 3D 세포 구조체의 제조 방법은 본 발명의 다른 일 양태인 세포-스페로이드 (cell-spheroid) 제조용 조성물을 이용하므로, 본 명세서 기재의 과도한 복잡성을 피하기 위해 중복되는 내용을 원용하며, 그 기재를 생략한다.Since the method for producing a hybrid 3D cell structure of the present invention uses a composition for producing cell-spheroids, which is another aspect of the present invention, redundant content is used to avoid excessive complexity of the description in the present specification, and the Omit the description.
본 발명의 여전히 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음을 포함하는 하이브리드 혈관화 인공 골 조직을 제공한다:According to yet another aspect of the present invention, the present invention provides a hybrid vascularized artificial bone tissue comprising:
(i) 탈미네랄화 및 탈세포화 된 골조직-유래 세포외기질, β-TCP 및 줄기세포를 포함하는 스트럿; 및(i) Struts containing demineralized and decellularized bone tissue-derived extracellular matrix, β-TCP, and stem cells; and
(ii) 혈관내피세포 (endothelial cell)를 포함하는 오일 액적;(ii) oil droplets containing endothelial cells;
상기 스트럿은 그루브(groove) 구조를 포함하고, 상기 그루브 구조 위에 상기 오일 액적이 배치된 것인, 하이브리드 혈관화 인공 골 조직.The strut includes a groove structure, and the oil droplet is disposed on the groove structure.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 줄기세포는 중간엽줄기세포이다. 상기 중간엽줄기세포는 지방유래줄기세포이나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 지방유래 줄기세포는 인간 지방유래 줄기세포(human adipose-derived stem cell; hASC)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the stem cells are mesenchymal stem cells. The mesenchymal stem cells are adipose-derived stem cells, but are not limited thereto. The adipose-derived stem cells may be human adipose-derived stem cells (hASC).
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 혈관내피세포는 제대정맥 혈관내피세포이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제대정백 혈관내피세포는 인간 제대정백 혈관내피세포 (human umbilical vein endothelial cell; HUVEC)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the vascular endothelial cells are umbilical vein vascular endothelial cells, but are not limited thereto. The umbilical vein endothelial cells may be human umbilical vein endothelial cells (HUVEC).
본 발명자들은 상기 하이브리드 혈관화 인공 조직이 우수한 혈관형성 및 골형성 활성을 나타냄을 in vitro 및 in vivo 모두에서 확인하였다.The present inventors confirmed that the hybrid vascularized artificial tissue exhibited excellent angiogenic and osteogenic activities both in vitro and in vivo .
본 발명의 하이브리드 혈관화 인공 골 조직은 본 발명의 다른 일 양태인 세포-스페로이드 제조용 조성물을 이용해 본 발명의 또 다른 일 양태인 하이브리드 3D 세포 구조체의 제조 방법에 의해 제조되므로, 본 명세서 기재의 과도한 복잡성을 피하기 위해 중복되는 내용을 원용하며, 그 기재를 생략한다.Since the hybrid vascularized artificial bone tissue of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a hybrid 3D cell structure, which is another aspect of the present invention, using a composition for producing a cell-spheroid, which is another aspect of the present invention, the excessive amount described in the present specification is used. To avoid complexity, duplicate content is used and its description is omitted.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:The features and advantages of the present invention are summarized as follows:
(a) 본 발명은 오일 (oil) 및 세포를 포함하는 세포-스페로이드 (cell-spheroid) 제조용 조성물을 제공한다. (a) The present invention provides a composition for producing a cell-spheroid containing oil and cells.
(b) 본 발명은 하이브리드 3D 세포 구조체(hybrid three-dimensional cell construct)를 제공한다. (b) The present invention provides a hybrid three-dimensional cell construct.
(c) 본 발명은 하이브리드 3D 세포 구조체의 제조 방법을 제공한다.(c) The present invention provides a method for manufacturing a hybrid 3D cell structure.
(d) 본 발명은 하이브리드 혈관화 인공 골 조직을 제공한다.(d) The present invention provides a hybrid vascularized artificial bone tissue.
(b) 본 발명의 오일 및 세포를 포함하는 세포-스페로이드 제조용 조성물을 이용하는 경우, 세포-스페로이드의 손실과 손상을 방지하면서 이의 크기와 위치를 정밀하게 제어할 수 있는 세포-스페로이드를 포함하는 하이브리드 세포 구조체를 제조할 수 있어, 혈관화된 골조직뿐만 아니라 혈관이나 신경 등 다양한 조직이 포함된 복합 조직을 제조하는 데에 유용하게 활용될 수 있다.(b) When using the composition for producing cell-spheroids containing the oil and cells of the present invention, it contains cell-spheroids whose size and position can be precisely controlled while preventing loss and damage of the cell-spheroids. Since it is possible to manufacture a hybrid cell structure, it can be usefully used to manufacture complex tissues containing various tissues such as blood vessels and nerves as well as vascularized bone tissue.
도 1은 세포가 포함된 미네랄 오일 및 하이브리드 바이오프린팅 기술을 이용한 세포-스페로이드가 포함된 세포 구조체 제작 모식도를 나타낸다.
도 2는 미네랄 오일을 이용해 세포-스페로이드를 형성하는 3D 세포-응집 공정에 대한 모식도 및 이를 이용해 형성한 세포-스페로이드를 기존의 세포-스페로이드 형성 방법인 아가로스 마이크로웰 공정에 의해 형성된 세포-스페로이드와 비교 평가한 결과를 나타낸다.
도 3은 미네랄 오일 유량 및 노즐 이동 속도에 따른 세포-스페로이드 크기 제어 분석 결과를 나타낸다.
도 4는 하이브리드 바이오프린팅 기술을 이용한 세포-스페로이드가 포함된 하이브리드 구조체의 in situ 제작 결과를 나타낸다.
도 5는 세포-스페로이드가 포함된 하이브리드 구조체의 in vitro 에서 혈관 형성 및 골조직 형성 효과를 나타낸다.
도 6은 세포-스페로이드가 포함된 하이브리드 구조체의 in vivo 에서 새로운 뼈, 혈관 형성 및 성숙한 뼈 형성 효과를 나타낸다.Figure 1 shows a schematic diagram of manufacturing a cell structure containing cell-spheroids using cell-containing mineral oil and hybrid bioprinting technology.
Figure 2 is a schematic diagram of the 3D cell-aggregation process for forming cell-spheroids using mineral oil, and the cells-spheroids formed using this are cells formed by the agarose microwell process, which is a conventional cell-spheroid formation method. -Represents the results of comparative evaluation with spheroids.
Figure 3 shows the results of analysis of cell-spheroid size control according to mineral oil flow rate and nozzle movement speed.
Figure 4 shows the results of in situ fabrication of a hybrid structure containing cell-spheroids using hybrid bioprinting technology.
Figure 5 shows the in vitro blood vessel formation and bone tissue formation effects of the hybrid structure containing cell-spheroids.
Figure 6 shows the in vivo effects of hybrid structures containing cell-spheroids on new bone, blood vessel formation, and mature bone formation.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .
실시예Example
제조예 1: 세포-로딩 바이오잉크 (cell-loaded bioink)의 제조 Preparation Example 1: Preparation of cell-loaded bioink
1-1. 사람 지방유래 줄기세포 (hASC) 배양1-1. Human adipose-derived stem cell (hASC) culture
사람 지방유래 줄기세포 (hASC; human adipose stem cell; Lonza)는 DMEM-L (Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium-low glucose; Sigma-Aldrich), 10% FBS (fetal bovine serum; BioWest) 및 1% 페니실린-스트렙토마이신 (Thermo-Fisher Scientific)으로 이루어진 성장 배지 (growth medium, GM)를 배양 배지로 하여 37℃ 및 5% CO2 조건에서 배양하였다. 배양 배지는 2일마다 교체하였다. Human adipose-derived stem cells (hASC; human adipose stem cell; Lonza) were grown in DMEM-L (Dulbecco's Modified Eagle's Medium-low glucose; Sigma-Aldrich), 10% FBS (fetal bovine serum; BioWest), and 1% penicillin-streptomycin. Growth medium (GM) consisting of (Thermo-Fisher Scientific) was used as a culture medium and cultured at 37°C and 5% CO 2 conditions. Culture medium was changed every 2 days.
1-2. BdECM의 제조1-2. Preparation of BdECM
1-2-1. 탈미네랄화 (demineralization)1-2-1. demineralization
골-특이적 바이오잉크를 제조하기 위해 요크셔 돼지의 뒷다리로부터 골조직을 분리하고 부수어 골 분말(bone powder)로 만든 다음 DPBS (Dulbecco’s phosphate-buffered salin; BioWest) 및 탈이온수(deionized water, DW)로 여러 번 세척하였다. 상기 골 분말에 0.5 M HCl (Sigma-Aldrich)을 27℃에서 5시간 동안 교반과 함께 처리하여 미네랄을 제거하였다. 남은 용액을 제거한 다음, 미네랄이 제거된 골 분말을 DW로 최소한 3회 세척하였다. 골 분말에 남아 있는 지질은 클로로폼 및 메탄올을 1:1의 비율로 포함하는 용액을 1시간 동안 처리하여 제거하였다. 그런 다음 메탄올로 5회 세척하고 DW로 세척한 다음, 미네랄이 제거된 골기질(demineralized bone matrix, DBM)을 탈세포화 (decellularization) 전까지 -80℃에서 보관하였다.To prepare bone-specific bioink, bone tissue was isolated from the hind limbs of Yorkshire pigs, crushed into bone powder, and then processed with DPBS (Dulbecco's phosphate-buffered salin; BioWest) and deionized water (DW). Washed three times. The bone powder was treated with 0.5 M HCl (Sigma-Aldrich) at 27°C for 5 hours with stirring to remove minerals. After removing the remaining solution, the demineralized bone powder was washed at least three times with DW. The lipids remaining in the bone powder were removed by treatment with a solution containing chloroform and methanol in a 1:1 ratio for 1 hour. Then, it was washed five times with methanol and DW, and then the demineralized bone matrix (DBM) was stored at -80°C until decellularization.
1-2-2. 탈세포화 (decellularization)1-2-2. decellularization
세포를 제거하기 위해 동결 건조된 DBM을 0.05% 트립신-0.02% EDTA (trypsin-ethylenediamine tetra-acetic acid; TE) 용액에 넣고 2시간 동안 37℃에서 인큐베이션하였다. TE 용액을 제거한 다음, DBM 분말을 DW로 3회 세척하고 70% 에탄올에 1일 동안 담갔다. 그런 다음, 분말을 DW로 3회 세척하고, 동결 건조하여 가용화(solubilization) 전까지 -80℃에서 보관하였다. To remove cells, freeze-dried DBM was placed in 0.05% trypsin-0.02% EDTA (trypsin-ethylenediamine tetra-acetic acid; TE) solution and incubated at 37°C for 2 hours. After removing the TE solution, the DBM powder was washed three times with DW and soaked in 70% ethanol for 1 day. Then, the powder was washed three times with DW, freeze-dried, and stored at -80°C until solubilization.
1-2-3. 가용화 (solubilization)1-2-3. Solubilization
동결 건조되고 세포가 제거된 조직을 펩신 용액(pepsin solution, 0.5 M 아세트산 중 0.1% w/v; Sigma-Aldrich)으로 2시간 동안 실온에서 분해시켰다. 용액을 3일 동안 4℃에서 투석하였다(1000 kDa molecular cut-off, Spectrum Chemical Manufacturing). 투석된 가용성 골 dECM을 동결 건조하고 다음 실험 전까지 -80℃에서 보관하였다. 이를 BdECM (porcine bone-derived decellularized extracellular matrix)라고 지칭하였다.Freeze-dried, decellularized tissues were digested with pepsin solution (0.1% w/v in 0.5 M acetic acid; Sigma-Aldrich) for 2 hours at room temperature. The solution was dialyzed at 4°C for 3 days (1000 kDa molecular cut-off, Spectrum Chemical Manufacturing). The dialyzed soluble bone dECM was freeze-dried and stored at -80°C until the next experiment. This was referred to as BdECM (porcine bone-derived decellularized extracellular matrix).
1-3. BdECM 하이드로겔의 제조1-3. Preparation of BdECM hydrogels
상기 제조예 1-2에서 수득한 BdECM을 DW에 용해한 다음, 10×DMEM (Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium; Sigma-Aldrich)과 1:1의 비율로 혼합하여 BdECM 하이드로겔을 제조하였다. The BdECM obtained in Preparation Example 1-2 was dissolved in DW and then mixed with 10×DMEM (Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium; Sigma-Aldrich) at a ratio of 1:1 to prepare a BdECM hydrogel.
1-4. hASC-로딩 바이오잉크의 제조1-4. Preparation of hASC-loaded bioink
상기 제조예 1-3으로부터 수득한 BdECM 하이드로겔에 β-TCP (β-tricalcium phosphate) 및 상기 제조예 1-1에 기재된 방법으로 배양한 1.2 × 107 세포/mL의 hASC를 혼합함으로써 hASC-로딩 바이오잉크를 제조하였다. BdECM 및 β-TCP의 최종 농도는 각각 50 mg/mL 및 200 mg/mL이었다. hASC-로딩 바이오잉크는 상기 제조예 1-1에 기재된 GM을 배양 배지로 하여 37℃ 및 5% CO2 조건에서 배양하였고, 배양 배지는 2일마다 교체하였다.hASC-loading by mixing β-TCP (β-tricalcium phosphate) with the BdECM hydrogel obtained from Preparation Example 1-3 and 1.2 × 10 7 cells/mL of hASCs cultured by the method described in Preparation Example 1-1 Bioink was prepared. The final concentrations of BdECM and β-TCP were 50 mg/mL and 200 mg/mL, respectively. The hASC-loaded bioink was cultured at 37°C and 5% CO 2 using the GM described in Preparation Example 1-1 as a culture medium, and the culture medium was changed every 2 days.
제조예 2: 미네랄 오일을 이용한 세포-스페로이드 (cell-spheroid)의 제조 Preparation Example 2: Preparation of cell-spheroid using mineral oil
본 발명자들은 기존의 바이오프린팅 공정에 순간적이고 단순하게 결합될 수 있는 세포-스페로이드를 제조하고자 하였다. 이러한 세포-스페로이드를 수득하기 위해서, 본 발명자들은 미네랄 오일 중의 내피세포(endothelial cell, EC) 혼합물 액적이 하이드로겔이나 제한된 구조로 방출되는 자발적인 3D 세포 응집 공정(three-dimensional cell aggregation process)을 개발하였다.The present inventors attempted to manufacture cell-spheroids that can be instantly and simply incorporated into the existing bioprinting process. To obtain these cell-spheroids, we developed a spontaneous three-dimensional cell aggregation process in which droplets of endothelial cell (EC) mixture in mineral oil are released into a hydrogel or confined structure. did.
2-1. 사람 제대정맥혈관내피세포 (HUVEC) 배양2-1. Human umbilical vein endothelial cell (HUVEC) culture
사람 제대정맥혈관내피세포 (HUVEC; human umbilical vein endothelial cell; Lonza)는 EGMTM-2 endothelial SingleQuotsTM 키트 (Lonza) 및 1% 페니실린-스트렙토마이신이 보충된 EBMTM-2 (Lonza)를 배양 배지로 하여 37℃ 및 5% CO2 조건에서 배양하였다. 배양 배지는 2일마다 교체하였다. Human umbilical vein endothelial cells (HUVEC; Lonza) were cultured using EGM TM -2 endothelial SingleQuots TM kit (Lonza) and EBM TM -2 (Lonza) supplemented with 1% penicillin-streptomycin as culture medium. It was cultured at 37°C and 5% CO 2 conditions. Culture medium was changed every 2 days.
2-2. BdECM 하이드로겔에서 세포-스페로이드의 제조2-2. Preparation of cell-spheroids from BdECM hydrogels
미네랄 오일 (Sigma-Aldrich)에 상기 제조예 2-1에 기재된 방법으로 배양한 1.2 × 107 세포/mL의 HUVEC을 첨가하였다. 48-웰 플레이트에 상기 제조예 1로부터 수득한 BdECM 하이드로겔 5 wt%를 넣고, 0.5 × 107 세포/mL 내지 3.0 × 107 세포/mL의 HUVEC을 포함하는 약 0.05 μL의 미네랄 오일을 마이크로피펫 (Gilson)으로 BdECM 하이드로겔에 올렸다. 세포 배양을 위해서 GM을 배양 배지로 사용하고, 2일마다 교체하였다.1.2 × 10 7 cells/mL of HUVECs cultured by the method described in Preparation Example 2-1 were added to mineral oil (Sigma-Aldrich). Put 5 wt% of the BdECM hydrogel obtained from Preparation Example 1 in a 48-well plate, and add about 0.05 μL of mineral oil containing 0.5 × 10 7 cells/mL to 3.0 × 10 7 cells/mL of HUVEC using a micropipette. (Gilson) and loaded onto BdECM hydrogel. For cell culture, GM was used as a culture medium and changed every two days.
도 2의 A 상단에 나타낸 바와 같이, HUVEC-함유 미네랄 오일 액적(droplet)이 BdECM 하이드로겔에 임베딩(embedding)되었으며, 3D (three-dimensional) 세포 응집 공정은 하이드로겔의 정수압(hydrostatic pressure)으로 인해 안정적으로 형성될 수 있었다. 세포-함유 오일 액적에서 초기 상태(In situ)에서는 세포는 액적-유사 단일층(droplet-like monolayer)으로 분포되어 있었으나, 72시간 후에는 세포는 완전히 응집되었고 스페로이드를 형성하였다.As shown in the upper part of Figure 2A, HUVEC-containing mineral oil droplets were embedded in the BdECM hydrogel, and the three-dimensional (3D) cell aggregation process occurred due to the hydrostatic pressure of the hydrogel. could be formed stably. In the cell-containing oil droplets, the cells were distributed as a droplet-like monolayer in the initial state ( in situ ), but after 72 hours, the cells completely aggregated and formed spheroids.
미네랄 오일 액적 내 세포는 배양 동안 이동하여 견고한 구 모양을 형성하고 구 모양을 72시간 동안 유지하였으므로, 본 발명자들은 미네랄 오일 액적을 이용한 바이오제작 공정을 통해 종래의 세포-스페로이드를 제작하는 현적 배양 기술(hanging drop technique)과 유사하게 세포 배양 72시간 이내에 성공적으로 세포-스페로이드를 수득할 수 있음을 확인하였다.Since the cells in the mineral oil droplets moved during culture to form a solid sphere shape and maintained the sphere shape for 72 hours, the present inventors used a drop culture technology to produce conventional cell-spheroids through a biofabrication process using mineral oil droplets. It was confirmed that cell-spheroids could be successfully obtained within 72 hours of cell culture, similar to the hanging drop technique.
제조예 3: 하이브리드 바이오프린팅 기술을 이용한 세포-스페로이드가 포함된 세포 구조체의 제작Preparation Example 3: Production of cell structure containing cell-spheroids using hybrid bioprinting technology
세포 구조체를 제작하기 위해서 바이오프린팅 공정을 수행하였다. AD3000C 디스펜서(Ugin-tech) 및 두 개의 노즐(nozzle)이 구비된 듀얼-배럴(dual-barrel)로 이루어진 3D 바이오프린팅 시스템(DTR3-2210 T-SG; DASA Robot)을 통제된 온도에서 사용하였다. 배럴 및 노즐은 25℃로 유지하고 프린팅 플레이트(printing plate)는 37℃로 유지하였다.A bioprinting process was performed to produce the cell structure. A 3D bioprinting system (DTR3-2210 T-SG; DASA Robot) consisting of an AD3000C dispenser (Ugin-tech) and a dual-barrel equipped with two nozzles was used at controlled temperature. The barrel and nozzle were maintained at 25°C and the printing plate was maintained at 37°C.
본 발명자들은 바이오프린팅된 스트럿(strut)과 세포-스페로이드가 쉽게 결합되어 혈관화된 뼈 조직을 재생하는 하이브리드 세포 구조체를 수득할 수 있는 다음과 같은 신규한 바이오제작(biofabrication) 방법을 개발하였다.The present inventors developed the following novel biofabrication method in which bioprinted struts and cell-spheroids can be easily combined to obtain a hybrid cell structure that regenerates vascularized bone tissue.
3-1. BdECM/β-TCP/hASC 바이오잉크의 바이오프린팅3-1. Bioprinting of BdECM/β-TCP/hASC bioink
BdECM/β-TCP/hASC 바이오잉크는 25G 노즐에서 5 mm/s의 프린팅 속도(printing speed) 및 90 kPa의 공기압(pneumatic pressure)으로 프린팅되었다. 프린팅 결과 그루브(groove) 형태의 BdECM/β-TCP/hASC 스트럿(strut)을 형성하였다. 그루브 형태는 적어도 두 개의 스트럿이 서로 평행하거나 다양한 각도, 30°(degree), 60°, 90° 등으로 서로 교차하도록 프린팅되어 형성된 오목한 구조이다.BdECM/β-TCP/hASC bioink was printed at a printing speed of 5 mm/s and pneumatic pressure of 90 kPa in a 25G nozzle. As a result of printing, groove-shaped BdECM/β-TCP/hASC struts were formed. The groove shape is a concave structure formed by printing at least two struts parallel to each other or crossing each other at various angles, such as 30° (degree), 60°, 90°, etc.
3-2. BdECM/β-TCP/hASC 스트럿 위에 HUVEC-함유 미네랄 오일 액적의 배치3-2. Placement of HUVEC-containing mineral oil droplets onto BdECM/β-TCP/hASC struts.
HUVEC-함유 미네랄 오일 액적은 30G 노즐에서 5 mm/s의 프린팅 속도 및 3.8 μL/분의 오일 플로우 속도로 프린팅되어, 상기 제조예 3-1에서 수득한 스트럿의 그루브 형태 위에 배치되었다.HUVEC-containing mineral oil droplets were printed at a printing speed of 5 mm/s and an oil flow rate of 3.8 μL/min in a 30G nozzle and placed on the grooved shape of the strut obtained in Preparation Example 3-1 above.
3-3.3-3. HUVEC-함유 미네랄 오일 액적 위에 BdECM/β-TCP/hASC 스트럿의 바이오프린팅Bioprinting of BdECM/β-TCP/hASC struts onto HUVEC-containing mineral oil droplets.
상기 제조예 3-2에 기재된 바와 같이, BdECM/β-TCP/hASC 스트럿의 그루브 형태 위에 배치된 HUVEC-함유 미네랄 오일 액적 위로 상기 제조예 3-1에 기재된 방법으로 다시 BdECM/β-TCP/hASC 스트럿을 바이오프린팅하였다.As described in Preparation Example 3-2 above, The BdECM/β-TCP/hASC strut was bioprinted again by the method described in Preparation Example 3-1 above onto the HUVEC-containing mineral oil droplet placed on the grooved shape of the BdECM/β-TCP/hASC strut.
3-4. 3D 세포 구조체(cell construct)의 완성3-4. Completion of 3D cell construct
상기 제조예 3-1 내지 제조예 3-3의 과정을 여러 번 반복함으로써 3D 세포 구조체를 완성하였다. 세포 구조체의 BdECM/β-TCP/hASC 스트럿 위에 배치된 HUVEC-함유 미네랄 오일 액적에서는 시간이 지남에 따라 내피세포(endothelial cell; EC)-스페로이드가 형성된다.The 3D cell structure was completed by repeating the processes of Preparation Example 3-1 to Preparation Example 3-3 several times. Endothelial cell (EC)-spheroids are formed over time from HUVEC-containing mineral oil droplets placed on the BdECM/β-TCP/hASC struts of the cellular construct.
비교예 1: 아가로스 마이크로-웰(microwell)을 사용한 기존의 세포-스페로이드Comparative Example 1: Conventional cell-spheroid using agarose micro-well (microwell)
지름이 약 200 μm인 기존의 EC (endothelial cell) 스페로이드는 Cells. 2021에 기재된 사항에 따라 비부착성 아가로스 몰드(agarose mold)를 이용하여 제작하였다(Horder H et al. Cells. 2021; 10: 803.). 아가로스 2% (Invitrogen)를 DPBS에 용해하여 아가로스 몰드를 수득하였다. 몰드 당 2.56 × 105 세포의 HUVEC을 아가로스 몰드에서 3일 동안 GM을 배양 배지로 하여 37℃에서 배양하였다(도 2의 A 하단 그림 참조).Conventional EC (endothelial cell) spheroids with a diameter of approximately 200 μm are called Cells . It was manufactured using a non-adherent agarose mold according to the instructions described in 2021 (Horder H et al. Cells. 2021; 10: 803.). An agarose mold was obtained by dissolving 2% agarose (Invitrogen) in DPBS. HUVECs with 2.56
비교예 2: 대조군 세포 구조체Comparative Example 2: Control cell construct
대조군 세포 구조체를 제조하기 위해, 세포-스페로이드의 형성 없이, 0.8 × 107 세포/mL의 HUVEC 및 1.2 × 107 세포/mL의 hASC를 50 mg/mL의 BdECM 및 200 mg/mL의 β-TCP와 혼합하였다. 바이오잉크를 프린팅하는 조건은 상술한 제조예 1과 동일하게 하였다. 대조군 세포 또한 GM을 배양 배지로 하여 37℃ 및 5% CO2 조건에서 배양하였고, GM을 2일마다 교체하였다. To prepare control cell constructs, 0.8 × 10 7 cells/mL of HUVECs and 1.2 × 10 7 cells/mL of hASCs were incubated with 50 mg/mL of BdECM and 200 mg/mL of β-spheroids without formation of cell-spheroids. Mixed with TCP. The conditions for printing bioink were the same as in Preparation Example 1 described above. Control cells were also cultured at 37°C and 5% CO 2 using GM as a culture medium, and GM was replaced every 2 days.
실시예 1: 본 발명의 3D 세포 응집 공정 및 종래의 아가로스 몰드 공정에 의한 세포-스페로이드 형성 비교 평가Example 1: Comparative evaluation of cell-spheroid formation by the 3D cell aggregation process of the present invention and the conventional agarose mold process
본 실시예에서는 기존의 아가로스 몰드 공정과 비교하여 신규한 3D 세포 응집 공정에 의해 형성된 세포-스페로이드의 특성을 비교 평가하였다.In this example, the characteristics of cell-spheroids formed by the novel 3D cell aggregation process were compared and evaluated compared to the existing agarose mold process.
1-1. 세포-스페로이드 내 세포 생존 여부 확인1-1. Confirmation of cell survival within cell-spheroids
1-1-1. 세포 생존 여부 확인 방법1-1-1. How to Check for Cell Viability
세포-스페로이드의 세포 생존 여부를 조사하기 위해서, 상기 제조예 2에 기재된 방법 (3D 세포-응집 공정) 또는 상기 비교예 1에 기재된 방법 (종래의 마이크로웰 공정)으로 HUVEC을 3일간 배양하여 세포-스페로이드를 형성하였다. 각각의 세포-스페로이드를 0.15 mM의 calcein AM (Invitrogen) 및 2 mM의 ethidium homodimer-1 (Invitrogen)으로 염색하였다. LSM 700 공초점 현미경 (LSM 700 confocal microscope; Carl Zeiss)을 이용하여 형광 이미지를 수득하였다. Calcein AM에 의해 염색되어 초록색 형광을 띠는 경우 세포는 살아 있고, ethidium homodimer-1에 의해 염색되어 빨간색 형광을 띠는 경우에는 세포는 죽어 가고 있거나 또는 죽은 것이다. 그 결과는 도 2의 A 하단에 나타내었다.In order to investigate cell survival of cell-spheroids, HUVECs were cultured for 3 days using the method described in Preparation Example 2 (3D cell-aggregation process) or the method described in Comparative Example 1 (conventional microwell process) to produce cells. -Spheroids were formed. Each cell-spheroid was stained with 0.15 mM calcein AM (Invitrogen) and 2 mM ethidium homodimer-1 (Invitrogen). Fluorescence images were obtained using an LSM 700 confocal microscope (Carl Zeiss). When stained with Calcein AM and show green fluorescence, the cell is alive. When stained with ethidium homodimer-1 and show red fluorescence, the cell is dying or dead. The results are shown at the bottom of A in Figure 2.
1-1-2. 세포 생존 여부 관찰 결과1-1-2. Cell survival observation results
도 2의 A 하단에 나타낸 바와 같이, 두 공정에 의해 형성된 세포-스페로이드 내 세포 대부분 초록색 형광을 띠고 빨간색 형광은 거의 띠지 않아, 두 경우 모두 동일하게 세포가 살아 있음을 확인하였다.As shown at the bottom of Figure 2A, most of the cells in the cell-spheroid formed by the two processes showed green fluorescence and almost no red fluorescence, confirming that the cells were equally alive in both cases.
1-2. 세포-스페로이드의 형태 평가1-2. Morphological evaluation of cell-spheroids
1-2-1. 세포 염색 방법1-2-1. Cell staining method
세포-스페로이드의 형태를 관찰하기 위해, 핵은 DAPI (diamidino-2-phenylindole; Invitrogen)로 염색하고, F-actin은 Alexa Fluor 594-conjugated phalloidin (Invitrogen)으로 염색하였다. 염색 방법을 간략하게 설명하면, 세포를 10% NBF (neutral buffered formalin; Sigma-Aldrich)에서 30분 동안 고정하고, 0.1% Triton X-100 (Sigma-Aldrich)에서 10분 동안 37℃에서 투과시켰다. DPBS로 각각 1:100으로 희석한 DAPI 및 phalloidin을 포함하는 염색 용액을 세포에 1시간 동안 37℃에서 처리하였다. 염색 결과는 공초점 현미경을 통해 핵은 파란색 형광으로 F-actin은 빨간색 형광으로 수득하였다. DPBS로 각각 1:100으로 희석한 DAPI 및 phalloidin을 포함하는 염색 용액을 세포에 1시간 동안 37℃에서 처리하였다. 염색 결과는 공초점 현미경을 통해 핵은 파란색 형광으로 F-actin은 빨간색 형광으로 수득하였다. To observe the morphology of cell-spheroids, nuclei were stained with DAPI (diamidino-2-phenylindole; Invitrogen), and F-actin was stained with Alexa Fluor 594-conjugated phalloidin (Invitrogen). Briefly explaining the staining method, cells were fixed in 10% NBF (neutral buffered formalin; Sigma-Aldrich) for 30 minutes and permeabilized in 0.1% Triton X-100 (Sigma-Aldrich) for 10 minutes at 37°C. The cells were treated with a staining solution containing DAPI and phalloidin, each diluted 1:100 with DPBS, for 1 hour at 37°C. The staining results were obtained through a confocal microscope, with blue fluorescence for the nucleus and red fluorescence for F-actin. The cells were treated with a staining solution containing DAPI and phalloidin, each diluted 1:100 with DPBS, for 1 hour at 37°C. The staining results were obtained through a confocal microscope, with blue fluorescence for the nucleus and red fluorescence for F-actin.
또한, 내피세포(endothelial cell)의 세포간 경계에 위치하는 것으로 알려진 Ve-Cadherin의 발현을 면역형광 염색을 통해 확인하여 세포-스페로이드의 형태를 조사하였다. 간략하게, 세포를 10% NBF (neutral buffered formalin; Sigma-Aldrich)에서 1시간 동안 고정하고, 2% BSA (bovine serum albumin; Sigma-Aldrich)에서 2시간 동안 블로킹(blocking)한 다음, 2% Triton X-100 (Sigma-Aldrich)에서 2시간 동안 투과시켰다. 그런 다음, 5 μg/mL의 항-마우스 Ve-cadherin 1차 항체 (Invitrogen)을 밤새(overnight) 4℃에서 처리한 후, Alexa Fluor 488-컨쥬게이티드 항-마우스 2차 항체(DPBS에서 1:50으로 희석함; Invitrogen)를 1시간 동안 처리하였다. 그런 다음, DPBS 중 5 μM의 DAPI로 대비염색(counterstain)하고 공초점 현미경으로 형광 이미지를 수득하였다. 그 결과는 도 2의 A 하단에 나타내었다. In addition, the expression of Ve-Cadherin, which is known to be located at the intercellular border of endothelial cells, was confirmed through immunofluorescence staining to investigate the morphology of cell-spheroids. Briefly, cells were fixed in 10% NBF (neutral buffered formalin; Sigma-Aldrich) for 1 hour, blocked in 2% BSA (bovine serum albumin; Sigma-Aldrich) for 2 hours, and then incubated with 2% Triton. Permeabilized for 2 hours in X-100 (Sigma-Aldrich). Then, it was treated with 5 μg/mL anti-mouse Ve-cadherin primary antibody (Invitrogen) overnight at 4°C, followed by Alexa Fluor 488-conjugated anti-mouse secondary antibody (1:1 in DPBS). Diluted to 50; Invitrogen) was treated for 1 hour. Then, counterstained with 5 μM DAPI in DPBS and fluorescence images were obtained by confocal microscopy. The results are shown at the bottom of A in Figure 2.
1-2-2. 세포 염색 결과1-2-2. Cell staining results
도 2의 A 하단에 나타낸 바와 같이, 두 공정에 의해 형성된 세포-스페로이드가 유사한 F-actin과 Ve-cadherin 발현 양상을 나타내므로, 두 세포-스페로이드는 유사한 세포 형태를 나타냄을 확인하였다. As shown at the bottom of Figure 2A, since the cell-spheroids formed by the two processes showed similar F-actin and Ve-cadherin expression patterns, it was confirmed that the two cell-spheroids showed similar cell morphologies.
또한, 공초점 현미경으로 측정 결과, 본 발명에 따른 3D 세포 응집 공정에 의해 형성된 세포-스페로이드의 지름 크기는 약 206.1±11.3 μm이었고, 종래의 아가로스 몰드를 이용한 마이크로웰 공정에 의해 형성된 세포-스페로이드의 지름 크기는 약 203.0±4.2 μm로 스페로이드의 크기 또한 유사하였다.In addition, as a result of measurement using a confocal microscope, the diameter size of the cell-spheroid formed by the 3D cell aggregation process according to the present invention was about 206.1 ± 11.3 μm, and the cell-spheroid formed by the microwell process using a conventional agarose mold was about 206.1 ± 11.3 μm. The diameter size of the spheroids was approximately 203.0 ± 4.2 μm, and the sizes of the spheroids were also similar.
1-3. 세포-스페로이드 내 세포 함량 평가 1-3. Evaluation of cell content within cell-spheroids
1-3-1. 세포 수 측정 방법 - MTT 분석 1-3-1. Cell Count Method - MTT Assay
다음으로, 세포-스페로이드 내 세포 함량, 즉 세포 수를 측정하기 위해, Cell Proliferation Kit I (Boehringer Mannheim)을 이용하여 MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyltetrazolium bromide) 분석을 수행하였다. 각 세포-스페로이드를 DPBS로 3회 세척한 다음, 4시간 동안 37℃에서 MTT 용액을 처리하여, 대사적으로 활성인 세포(metabolically active cell)로부터 보라색의 formazan 결정이 생성되도록 유도하였다. 그런 다음, SDS (sodium dodecyl sulfate)-함유 가용화 용액을 첨가하여 결정을 용해시켰다. 결정이 용해된 용액의 OD (optical density) 값을 마이크로플레이트 리더기(microplate reader; EpochTM; BioTek)를 이용하여 570 nm에서 측정하였다. 결과는 평균±SD (standard deviation)로 표기하여 도 2의 B에 나타내었다.Next, to measure the cell content, i.e. the number of cells, in the cell-spheroid, MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5- using Cell Proliferation Kit I (Boehringer Mannheim) diphenyltetrazolium bromide) analysis was performed. Each cell-spheroid was washed three times with DPBS and then treated with MTT solution at 37°C for 4 hours to induce the production of purple formazan crystals from metabolically active cells. Then, sodium dodecyl sulfate (SDS)-containing solubilization solution was added to dissolve the crystals. The OD (optical density) value of the solution in which the crystals were dissolved was measured at 570 nm using a microplate reader (Epoch TM ; BioTek). The results were expressed as mean ± SD (standard deviation) and shown in B of Figure 2.
1-3-2. 세포 수 측정 결과1-3-2. Cell count measurement results
도 2의 B에 나타낸 바와 같이, 종래의 마이크로웰 공정과 본 발명에 따른 3D 세포 응집 공정에 의해 형성된 세포-스페로이드 당 세포의 수 사이에는 통계학적으로 유의한 차이가 없었다.As shown in Figure 2B, there was no statistically significant difference between the number of cells per cell-spheroid formed by the conventional microwell process and the 3D cell aggregation process according to the present invention.
1-4. 세포-스페로이드에 의해 분비된 성장 인자 평가1-4. Evaluation of growth factors secreted by cell-spheroids
두 공정에 의해 형성된 세포-스페로이드와 비슷한 세포 밀도를 나타내는 단일 층의 single cell과 두 세포-스페로이드의 성장 인자 분비량을 비교하였다.The growth factor secretion amount of a single cell in a single layer showing a similar cell density to the cell-spheroid formed by the two processes and the two cell-spheroids were compared.
1-4-1. ELISA 분석 방법1-4-1. ELISA analysis method
성장 인자 (growth factor) 분비 능력을 확인하기 위해서 ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) 분석을 VEGF (human vascular endothelial growth factor; Invitrogen) 및 MBP-2 (bone morphogenic protein 2; Antigenix)에 대해서 수행하였다. 단일 층의 HUVEC 세포와 두 공정에 의해 형성된 세포-스페로이드에 1 mL의 혈청이-없는(serum-free) DMEM-L을 1일 동안 37℃ 및 CO2 조건에서 처리하였다. ELISA 플레이트를 이용하여 conditioned media에서 마이크로플레이트를 이용하여 450 nm에서 OD 값을 측정하고, 농도를 알고 있는 스탠다드의 OD 값도 함께 측정하여 외삽법으로 VEGF 및 BMP-2 농도를 결정하였다. 그 결과는 도 2의 C 및 D에 나타내었다.To confirm growth factor secretion ability, ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) analysis was performed on VEGF (human vascular endothelial growth factor; Invitrogen) and MBP-2 (bone morphogenic protein 2; Antigenix). A single layer of HUVEC cells and cell-spheroids formed by two processes were treated with 1 mL of serum-free DMEM-L for 1 day at 37°C and CO 2 conditions. Using an ELISA plate, the OD value was measured at 450 nm using a microplate in conditioned media, and the OD value of a standard with known concentration was also measured to determine the VEGF and BMP-2 concentrations by extrapolation. The results are shown in Figure 2C and D.
1-4-2. ELISA 분석 결과1-4-2. ELISA analysis results
도 2의 C 및 D에 나타낸 바와 같이, 두 공정에 의해 형성된 세포-스페로이드와 비교하여, 단일 층의 single cell에서 103 세포 당 VEGF 및 BMP-2의 분비량 (pg)은 모두 통계학적으로 유의하게 낮았다. 그러나, 두 공정에 의해 형성된 두 세포-스페로이드 사이에서는 줄기세포의 골형성(osteogenesis)을 유도하는 VEGF 및 혈관형성(angiogenesis)을 유도하는 BMP-2의 분비량에 유의한 차이가 없었다.As shown in Figure 2 C and D, compared to the cell-spheroids formed by the two processes, the secretion amounts (pg) of VEGF and BMP-2 per 10 3 cells from a single cell in a single layer were all statistically significant. It was quite low. However, there was no significant difference in the secretion amount of VEGF, which induces osteogenesis of stem cells, and BMP-2, which induces angiogenesis, between the two cell-spheroids formed by the two processes.
1-5. 소결1-5. sintering
본 발명자들은 미네랄 오일을 이용한 신규한 3D 세포 응집 공정에 의해 형성한 세포-스페로이드가 종래의 세포-스페로이드 방법 중 하나인 아가로스 몰드를 이용한 마이크로웰 공정에 의해 형성된 세포-스페로이드와 세포 생존율, 스페로이드의 형태, 스페로이드 내 세포 수 및 성장 인자 분비에서 유의한 차이가 없음을 확인함으로써, 미네랄 오일을 이용한 신규한 3D 세포 응집 공정을 이용하는 경우 세포-스페로이드를 성공적으로 형성할 수 있음을 확인하였다.The present inventors found that cell-spheroids formed by a novel 3D cell aggregation process using mineral oil were compared to cell-spheroids formed by a microwell process using an agarose mold, which is one of the conventional cell-spheroid methods. , confirming that there was no significant difference in the shape of the spheroid, the number of cells within the spheroid, and secretion of growth factors, demonstrating that cell-spheroids can be successfully formed when using a novel 3D cell aggregation process using mineral oil. Confirmed.
실시예 2: 세포-스페로이드 크기 조절Example 2: Cell-Spheroid Size Control
일반적으로, 세포-스페로이드의 크기는 혈관형성(angiogenesis) 효율에 영향을 미치므로 세포-스페로이드 크기를 조절하는 요인을 찾기 위해, 본 발명자들은 상기 제조예 3-2에 기재된 바이오프린팅 조건에서 HUVEC-함유 미네랄 오일 액적(droplet)의 유량(flow rate)과 노즐 이동 속도(nozzle moving speed)를 달리한 다음, 3일간 배양 후 형성된 세포-스페로이드 크기를 조사하였다.In general, the size of cell-spheroids affects angiogenesis efficiency, so in order to find factors that control cell-spheroid size, the present inventors used HUVECs under the bioprinting conditions described in Preparation Example 3-2. -The flow rate and nozzle moving speed of the mineral oil-containing droplets were varied, and then the size of the cell-spheroids formed after culturing for 3 days was examined.
2-1. 미네랄 오일의 유량에 따른 세포-스페로이드 크기 조절2-1. Cell-spheroid size control according to the flow rate of mineral oil
노즐 이동 속도, 즉 프린팅 속도는 5.0 mm/s으로 고정하고 미네랄 오일의 유량을 1.1 μL/min, 2.3 μL/min 및 3.8μL/min으로 달리하여 HUVEC-함유 미네랄 오일 액적을 제조하였다. 그 결과 세포-스페로이드의 크기, 형태 및 스페로이드 내 세포 수는 calcein AM (초록색 형광, 세포가 살아 있음) 및 ethidium homodimer-1 (빨간색 형광, 세포가 죽음)으로 염색한 후 공초점 현미경으로 관찰하거나, 또는 DAPI (파란색) 및 F-actin (빨간색)으로 염색한 다음 공초점 현미경으로 관찰하여 확인하였다. 그 결과는 도 3의 A 및 B에 나타내었다.The nozzle movement speed, that is, the printing speed, was fixed at 5.0 mm/s, and HUVEC-containing mineral oil droplets were prepared by varying the flow rate of mineral oil at 1.1 μL/min, 2.3 μL/min, and 3.8 μL/min. As a result, the size, shape, and number of cells within the spheroid were observed under a confocal microscope after staining with calcein AM (green fluorescence, cells are alive) and ethidium homodimer-1 (red fluorescence, cells are dead). Alternatively, it was confirmed by staining with DAPI (blue) and F-actin (red) and then observing with a confocal microscope. The results are shown in Figure 3A and B.
도 3의 A에 나타낸 바와 같이, 미네랄 오일의 유량을 1.1 μL/min, 2.3 μL/min 및 3.8 μL/min으로 증가시킴에 따라 형성된 세포-스페로이드의 크기가 증가하였음을 확인할 수 있었고, 도 3의 B에 나타낸 바와 같이, 스페로이드 당 세포 수도 증가하는 것을 확인할 수 있었다.As shown in Figure 3A, it was confirmed that the size of the formed cell-spheroid increased as the flow rate of mineral oil was increased to 1.1 μL/min, 2.3 μL/min, and 3.8 μL/min, Figure 3 As shown in B, it was confirmed that the number of cells per spheroid increased.
2-2. 노즐 이동 속도에 따른 세포-스페로이드 크기 조절2-2. Cell-spheroid size control according to nozzle movement speed
다음으로는 미네랄 오일의 유량을 3.8 μL/min으로 고정하고, 노즐의 이동 속도, 즉 프린팅 속도를 4.0 mm/s, 5.0 mm/s, 7.5 mm/s 및 10.0 mm/s으로 달리하여 HUVEC-함유 미네랄 오일 액적을 제조하였다. 그 다음 세포-스페로이드의 크기, 형태 및 스페로이드 내 세포 수를 calcein AM (초록색 형광, 세포가 살아 있음) 및 ethidium homodimer-1 (빨간색 형광, 세포가 죽음)으로 염색한 후 공초점 현미경으로 관찰하거나, 또는 DAPI (파란색) 및 F-actin (빨간색)으로 염색한 다음 공초점 현미경으로 관찰하여 확인하였다. 그 결과는 도 3의 C 및 D에 나타내었다.Next, the flow rate of mineral oil was fixed at 3.8 μL/min, and the moving speed of the nozzle, i.e., the printing speed, was varied at 4.0 mm/s, 5.0 mm/s, 7.5 mm/s, and 10.0 mm/s to produce HUVEC-containing Mineral oil droplets were prepared. The size, shape, and number of cells within the spheroid were then stained with calcein AM (green fluorescence, cells alive) and ethidium homodimer-1 (red fluorescence, cells dead) and observed under a confocal microscope. Alternatively, it was confirmed by staining with DAPI (blue) and F-actin (red) and then observing with a confocal microscope. The results are shown in Figure 3C and D.
도 3의 C에 나타낸 바와 같이, 노즐의 이동 속도를 4.0 mm/s, 5.0 mm/s, 7.5 mm/s 및 10.0 mm/s으로 증가시킴에 따라 형성된 세포-스페로이드의 크기가 감소하였음을 확인할 수 있었고, 도 3의 D에 나타낸 바와 같이, 스페로이드 당 세포 수도 감소하는 것을 확인할 수 있었다.As shown in Figure 3C, it can be confirmed that the size of the formed cell-spheroid decreased as the moving speed of the nozzle was increased to 4.0 mm/s, 5.0 mm/s, 7.5 mm/s, and 10.0 mm/s. As shown in Figure 3D, it was confirmed that the number of cells per spheroid also decreased.
2-3. 최적의 미네랄 오일 유량 및 노즐 이동 속도 확인2-3. Determine optimal mineral oil flow rate and nozzle movement speed
다음으로 상기 실시예 2-1 및 2-2에서 확인한 미네랄 오일의 유량 및 노즐 이동 속도에 따라서 형성된 세포-스페로이드 크기를 조사함으로써 최적의 미네랄 오일의 유량 및 노즐 이동 속도 조합을 확인하고자 하였고, 그 결과는 도 3의 E에 나타내었다.Next, we sought to confirm the optimal combination of mineral oil flow rate and nozzle movement speed by examining the cell-spheroid size formed according to the mineral oil flow rate and nozzle movement speed confirmed in Examples 2-1 and 2-2. The results are shown in Figure 3E.
도 3의 E에 나타낸 그래프의 우측 바에 나타낸 바와 같이, 스페로이드 지름이 100 μm에서 300 μm으로 증가할수록 색이 파란색에서 빨간색으로 변하는 것으로 표시하였을 때, 그래프의 X-축인 노즐 이동 속도가 4.0 mm/s 내지 6.0 mm/s이고 그래프의 Y-축인 미네랄 오일 유량이 2 μL/min 내지 4 μL/min인 범위에 위치한 좌표의 원형 색이 분홍색으로, 이 경우에 가장 큰 지름의 스페로이드를 수득하는 것을 확인할 수 있었다.As shown in the right bar of the graph shown in Figure 3E, when the color changes from blue to red as the spheroid diameter increases from 100 μm to 300 μm, the nozzle movement speed, which is the X-axis of the graph, is 4.0 mm/ s to 6.0 mm/s and the Y-axis of the graph, the mineral oil flow rate is located in the range of 2 μL/min to 4 μL/min, and the circular color of the coordinates is pink, indicating that in this case, obtaining the spheroid with the largest diameter is indicated. I was able to confirm.
또한, 도 3의 E에 나타낸 그래프의 상단 범례에 나타낸 바와 같이, 분홍색에서 하늘색으로 그라데이션 된 색의 경우에는 액적이 안정적으로 스트럿에 배치되고, 짙은 회색인 경우에는 배치된 액적이 넘쳐 흐르며, 옅은 회색인 경우에는 액적 배치가 생략되는 결과를 얻었다.In addition, as shown in the top legend of the graph shown in Figure 3E, in the case of a color gradient from pink to light blue, the droplets are stably placed on the strut, in the case of dark gray, the placed droplets overflow, and in the case of light gray In this case, the result was that droplet placement was omitted.
본 발명자들은 미네랄 오일 유량이 2.3 μL/min이고 노즐의 이동 속도가 4.0 mm/s인 경우 또는 미네랄 오일 유량이 3.8 μL/min이고 노즐의 이동 속도가 5.0 mm/s인 경우에 측정된 세포-스페로이드의 지름이 가장 크고 안정적으로 스트럿에 액적이 배치됨을 확인하였다.The present inventors measured the cell-sphere when the mineral oil flow rate was 2.3 μL/min and the nozzle moving speed was 4.0 mm/s, or when the mineral oil flow rate was 3.8 μL/min and the nozzle moving speed was 5.0 mm/s. It was confirmed that the diameter of the roid was the largest and that the droplets were stably placed on the strut.
실시예 3: 세포-스페로이드가 포함된 하이브리드 세포 구조체의 특성 평가Example 3: Evaluation of the properties of hybrid cell structures containing cell-spheroids
상기 제조예 3에 기재된 방법으로 제조된 hASC-함유 스트럿 위에 HUVEC-함유 액적을 반복적으로 배치한 후, 3일간 배양한 다음, 세포-스페로이드가 포함된 하이브리드 세포 구조체에서 hASC 및 EC 스페로이드의 분포를 확인하였고, 배양 시간에 따라서 신생 혈관의 형성 초기 단계인 내피 스프라우팅(endothelial sprouting)을 확인하였으며, 세포 유형별 세포-스페로이드의 패턴을 조절하거나 세포-스페로이드의 간격을 제어한 다음 스페로이드의 상태를 확인하였다.After repeatedly placing HUVEC-containing droplets on the hASC-containing strut prepared by the method described in Preparation Example 3 above, and culturing for 3 days, distribution of hASC and EC spheroids in the hybrid cell construct containing cell-spheroids was confirmed, and endothelial sprouting, which is the initial stage of new blood vessel formation, was confirmed depending on the culture time, and the pattern of cell-spheroids for each cell type was controlled or the cell-spheroid spacing was controlled, and then the spheroid was formed. The status was checked.
3-1. 세포 구조체에서 hASC 및 EC 스페로이드의 분포3-1. Distribution of hASC and EC spheroids in cellular constructs
바이오프린팅 후 세포 구조체에서 hASC 및 EC 스페로이드의 분포를 분별 추적 관찰하기 위해서, Cell-TrackerTM (Molecular ProbesTM)를 이용하여 제조사의 프로토콜을 따라 세포를 사전-염색(pre-stain)하였다. 간략하게, hASC 및 HUVEC을 상기 제조예 1-1 및 제조예 2-1에 기재된 방법으로 배양한 다음, 염색 용액에서 30분 동안 37℃에서 인큐베이션하였다. 배양 3일 후, 공초점 현미경을 이용하여 hASC는 빨간색 형광으로 EC 스페로이드는 초록색 형광으로 형광 이미지를 수득하였다. 또한, 세포 구조체를 DAPI 및 Alexa Fluor 594-컨쥬게이티드 phalloidin으로 염색하여 세포 구조체에서 핵(Nuclei)과 세포 골격(F-actin)의 분포를 확인하였고, 그 결과는 도 4의 A에 나타내었다.In order to carefully follow the distribution of hASC and EC spheroids in the cell construct after bioprinting, cells were pre-stained using Cell-Tracker TM (Molecular Probes TM ) according to the manufacturer's protocol. Briefly, hASC and HUVEC were cultured by the method described in Preparation Example 1-1 and Preparation Example 2-1 above, and then incubated in the staining solution at 37°C for 30 minutes. After 3 days of culture, fluorescence images were obtained using a confocal microscope, with red fluorescence for hASC and green fluorescence for EC spheroids. In addition, the cell structures were stained with DAPI and Alexa Fluor 594-conjugated phalloidin to confirm the distribution of nuclei and cytoskeleton (F-actin) in the cell structures, and the results are shown in Figure 4A.
도 4의 A에 나타낸 바와 같이, 세포-스페로이드를 포함하는 하이브리드 세포 구조체를 3일 동안 배양한 결과, 처음 바이오프린팅을 진행한 대로 hASC-함유 스트럿 위에 EC 스페로이드가 일정한 간격으로 균일하게 배치되어 있음이 세포 유형별로 구별되어 추적 관찰되었다.As shown in Figure 4A, as a result of culturing the hybrid cell construct containing cell-spheroids for 3 days, EC spheroids were evenly placed at regular intervals on the hASC-containing struts as in the first bioprinting process. The presence was differentiated by cell type and followed up.
3-2. 배양 기간에 따른 세포-스페로이드의 형태3-2. Morphology of cell-spheroids according to culture period
다음으로, 본 발명자들은 HUVEC-함유 미네랄 오일 액적의 배양 1일, 2일 및 3일에 스페로이드가 형성되는 것을 DAPI 및 Palloidin 염색 후 공초점 현미경을 통해 in situ에서 확인하였다. 또한, 배양 3일, 7일 및 11일에 스페로이드에서 내피 스프라우팅(endothelial sprouting)을 관찰하였다.Next, the present inventors confirmed the formation of spheroids in situ through confocal microscopy after staining with DAPI and Palloidin on days 1, 2, and 3 of culture of HUVEC-containing mineral oil droplets. Additionally, endothelial sprouting was observed in the spheroids on days 3, 7, and 11 of culture.
도 4의 B에 나타낸 바와 같이, 배양 1일에서 배양 3일로 시간이 지날수록 미네랄 오일에 함유되어 있는 HUVEC은 서로 뭉쳐져 지름 약 200 μm의 스페로이드를 형성하였고, 배양 3일에서 배양 11일로 시간이 흐름에 따라 스페로이드로부터 뻗어나가는 작은 가지와 같은 형상으로 F-actin이 염색되었으므로, 내피 스프라우팅이 일어났음을 확인할 수 있었다.As shown in Figure 4B, as time passed from 1 day of culture to 3 days of culture, HUVECs contained in mineral oil aggregated together to form spheroids with a diameter of about 200 μm, and as time passed from 3 days of culture to 11 days of culture. Since F-actin was stained in a small branch-like shape extending from the spheroid according to the flow, it was confirmed that endothelial spouting had occurred.
3-3. 다른 세포 유형 및 다양한 패턴으로 제작한 세포-스페로이드3-3. Cell-spheroids made from different cell types and various patterns
본 발명에 따른 바이오프린팅 방법을 이용하는 경우 세포 유형별로 다양한 패턴으로 프린팅된 세포-스페로이드를 포함하는 세포 구조체를 제작할 수 있는지 여부를 확인하기 위해 상기 실시예 3-1에 기재된 방법으로 Cell-TrackerTM (Molecular ProbesTM)를 이용하여 제조사의 프로토콜을 따라 hASC 및 HUVEC을 사전-염색(pre-stain)한 다음, 세포 유형 및 프린팅 패턴을 제외하고 상기 제조예 3에 기재한 바이오프린팅 공정과 동일한 공정을 통해 세포를 포함하지 않는 스트럿 위에 hASC-함유 미네랄 오일 액적 또는 HUVEC-함유 미네랄 오일 액적을 배치하고 3일간 배양하였다. 그 후, 공초점 현미경을 이용하여 hASC는 빨간색 형광으로 EC 스페로이드는 초록색 형광으로 형광 이미지를 수득하였다. In order to confirm whether it is possible to produce a cell structure containing cell-spheroids printed in various patterns for each cell type when using the bioprinting method according to the present invention, Cell-Tracker TM was used by the method described in Example 3-1 above. hASCs and HUVECs were pre-stained using (Molecular Probes TM ) according to the manufacturer's protocol, and then the same process as the bioprinting process described in Preparation Example 3 was performed except for the cell type and printing pattern. hASC-containing mineral oil droplets or HUVEC-containing mineral oil droplets were placed on struts not containing cells and cultured for 3 days. Afterwards, fluorescence images were obtained using a confocal microscope, with red fluorescence for hASC and green fluorescence for EC spheroids.
도 4의 C에 나타낸 바와 같이, 다양한 패턴으로 바이오프린팅된 hASC 스페로이드 및/또는 HUVEC 스페로이드가 성공적으로 스트럿 위에 형성되었음을 확인할 수 있었다. 예를 들어, 도 4의 C 하단을 살펴보면 hASC-함유 미네랄 오일 액적을 ‘S’자 패턴으로 바이오프린팅 후, HUVEC-함유 미네랄 오일 액적을 바이오프린팅 하였을 때, 형광 이미지에서처럼 세포 유형별로 설계된 패턴으로 성공적으로 바이오프린팅 되었음을 확인할 수 있었다. As shown in Figure 4C, it was confirmed that hASC spheroids and/or HUVEC spheroids bioprinted in various patterns were successfully formed on the struts. For example, looking at the bottom of Figure 4C, when hASC-containing mineral oil droplets were bioprinted in an 'S' pattern and then HUVEC-containing mineral oil droplets were bioprinted, the pattern was successfully designed for each cell type as shown in the fluorescence image. It was confirmed that it was bioprinted.
3-4. 세포-스페로이드의 간격 제어3-4. Control of cell-spheroid spacing
마지막으로 본 발명에 따른 신규한 세포 구조체는 스트럿 상의 세포-스페로이드의 간격을 제어하여 바이오프린팅될 수 있다. 본 발명자들은 상기 실시예 3-1에 기재된 방법으로 Cell-TrackerTM (Molecular ProbesTM)를 이용하여 제조사의 프로토콜을 따라 hASC 및 HUVEC을 사전-염색(pre-stain)한 다음, hASC-함유 스트럿 위에 다양한 간격, 300 μm, 550 μm, 850 μm, 1,325 μm, 750 μm 및 500 μm 간격으로 설계하여 HUVEC-함유 미네랄 오일 액적을 배치한 다음, 공초점 현미경으로 확인하였다. 그 결과는 도 4의 D에 나타내었다.Finally, the novel cell construct according to the present invention can be bioprinted by controlling the spacing of the cell-spheroid on the strut. The present inventors pre-stained hASCs and HUVECs using Cell-Tracker TM (Molecular Probes TM ) according to the manufacturer's protocol using the method described in Example 3-1, and then placed them on the hASC-containing struts. HUVEC-containing mineral oil droplets were placed at various spacings, 300 μm, 550 μm, 850 μm, 1,325 μm, 750 μm, and 500 μm, and then confirmed by confocal microscopy. The results are shown in Figure 4D.
도 4의 D에 나타낸 바와 같이, 설계된 간격과 거의 일치하게도, 빨간색 형광을 나타내는 hASC-함유 스트럿 위에 초록색 형광을 나타내는 EC 스페로이드가 304.4 μm, 549.6 μm, 844.8 μm, 1,324.6 μm, 752.6 μm 및 500.8 μm 간격으로 위치함을 확인할 수 있었다. As shown in Figure 4D, almost consistent with the designed spacing, green-fluorescent EC spheroids were placed on red-fluorescent hASC-containing struts at 304.4 μm, 549.6 μm, 844.8 μm, 1,324.6 μm, 752.6 μm, and 500.8 μm. It was confirmed that they were located at intervals.
상기 결과는 본 발명에 따른 신규한 세포 구조체는 설계된 거리에서 절댓값 0.4 μm 내지 5.2 μm의 오차 범위로 원하는 위치에 세포-스페로이드가 위치하도록 조절할 수 있음을 보여준다.The above results show that the novel cell structure according to the present invention can be adjusted to position the cell-spheroid at a desired location with an absolute error range of 0.4 μm to 5.2 μm at the designed distance.
실시예 4: Example 4: In vitro In vitro 에서 본 발명에 따른 하이브리드 스캐폴드의 높은 혈관 형성 및 골조직 형성 효과High blood vessel formation and bone tissue formation effects of the hybrid scaffold according to the present invention
4-1. 스캐폴드의 제작4-1. Fabrication of scaffolds
혈관화 인공 골 조직의 제작을 위해 상기 제조예 1, 2 및 3에 기재된 방법으로 세포-스페로이드가 포함된 세포 구조체를 제조하였고, 이의 모식도를 도 5의 A에 나타내었다. 상기 제조예 1에 기재된 방법으로 준비한 hASC/BdECM/β-TCP 바이오잉크를 상기 제조예 3에 기재된 방법으로 바이오프린팅하였다. 스트럿은 동일 층에서는 서로 평행하고 그 다음 위층에서는 아래층의 스트럿과 90℃로 서로 교차하도록 프린팅되었고, 각 스트럿 크기는 356.4±52.1 μm이고 스트럿 사이의 포어(pore) 크기는 195.3±30.4 μm이었으며, 상기 제조예 2에 기재된 방법으로 준비한 HUVEC-함유 미네랄 오일 액적은 스트럿이 90°(degree)로 서로 교차하도록 프린팅된 다음 형성된 오목한 곳(그루브 형태)에 배치되었다. 최종적으로 본 발명에 따른 스페로이드-함유 세포 구조체는 6 × 6 × 0.5 mm3 크기의 스캐폴드(scaffold) 형태로 제조되었고, 이를 실험군 스캐폴드로 지칭하였다.To produce vascularized artificial bone tissue, a cell structure containing cell-spheroids was prepared by the method described in Preparation Examples 1, 2, and 3, and its schematic diagram is shown in A of Figure 5. The hASC/BdECM/β-TCP bioink prepared by the method described in Preparation Example 1 was bioprinted by the method described in Preparation Example 3. The struts were printed so that they were parallel to each other in the same layer and intersected with the struts of the lower layer in the next upper layer at 90°C, each strut size was 356.4 ± 52.1 μm, and the pore size between struts was 195.3 ± 30.4 μm. HUVEC-containing mineral oil droplets prepared by the method described in Preparation Example 2 were printed so that the struts intersect each other at 90° (degrees) and then placed in the formed depression (groove shape). Finally, the spheroid-containing cell structure according to the present invention was manufactured in the form of a scaffold with a size of 6 × 6 × 0.5 mm 3 , and this was referred to as the experimental group scaffold.
스캐폴드의 스트럿에서 BdECM는 스캐폴드 당 약 4.5 g, β-TCP는 스캐폴드 당 약 18.2 g, hASC은 스캐폴드 당 약 4.5 × 105 세포가 사용되었고, 스트럿 사이의 그루브 형태에 배치된 HUVEC은 스캐폴드 당 약 3.0 × 105 세포가 사용되었다.In the struts of the scaffold, approximately 4.5 g of BdECM was used per scaffold, β-TCP was approximately 18.2 g per scaffold, hASC was approximately 4.5 × 10 cells per scaffold, and HUVECs placed in the groove form between the struts were used. Approximately 3.0 × 10 5 cells were used per scaffold.
상기 비교예 2에 기재된 방법으로 대조군 세포 구조체를 상기 실시예 4-1에서 제조한 실험군 스캐폴드와 동일한 크기 6 × 6 × 0.5 mm3의 스캐폴드로 제작한 다음, 이를 대조군 스캐폴드라고 지칭하였다. 실험군 스캐폴드와 달리 대조군 스캐폴드는 HUVEC 세포-스페로이드를 형성하지 않았다. A control cell structure was prepared as a scaffold with the same size of 6 × 6 × 0.5 mm 3 as the experimental group scaffold prepared in Example 4-1 by the method described in Comparative Example 2, and this was referred to as a control scaffold. Unlike the experimental group scaffolds, the control scaffolds did not form HUVEC cell-spheroids.
4-2. 스트럿 및 포어의 크기4-2. Size of struts and fores
대조군 및 실험군 스캐폴드의 구조를 조사하기 위해 광학현미경과 SEM (scanning electron microscope)을 이용하여 이미지를 얻었고, 그 결과는 도 5의 B 및 C에 나타내었다.To investigate the structure of the control and experimental group scaffolds, images were obtained using an optical microscope and a scanning electron microscope (SEM), and the results are shown in Figures 5B and C.
도 5의 B에 나타낸 바와 같이, 대조군 및 실험군 스캐폴드의 광학 이미지와 SEM 이미지에서 큰 차이는 없었으며, 도 5의 C에 나타낸 바와 같이, SEM 이미지로부터 측정한 스트럿과 구멍의 크기 또한 두 스캐폴드간 유의한 차이는 없었다. 또한, BdECM의 피브릴화된 콜라겐 구성으로 인해 생기는 미세섬유 형태의 구조도 두 스캐폴드 모두에서 관찰되었으며 섬유 크기도 서로 통계학적으로 유의한 차이가 없었다.As shown in Figure 5B, there was no significant difference in the optical and SEM images of the control and experimental group scaffolds, and as shown in Figure 5C, the sizes of the struts and holes measured from the SEM images were also different for the two scaffolds. There was no significant difference between In addition, microfiber-like structures resulting from the fibrillated collagen composition of BdECM were observed in both scaffolds, and there was no statistically significant difference in fiber size.
4-3. 세포 증식4-3. cell proliferation
대조군 및 실험군의 스캐폴드에서 세포 증식 정도를 비교하기 위해서 상기 실시예 1-3-1에 기재된 방법으로 MTT 분석을 수행하였고, 그 결과는 도 5의 D에 나타내었다. 도 5의 D에 나타낸 바와 같이, 세포-스페로이드가 없는 대조군 스캐폴드보다 세포-스페로이드를 포함하는 실험군 스캐폴드에서 통계학적으로 유의하게 더 높은 OD 값 (570 nm)을 나타내, 실험군 스캐폴드에서 더 높은 세포 증식이 일어남을 확인하였다.To compare the degree of cell proliferation in the scaffolds of the control and experimental groups, MTT analysis was performed by the method described in Example 1-3-1 above, and the results are shown in Figure 5D. As shown in Figure 5D, the experimental group scaffold containing cell-spheroids showed a statistically significantly higher OD value (570 nm) than the control scaffold without cell-spheroids, showing that the experimental group scaffold It was confirmed that higher cell proliferation occurred.
4-4. 배양 시간에 따른 스캐폴드의 혈관 및 골조직 형성 평가4-4. Evaluation of vascular and bone tissue formation of scaffold according to culture time
두 스캐폴드를 14일 및 28일 동안 배양한 다음, 면역형광염색과 RT-qPCR을 통해서 혈관 및 골조직 형성을 평가하였다.The two scaffolds were cultured for 14 and 28 days, and then blood vessel and bone tissue formation was evaluated through immunofluorescence staining and RT-qPCR.
4-4-1. hASC 및 HUVEC의 분화(differentiation) 평가 방법 - 면역형광염색4-4-1. Method for evaluating differentiation of hASC and HUVEC - immunofluorescence staining
두 스캐폴드 내 hASC 및 HUVEC이 배양 시간이 지남에 따라 혈관 및 골조직으로 분화한 정도를 비교하기 위해서 DAPI, Phalloidin, OPN (osteopontin) 및 CD31에 대해 염색 후 공초점 현미경으로 이미지를 수득하였다. DAPI와 Phalloidin에 대한 염색 방법은 실시예 1-2-1에 기재된 방법과 동일하게 실시하였고, OPN 및 CD31에 대한 면역염색은 실시예 1-2-1에 기재된 Ve-cadherin에 대한 염색 방법과 동일하게 실시하였다. OPN에 대한 면역염색은 5 μg/mL의 항-마우스 OPN 1차 항체 (Invitrogen) 및 Alexa Fluor 488-컨쥬게이티드 항-마우스 2차 항체 (DBPS에서 1:50으로 희석함; Invitrogen)를 사용하였고, CD31에 대한 면역염색은 5 μg/mL의 항-토끼 CD31 1차 항체 (Invitrogen) 및 Alexa Fluor 594-컨쥬게이티드 항-토끼 2차 항체 (DBPS에서 1:50으로 희석함; Invitrogen)를 사용하였다. 면역염색 결과는 도 5의 E에 나타내었다. OPN을 발현하는 영역(OPN+) 및 CD31을 발현하는 영역(CD31+)은 ImageJ 소프트웨어를 사용하여 측정하였고, 그 결과는 도 5의 F에 나타내었다.To compare the degree to which hASC and HUVEC in the two scaffolds differentiated into blood vessels and bone tissue over culture time, images were obtained using a confocal microscope after staining for DAPI, Phalloidin, OPN (osteopontin), and CD31. The staining method for DAPI and Phalloidin was the same as the method described in Example 1-2-1, and the immunostaining for OPN and CD31 was the same as the staining method for Ve-cadherin described in Example 1-2-1. It was carried out properly. Immunostaining for OPN used 5 μg/mL anti-mouse OPN primary antibody (Invitrogen) and Alexa Fluor 488-conjugated anti-mouse secondary antibody (diluted 1:50 in DBPS; Invitrogen). , immunostaining for CD31 used 5 μg/mL anti-rabbit CD31 primary antibody (Invitrogen) and Alexa Fluor 594-conjugated anti-rabbit secondary antibody (diluted 1:50 in DBPS; Invitrogen). did. The immunostaining results are shown in Figure 5E. The area expressing OPN (OPN+) and the area expressing CD31 (CD31+) were measured using ImageJ software, and the results are shown in Figure 5F.
도 5의 E에 나타낸 바와 같이, 두 스캐폴드 배양 14일 후 대조군 대비 실험군 스캐폴드에서 Phalloidin이 더 높은 수준으로 염색되어, 실험군 스캐폴드에서 F-actin이 더 역동적으로 형성되었음을 확인할 수 있었다. 또한, 배양 28일 후 OPN 및 CD31을 발현하는 영역 백분율도 대조군 대비 실험군 스캐폴드에서 모두 유의하게 더 높은 것으로 나타났다.As shown in Figure 5E, after 14 days of culturing both scaffolds, Phalloidin was stained at a higher level in the experimental group scaffolds compared to the control group, confirming that F-actin was formed more dynamically in the experimental group scaffolds. In addition, after 28 days of culture, the percentage of areas expressing OPN and CD31 was found to be significantly higher in the experimental group scaffolds compared to the control group.
4-4-2. 혈관 형성 인자 및 골 형성 유전자 발현 확인 - RT-qPCR4-4-2. Confirmation of angiogenic factors and osteogenic gene expression - RT-qPCR
배양 시간에 따라 두 스캐폴드에서 발현하는 사람의 혈관 형성 인자 유전자(Vegf, Pecam1 및 Vwf )와 골 형성 유전자(Alp, Bmp-2, Ocn 및 Opn)의 발현 수준을 확인하기 위해서 RT-qPCR (Quantitative reverse transcription polymerase chain reaction)을 수행하고 2-ΔΔCT 방법을 사용하였다.To confirm the expression levels of human angiogenic factor genes ( Vegf, Pecam1, and Vwf ) and osteogenic genes ( Alp, Bmp-2, Ocn, and Opn ) expressed in the two scaffolds according to the culture time, RT-qPCR (Quantitative) was performed. reverse transcription polymerase chain reaction) was performed and the 2 -ΔΔCT method was used.
배양 세포에 TRIzol 시약 (Sigma-Aldrich)을 처리해 전체 RNA (Total RNA)를 분리하고, FLX800T 분광광도계(Biotek)로 분리된 RNA의 순도 및 농도를 측정하였다. 분리된 RNA에서 RNase 및 DNase를 제거한 다음 ReverTraAceTM qPCR RT Master Mix (Toyobo Co., Ltd.)를 이용하여 cDNA로 합성하였다. 합성된 cDNA, 아래 표 1에 기재된 프라이머 쌍, 및 Thunderbird® qPCR mix (Toyobo Co., Ltd.)를 이용해 StepOnePlus PCR 시스템 (Applied Biosystems)에서 RT-qPCR을 수행하고 CT (cycle threshold) 값을 측정하였다. 하우스키핑 유전자(housekeeping gene)인 Gapdh (glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase)의 CT 값으로 각 유전자 발현 수준을 정규화(normalization)하고 2-ΔΔCT 방법을 이용해 배양 7일의 대조군 스캐폴드에서 해당 유전자의 발현 수준을 1.0으로 하여 배양 기간별 대조군 및 실험군 스캐폴드의 해당 유전자 발현을 배수 변화(fold change)로 그래프화하였다. 그 결과는 도 5의 G 및 H에 나타내었다.Total RNA was isolated by treating cultured cells with TRIzol reagent (Sigma-Aldrich), and the purity and concentration of the isolated RNA were measured using a FLX800T spectrophotometer (Biotek). RNase and DNase were removed from the isolated RNA, and then cDNA was synthesized using ReverTraAce TM qPCR RT Master Mix (Toyobo Co., Ltd.). RT-qPCR was performed on the StepOnePlus PCR system (Applied Biosystems) using the synthesized cDNA, primer pairs listed in Table 1 below, and Thunderbird® qPCR mix (Toyobo Co., Ltd.), and CT (cycle threshold) values were measured. . The expression level of each gene was normalized by the CT value of Gapdh (glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase), a housekeeping gene, and the expression level of the corresponding gene was measured in the control scaffold after 7 days of culture using the 2 -ΔΔCT method. The gene expression of the control and experimental group scaffolds for each culture period was set to 1.0 and graphed as fold change. The results are shown in Figure 5G and H.
Gapdh: glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase; Pecam1: platelet and endothelial cell adhesion molecule 1 (CD31); Vegf: vascular endothelial growth factor; Bmp-2: bone-morphogenic protein 2; Cxcl12: C-X-C motif chemokine ligand 12 (SDF-1); Vwf: von Willebrand factor; Opn: bone sialoprotein I (Spp1); Alp: alkaline phosphatase; BMP-2: bone morphogenic protein 2; Ocn: bone gamma-carboxyglutamate protein (Bglap). Gapdh : glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase; Pecam1 : platelet and endothelial cell adhesion molecule 1 (CD31); Vegf : vascular endothelial growth factor; Bmp-2 : bone-morphogenic protein 2; Cxcl12 : CXC motif chemokine ligand 12 (SDF-1); Vwf : von Willebrand factor; Opn : bone sialoprotein I ( Spp1 ); Alp : alkaline phosphatase; BMP-2 : bone morphogenic protein 2; Ocn : bone gamma-carboxyglutamate protein ( Bglap ).
도 5의 G에 나타낸 바와 같이, 대조군 대비 본 발명에 따른 실험군 스캐폴드에서 혈관 형성 인자 유전자(Vegf, Pecam1 및 Vwf )의 발현 수준이 유의하게 높았으며, 도 5의 H에 나타낸 바와 같이, 대조군 대비 본 발명에 따른 실험군 스캐폴드에서 골 형성 유전자(Alp, Bmp-2, Ocn 및 Opn)의 발현 수준 또한 유의하게 높았다.As shown in Figure 5G, the expression level of angiogenic factor genes ( Vegf, Pecam1 , and Vwf ) was significantly higher in the experimental group scaffold according to the present invention compared to the control group, and as shown in Figure 5H, compared to the control group The expression levels of osteogenic genes ( Alp, Bmp-2, Ocn, and Opn ) were also significantly high in the experimental group scaffold according to the present invention.
4-5. 소결4-5. sintering
상기 결과로부터 세포-스페로이드를 포함하지 않는 기존의 세포 구조체인 대조군 스캐폴드와 비교하여 본 발명에 따른 세포-스페로이드를 포함하는 세포 구조체인 하이브리드-스캐폴드의 세포는 우수한 혈관 형성과 골조직 형성 활성을 나타냄을 in vitro에서 확인하였다. 본 발명자들은 in vitro 상에서 우수한 혈관 및 골조직 형성 활성을 나타내는 하이브리드 스캐폴드가 in vivo 상에서도 효과가 있는지 확인하고자 다음의 실시예 5에 나타낸 바와 같이 실험을 수행하였다.From the above results, compared to the control scaffold, which is a conventional cell structure that does not contain cell-spheroids, the cells of the hybrid-scaffold, which is a cell structure containing cell-spheroids according to the present invention, have excellent blood vessel formation and bone tissue formation activities. It was confirmed in vitro that it represents . The present inventors conducted an experiment as shown in Example 5 below to confirm whether the hybrid scaffold, which shows excellent blood vessel and bone tissue formation activity in vitro , is also effective in vivo .
실시예 5: Example 5: In vivo In vivo 에서 본 발명에 따른 하이브리드 스캐폴드의 꼭지돌기 절제 랫트 모델(mastoid obliterated rat model)에 대한 혈관화된 골 조직 형성 효과Effect of the hybrid scaffold according to the present invention on vascularized bone tissue formation on the mastoid obliterated rat model
본 발명자들은 in vitro 상 높은 혈관 형성 및 골조직 형성 활성을 나타내는 세포-스페로이드를 포함하는 세포 구조체인 실험군 하이브리드 스캐폴드가 in vivo에서도 높은 혈관 형성 및 골조직 형성 활성을 나타내는 치료 효과가 있는지 확인하기 위해서 꼭지돌기 절제 랫트 모델(mastoid obliterated rat model)을 제작한 다음, 상기 실시예 4에서 제작한 대조군 및 실험군 스캐폴드를 이식하고 새로운 골조직 형성 효과를 평가하였다.The present inventors used the experimental group hybrid scaffold, which is a cell structure containing cell-spheroids that exhibit high angiogenic and osteogenic tissue-forming activities in vitro, to determine whether it has a therapeutic effect by exhibiting high angiogenic and osteogenic tissue-forming activities in vivo. A mastoid obliterated rat model was created, and then the control and experimental group scaffolds prepared in Example 4 were implanted and the effect of forming new bone tissue was evaluated.
5-1. 꼭지돌기 절제 랫트 모델의 제작5-1. Construction of the apical process resection rat model
체중이 200 g 내지 250 g인 수컷 SD 랫트 (Sprague Dawley rat) 12마리를 Samtakobio로부터 구입하였다. 고막(eardurm)이 건강하고 정상적인 프레이어 반사(Preyer’s reflex)를 보이는 랫트를 실험에 사용하였다. 전동 클리퍼로 귓바퀴 주위(periauricular)의 털을 밀고 귓바퀴 주위를 포비돈-아이오딘(povidone-iodine) 용액으로 소독하였다. 일반적인 이소플루레인(isoflurnae) 마취 상태에서 고통과 출혈을 줄이기 위해 리도카인(lidocaine; 1:100,000)을 귓바퀴 주위 피부에 국소 투여하고, 고실(bullae) 영역을 덮고 있는 귓바퀴 주위 피부를 절개하였다. 우측 고실은 모스키토 포셉(mosquito forcep)으로 피하 조직을 노출시키고 혈액은 Bovie® 포켓 소작 기기(pocket cautery; Pioneer Co.)로 응고시켰다. 고실 강(bulla cavity)의 골 벽을 드릴로 열고 고실 강의 남은 먼지를 PBS로 제거하였다. 고실에 대조군 스캐폴드(n = 6) 또는 실험군 스캐폴드(n = 6)를 이식하였다. 꼭지돌기 절제(mastoid obliteration) 후, 둥근 뼈 구멍은 압축된 스폰지 시트 (Johnson & Johnson Co.)로 덮었다. 상처는 자동-클리퍼를 이용하여 봉합하였다. 세균 감염을 막기 위해 항생제 시프로플록사신(ciprofloxacin)을 근육 주사로 투여하였다. 꼭지돌기 절제 및 스캐폴드 이식 수술에 대한 모식도는 도 6의 A에 나타내었다.Twelve male SD rats (Sprague Dawley rats) weighing 200 g to 250 g were purchased from Samtakobio. Rats with healthy eardrums and normal Freyer's reflex were used in the experiment. The hair around the auricle (periauricular) was shaved with an electric clipper, and the area around the auricle was disinfected with povidone-iodine solution. To reduce pain and bleeding under general isoflurnae anesthesia, lidocaine (1:100,000) was administered topically to the skin around the auricle, and the skin around the auricle covering the bullae area was incised. The right tympanum was exposed to subcutaneous tissue with mosquito forceps, and blood was coagulated with a Bovie® pocket cautery (Pioneer Co.). The bone wall of the bulla cavity was opened with a drill and the remaining dust in the bulla cavity was removed with PBS. A control scaffold (n = 6) or an experimental group scaffold (n = 6) was implanted into the tympanic chamber. After mastoid obliteration, the round bone cavity was covered with a compressed sponge sheet (Johnson & Johnson Co.). The wound was closed using an auto-clipper. To prevent bacterial infection, the antibiotic ciprofloxacin was administered by intramuscular injection. A schematic diagram of the apical process resection and scaffold implantation surgery is shown in Figure 6A.
5-2. 새로운 골 조직 형성 효과 - 마이크로-CT 5-2. Effect of new bone tissue formation - Micro-CT
새로운 뼈가 형성되거나 뼈가 재생되었는지 관찰하기 위해서 꼭지돌기 절제 수술 및 이식 8주 후 랫트를 희생시키고, ex vivo 마이크로-CT (micro-computerized tomography; SkyScan 1173; Bruker MicroCT N.V.)를 이용하여 확인하였다. 고막 천공을 통해 10% 포르말린으로 해부 표본을 고정하고, 고정된 샘플을 Quantum GX μCT 이미징 시스템 (PerkinElmer)을 이용하여 마이크로-CT를 수행하였다. X-ray 파라미터는 본 발명자들의 선행 연구(Int J Biol Macromol. 2021 Apr 15;176:479-489.)에 기재된 바와 같이 사용하였다. 마이크로-CT 결과 이미지는 도 6의 B에 나타내었다.To observe whether new bone was formed or bone regeneration, rats were sacrificed 8 weeks after apical process excision surgery and transplantation, and confirmed using ex vivo micro-CT (micro-computerized tomography; SkyScan 1173; Bruker MicroCT NV). Anatomical specimens were fixed in 10% formalin through tympanic membrane perforation, and micro-CT was performed on the fixed samples using the Quantum GX μCT imaging system (PerkinElmer). X-ray parameters were used as described in the present inventors' previous study ( Int J Biol Macromol. 2021 Apr 15;176:479-489.). The resulting micro-CT image is shown in Figure 6B.
도 6의 B에 나타낸 바와 같이, 고실 강에서 새롭게 발단된 뼈 구조는 두 종류의 스캐폴드를 이식한 경우 모두에서 관찰되었는데, 실험군 스캐폴드 구조를 이식한 경우 더 높은 뼈 형성을 보였다.As shown in Figure 6B, newly developed bone structures in the tympanic cavity were observed when both types of scaffolds were implanted, and when the experimental group scaffold structure was implanted, bone formation was higher.
5-3. 새로운 골 조직 형성 효과 - 조직학적 평가5-3. Effect of new bone tissue formation - histological evaluation
마이크로-CT 검사 후, H&E 및 MTS 조직학적 평가를 수행하였다. 고실 조직(bulla tissue)을 10% EDTA로 탈칼슘화(decalcification)하고, 에탄올 및 자일렌(xylene)으로 탈수하고, 파라핀(paraffin)에 포매(임베딩, embedding)하였다. 파라핀 블록(block)을 마이크로톰(microtome; Leica)을 이용하여 5 μm 두께도 잘랐다. 탈파란핀화 후, H&E 염색(hematoxylin and eosin staining)과 MTS 분석(Mason’s trichome assay)을 표준 프로토콜을 따라 수행하였다. 염색 결과는 도 6의 C에 나타내었고, 새롭게 형성된 뼈 및 성숙한 뼈 영역은 ImageJ 소프트웨어를 이용하여 측정한 다음, 도 6의 D 및 E에 나타내었다.After micro-CT examination, H&E and MTS histological evaluation were performed. The bulla tissue was decalcified with 10% EDTA, dehydrated with ethanol and xylene, and embedded in paraffin. The paraffin block was cut to a thickness of 5 μm using a microtome (Leica). After deparaffinization, H&E staining (hematoxylin and eosin staining) and MTS analysis (Mason’s trichome assay) were performed according to standard protocols. The staining results are shown in Figure 6C, and the newly formed bone and mature bone areas were measured using ImageJ software and shown in Figures 6D and E.
도 6의 C에 나타낸 바와 같이, 스캐폴드 이식 8주 후, 두 그룹 모두 이식한 뼈 구조체는 현저하게 분해되었고, NB (new bone), BV (blood vessel) 및 MB (matured bone)로 표기된 바와 같이, 새로운 뼈, 혈관 및 성숙한 뼈가 형성되었음을 확인할 수 있었다.As shown in Figure 6C, 8 weeks after scaffold implantation, the bone structures implanted in both groups were significantly decomposed, as indicated by NB (new bone), BV (blood vessel), and MB (matured bone). , it was confirmed that new bone, blood vessels, and mature bone were formed.
도 6의 D에 나타낸 바와 같이, 대조군 스캐폴드를 이식한 경우 새로운 뼈가 형성된 영역은 46.2%이고 성숙한 뼈가 형성된 영역은 3.5%인 반면, 실험군 스캐폴드를 이식한 경우 새로운 뼈가 형성된 영역은 72.2%이고 성숙한 뼈가 형성된 영역은 11.5%으로 통계학적으로 유의하게 향상된 뼈 형성 효과를 in vivo 상에서도 확인하였다.As shown in Figure 6D, when the control group scaffold was implanted, the area where new bone was formed was 46.2% and the area where mature bone was formed was 3.5%, whereas when the experimental group scaffold was implanted, the area where new bone was formed was 72.2%. %, and the area where mature bone was formed was 11.5%, which confirmed the statistically significantly improved bone formation effect in vivo .
Claims (20)
상기 오일은 내부에 상기 세포를 포함하는 것을 특징으로 하는, 세포-스페로이드 제조용 조성물.According to paragraph 1,
The oil is a composition for producing cell-spheroids, characterized in that it contains the cells therein.
상기 오일은 내부에 상기 세포를 1.0×106 세포/mL 내지 1.0×108 세포/mL의 세포 밀도로 포함하는 것을 특징으로 하는, 세포-스페로이드 제조용 조성물.According to paragraph 1,
The oil is characterized in that it contains the cells inside at a cell density of 1.0×10 6 cells/mL to 1.0×10 8 cells/mL, a cell-spheroid production composition.
상기 오일 내부에서 상기 세포는 자가-조립 (self-assembly)하는 것을 특징으로 하는, 세포-스페로이드 제조용 조성물.According to paragraph 1,
A composition for producing cell-spheroids, characterized in that the cells self-assemble within the oil.
상기 세포는 일차 세포 (primary cell) 또는 줄기세포 (stem cell)인 것을 특징으로 하는, 세포-스페로이드 제조용 조성물.According to paragraph 1,
The cell is a composition for producing a cell-spheroid, characterized in that the cell is a primary cell or a stem cell.
상기 일차 세포 (primary cell)는 내피세포(endothelial cell)이거나, 또는 상기 줄기세포는 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cell; MSC)인 것을 특징으로 하는, 세포-스페로이드 제조용 조성물.According to clause 5,
The primary cell is an endothelial cell, or the stem cell is a mesenchymal stem cell (MSC). A composition for producing a cell-spheroid.
상기 오일은 원유의 정제를 통해 추출된 C15 내지 C50의 탄소수를 가지는 탄화수소의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 세포-스페로이드 제조용 조성물.According to paragraph 1,
The oil is a composition for producing cell-spheroids, characterized in that it is a mixture of hydrocarbons having a carbon number of C 15 to C 50 extracted through refining of crude oil.
(i) 세포외기질 (extracellular matrix, ECM), β-TCP (β-tricalcium phosphate) 및 줄기세포를 포함하는 스트럿 (strut); 및
(ii) 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 세포-스페로이드 제조용 조성물;
상기 스트럿은 그루브 (groove) 구조를 포함하고, 상기 세포-스페로이드 제조용 조성물은 액적 (droplet) 형태이며, 상기 그루브 구조 위에 상기 액적이 배치된 것인, 하이브리드 3D 세포 구조체.A hybrid three-dimensional cell construct comprising:
(i) strut containing extracellular matrix (ECM), β-TCP (β-tricalcium phosphate), and stem cells; and
(ii) the cell-spheroid production composition of any one of claims 1 to 7;
The strut includes a groove structure, the cell-spheroid production composition is in the form of a droplet, and the droplet is disposed on the groove structure, a hybrid 3D cell structure.
(a) 세포외기질 (ECM), β-TCP (β-tricalcium phosphate) 및 줄기세포를 포함하는 바이오잉크(bioink)를 프린팅 플레이트에 압출하여 그루브 구조를 가지는 스트럿을 형성하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계의 스트럿의 그루브 구조 위에 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 세포-스페로이드 제조용 조성물을 액적의 형태로 배치하는 단계; 및
(c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 반복하는 단계.Method for manufacturing hybrid 3D cell constructs comprising the following steps:
(a) extruding bioink containing extracellular matrix (ECM), β-TCP (β-tricalcium phosphate), and stem cells onto a printing plate to form a strut with a groove structure;
(b) placing the cell-spheroid production composition of any one of claims 1 to 7 in the form of a droplet on the groove structure of the strut in step (a); and
(c) repeating steps (a) and (b) above.
(i) 탈미네랄화 및 탈세포화된 골조직-유래 세포외기질, β-TCP 및 중간엽 줄기세포를 포함하는 스트럿; 및
(ii) 혈관내피세포 (endothelial cell)를 포함하는 오일 액적;
상기 스트럿은 그루브(groove) 구조를 포함하고, 상기 그루브 구조 위에 상기 오일 액적이 배치된 것인, 하이브리드 혈관화 인공 골 조직.Hybrid vascularized artificial bone tissue comprising:
(i) Struts containing demineralized and decellularized bone tissue-derived extracellular matrix, β-TCP, and mesenchymal stem cells; and
(ii) oil droplets containing endothelial cells;
The strut includes a groove structure, and the oil droplet is disposed on the groove structure.
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KR1020220113815A KR20240034967A (en) | 2022-09-07 | 2022-09-07 | Method for Fabrication of Cell Construct Comprising Cell-Spheroid Using Hybrid Bio-printing Technique |
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KR102126733B1 (en) | 2019-01-08 | 2020-06-26 | 성균관대학교산학협력단 | Method of preparing a structure consisted of arranged fiber structure and cells |
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