KR20240053692A - Matrisome-containing synthetic polymer/natural polymer hydrogel-based 3D scaffold and manufacturing method thereof - Google Patents

Matrisome-containing synthetic polymer/natural polymer hydrogel-based 3D scaffold and manufacturing method thereof Download PDF

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KR20240053692A
KR20240053692A KR1020220133097A KR20220133097A KR20240053692A KR 20240053692 A KR20240053692 A KR 20240053692A KR 1020220133097 A KR1020220133097 A KR 1020220133097A KR 20220133097 A KR20220133097 A KR 20220133097A KR 20240053692 A KR20240053692 A KR 20240053692A
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최규선
허동녕
이재서
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 뼈 세포외 기질과 유사한 합성 고분자/천연 고분자 하이드로겔 기반 3D 스캐폴드에 관한 것으로, 구체적으로 기존 합성 고분자 스캐폴드에 매트리솜이 포함된 천연 고분자 하이드로겔을 충진시킴으로써 기계적 물성은 유지되면서 주변 골 조직 세포의 부착, 증식 및 골 분화가 향상되어 보다 빠른 골 재생 효과를 나타내어 줄기세포 배양 및 골 이식재 또는 대체재로 사용 가능하다. The present invention relates to a 3D scaffold based on a synthetic polymer/natural polymer hydrogel similar to the bone extracellular matrix. Specifically, by filling an existing synthetic polymer scaffold with a natural polymer hydrogel containing matrisomes, the mechanical properties are maintained while the surrounding area is maintained. The attachment, proliferation, and osteogenic differentiation of bone tissue cells are improved, resulting in faster bone regeneration, making it possible to use it as a stem cell culture and bone graft or substitute material.

Description

매트리솜 함유 합성 고분자/천연 고분자 하이드로겔 기반 3D 스캐폴드 및 이의 제조방법{Matrisome-containing synthetic polymer/natural polymer hydrogel-based 3D scaffold and manufacturing method thereof}Matrisome-containing synthetic polymer/natural polymer hydrogel-based 3D scaffold and manufacturing method thereof}

본 발명은 매트리솜 함유 합성 고분자/천연 고분자 하이드로겔 기반 3D 스캐폴드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D scaffold based on matrisome-containing synthetic polymer/natural polymer hydrogel and a method for manufacturing the same.

뼈는 계층적으로 분할된 구조로 구성된다. 이는 주로 콜라겐의 많은 번들에 포함된 수산화인회석으로 이루어진다. 단단한 무기물과 유연한 유기물의 조합으로 인해 이 배열은 뛰어난 기계적 및 생물학적 기능의 독특한 조합을 제공한다. 따라서 뼈의 재형성은 손상 부위 또는 뼈의 원래 자연 상태를 모방하는 문제로 인해 어렵다. 조직 손실. 손상된 영역이 임계 결함 영역을 초과하면 뼈 치유도 쉽게 이루어지지 않는다. 이러한 손상 정도는 새로운 성장을 지원하고 조직 재생을 유도하기 위한 스캐폴드가 필요하다.Bones are composed of hierarchically segmented structures. It consists mainly of hydroxyapatite contained in many bundles of collagen. Due to the combination of rigid inorganic and flexible organic materials, this arrangement provides a unique combination of outstanding mechanical and biological functions. Therefore, bone remodeling is difficult due to the problem of mimicking the damaged area or the original natural state of the bone. tissue loss. If the damaged area exceeds the critical defect area, bone healing does not occur easily. This level of damage requires a scaffold to support new growth and induce tissue regeneration.

3차원(3D) 구조와 다기능 구성 요소의 통합으로 뼈 조직 복구를 위해 자연 조직을 모방한 공학 구성 요소를 제작할 수 있다. 이 귀한 속성은 유변학적 속성과 주변 환경과의 상호 작용으로 인한 것이다. 그러나 대부분의 기존 3D 스캐폴드는 한 가지 유형의 생체 재료로만 구성된다. 이러한 단일 구성 요소 시스템은 주변 환경 또는 치유 조직에서 발생하는 변화와 능동적으로 상호 작용하지 못할 수 있다. 이러한 이유로 골 조직 공학 복합 스캐폴드는 단단한 구조와 부드러운 정교한 생체 고분자가 균형을 이루어 구성되어야 한다. The integration of three-dimensional (3D) structures and multifunctional components allows the fabrication of engineered components that mimic natural tissue for bone tissue repair. This precious property is due to its rheological properties and interaction with the surrounding environment. However, most existing 3D scaffolds consist of only one type of biomaterial. These single-component systems may not be able to actively interact with changes occurring in the surrounding environment or healing tissue. For this reason, bone tissue engineering composite scaffolds must be composed of a balanced structure of hard structures and soft, sophisticated biopolymers.

이러한 구성을 만족할 수 있도록 생분해성 합성 고분자인 PCL을 이용한 3D 프린팅 기술로 다공성 스캐폴드가 개발되었다. PCL은 상당한 기계적 특성과 우수한 성형성으로 인해 복잡한 해부학적 특징을 모방할 수 있는 능력으로 인해 3D 프린팅에 자주 사용되고 있다. 인체에서의 사용에도 불구하고 PCL은 본질적으로 소수성이며 생체 적합성이 상대적으로 낮다.To satisfy this configuration, a porous scaffold was developed using 3D printing technology using PCL, a biodegradable synthetic polymer. PCL is frequently used in 3D printing due to its ability to mimic complex anatomical features due to its significant mechanical properties and excellent formability. Despite its use in the human body, PCL is inherently hydrophobic and has relatively poor biocompatibility.

또한, PCL은 프린팅 과정에서 고온에서 소결되어야 하므로 생체 분자나 살아있는 세포를 손상시키지 않고 로딩할 수 없는 문제가 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 우수한 생체 적합성과 생체 구성 요소의 높은 로딩 효율을 제공할 수 있는 다양한 하이드로겔을 충진하여 사용할 수 있다. Additionally, since PCL must be sintered at high temperatures during the printing process, there is a problem in that it cannot be loaded without damaging biomolecules or living cells. To compensate for these shortcomings, various hydrogels that can provide excellent biocompatibility and high loading efficiency of biocomponents can be filled and used.

이러한 장점에도 불구하고 하이드로젤 복합 스캐폴드의 구성은 여전히 천연 뼈 세포외 기질(ECM)과는 상이하다. Despite these advantages, the composition of hydrogel composite scaffolds is still different from that of natural bone extracellular matrix (ECM).

이에, 뼈 세포외 기질과 유사한 합성 고분자/하이드로겔 기반 3D 스캐폴드가 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need for synthetic polymer/hydrogel-based 3D scaffolds similar to bone extracellular matrix.

Bio-nanocomposite Polymer Hydrogels Containing Nanoparticles for Drug Delivery: a Review, I. Gholamali and M. Yadollahi, Regenerative Engineering and Translational Medicine, 2021, 7:129-146Bio-nanocomposite Polymer Hydrogels Containing Nanoparticles for Drug Delivery: a Review, I. Gholamali and M. Yadollahi, Regenerative Engineering and Translational Medicine, 2021, 7:129-146

이에, 상기 문제점을 해결하기 위하여 연구한 결과, 본 발명은 합성 고분자 스캐폴드에 매트리솜을 혼합한 천연 고분자 하이드로겔을 충진하여 하이드로겔 고유의 특성을 유지하면서 기계적 물성, 세포접착성 및 세포증식률을 향상시킨 뼈 세포외 기질과 유사한 합성 고분자/천연 고분자 하이드로겔 기반 3D 스캐폴드를 개발함으로써, 본 발명은 완성하게 되었다.Accordingly, as a result of research to solve the above problems, the present invention fills a synthetic polymer scaffold with a natural polymer hydrogel mixed with matrisome to improve mechanical properties, cell adhesion, and cell proliferation rate while maintaining the inherent properties of the hydrogel. The present invention was completed by developing a 3D scaffold based on synthetic polymer/natural polymer hydrogel similar to the improved bone extracellular matrix.

따라서, 본 발명은 뼈 세포외 기질과 유사한 합성 고분자/천연 고분자 하이드로겔 기반 3D 스캐폴드, 이의 제조방법, 및 이의 용도를 제공하고자 한다.Therefore, the present invention seeks to provide a 3D scaffold based on a synthetic polymer/natural polymer hydrogel similar to bone extracellular matrix, a method of manufacturing the same, and a use thereof.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 매트리솜을 포함한 뼈 세포외 기질 유사 합성 고분자/천연 고분자 하이드로겔 기반 3D 스캐폴드를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a 3D scaffold based on bone extracellular matrix-like synthetic polymer/natural polymer hydrogel containing matrisome.

또한, 본 발명은 In addition, the present invention

3D 프린팅된 합성 고분자 스캐폴드를 제조하는 단계; Preparing a 3D printed synthetic polymer scaffold;

매트리솜과 피브리노겐을 혼합하여 매트리솜-피브리노겐 용액을 제조하는 단계;Preparing a matrisome-fibrinogen solution by mixing matrisome and fibrinogen;

콜라겐 용액 및 상기 매트리솜-피브리노겐 용액을 혼합하는 단계; 및Mixing the collagen solution and the matrisome-fibrinogen solution; and

상기 3D 프린팅된 합성 고분자 스캐폴드 상에 매트리솜이 혼합된 콜라겐-피브린 하이드로겔을 충진시키는 단계Step of filling the collagen-fibrin hydrogel mixed with matrisome on the 3D printed synthetic polymer scaffold.

를 포함하는 3D 다공성 복합 스캐폴드의 제조방법을 제공한다.A method for manufacturing a 3D porous composite scaffold comprising a is provided.

또한, 본 발명은 상기 3D 다공성 복합 스캐폴드를 포함하는 골 대체재 또는 골 충진재를 제공할 수 있다.Additionally, the present invention can provide a bone substitute or bone filler including the 3D porous composite scaffold.

따라서, 본 발명은 뼈 세포외 기질과 유사한 합성 고분자/천연 고분자 하이드로겔 기반 3D 스캐폴드, 이의 제조방법, 및 이의 용도를 제공하고자 한다.Therefore, the present invention seeks to provide a 3D scaffold based on a synthetic polymer/natural polymer hydrogel similar to bone extracellular matrix, a method of manufacturing the same, and a use thereof.

본 발명에 따른 뼈 세포외 기질과 유사한 합성 고분자/천연 고분자 하이드로겔 기반 3D 스캐폴드는 3D 프린터를 통하여 골 손상이 일어난 환부와 정확히 일치하는 모양의 지지체 제작이 가능하며, 기존 지지체 보다 빠르게 환부와 결합하고 주변 골 조직 세포의 부착, 증식 및 골 분화가 향상되어 보다 빠른 골 재생 효과를 기대할 수 있다. 또한, 세포 이식 등의 단계가 필요치 않으므로 골 손상 환자에게 빠른 시간 내에 지지체를 이식함으로써 보다 빠른 회복을 기대할 수 있다.The 3D scaffold based on a synthetic polymer/natural polymer hydrogel similar to bone extracellular matrix according to the present invention is capable of producing a scaffold with a shape that exactly matches the affected area where bone damage has occurred through a 3D printer, and bonds to the affected area faster than existing scaffolds. And the adhesion, proliferation, and osteogenic differentiation of surrounding bone tissue cells are improved, so a faster bone regeneration effect can be expected. In addition, since steps such as cell transplantation are not required, faster recovery can be expected by transplanting the scaffold to a patient with bone damage in a short period of time.

도 1은 3D 프린팅된 스캐폴드의 특성화를 나타낸 것으로,
도 1a는 콜라겐/피브린(CF) 하이드로겔 및 CF/매트리솜(CF/MTS)으로 채워진 3D 프린팅된 PCL 스캐폴드의 개략도를 나타낸 것이다.
도 1b는 콜라겐/피브린(CF) 하이드로겔 및 CF/매트리솜(CF/MTS)으로 채워진 3D 프린팅된 PCL 스캐폴드의 기계적 특성, 및
도 1c는 단면 FE-SEM에 의한 PCL, PCL/CF 및 PCL/CF/MTS을 나타낸 것이다[스케일 바; 1mm 및 200um].
도 2는 단백질체학 분석 결과로서,
도 2a는 hMSCs 유래 매트릭스에서 단백질 범위의 분포를 보여주는 파이 차트이며,
도 2b는 정량화된 단백질의 분포를 나타낸 것이다.
도 3은 2차원(2D) 모델 평가 결과로서,
PCL/CF 및 PCL/CF/MTS 스캐폴드(n = 6)에 대한 GFP-hMSCs의 증식 속도(도 3a) 및 GFP-hMSC의 형광 이미지(도 3b)를 나타낸 것이다 [스케일 바; 1,000 및 300 μm. *는 p<0.05의 유의차를 나타내고 **는 p<0.01의 유의차를 나타낸다].
도 4는 3차원(3D) 모델의 결과로서,
PCL/CF 및 PCL/CF/MTS 스캐폴드(n = 6)에 대한 GFP-hMSC의 증식 속도 (도 4a) 및 (B) GFP-hMSC의 형광 이미지(도 4b)를 나타낸 것이다 [스케일 바; 1,000 및 300 μm. *는 p<0.05의 유의차를 나타내고 **는 p<0.01의 유의차를 나타낸다].
도 5는 골형성 유전자 발현 수준의 평가로서, PCL/CF 및 PCL/CF/MTS 스캐폴드(n = 6)에 대한 (a) 콜라겐 1형(COL1), (b) 오스테오칼신(OCN), (c) 오스테오폰틴(OPN), (d) 골 시알로프로테인(BSP) 및 (e) 골 형태 발생 단백질 2(BMP2)의 발현 수준을 나타낸 것이다 [*는 p<0.05의 유의차, **는 p<0.01의 유의차, ***는 p<0.001의 유의차를 나타낸다].
도 6은 중요한 크기의 두개골 결손부 (calvarial defect)에서의 골 재생 결과로,
(a) PCL, PCL/CF 및 PCL/CF/MTS 스캐폴드로 이식된 calvarial 결함의 μCT 이미지. (b) 뼈 부피, (c) BV/TV 및 (d) μCT 스캐닝의 정량적 분석에서 얻은 상대 BMD 결과를 나타낸 것이다 [*는 p<0.05의 유의차를 나타내고 **는 p<0.01의 유의차를 나타낸다].
Figure 1 shows the characterization of the 3D printed scaffold.
Figure 1A shows a schematic diagram of a 3D printed PCL scaffold filled with collagen/fibrin (CF) hydrogel and CF/matrisome (CF/MTS).
Figure 1B shows the mechanical properties of 3D printed PCL scaffolds filled with collagen/fibrin (CF) hydrogel and CF/matrisome (CF/MTS), and
Figure 1c shows PCL, PCL/CF and PCL/CF/MTS by cross-sectional FE-SEM [scale bar; 1mm and 200um].
Figure 2 shows the results of proteomics analysis,
Figure 2A is a pie chart showing the distribution of protein coverage in hMSCs-derived matrices;
Figure 2b shows the distribution of quantified proteins.
Figure 3 shows the results of two-dimensional (2D) model evaluation,
The proliferation rate of GFP-hMSCs (Figure 3a) and the fluorescence image of GFP-hMSCs (Figure 3b) on PCL/CF and PCL/CF/MTS scaffolds (n = 6) are shown [scale bar; 1,000 and 300 μm. * indicates a significant difference of p<0.05 and ** indicates a significant difference of p<0.01].
Figure 4 is the result of a three-dimensional (3D) model,
(B) Proliferation rate of GFP-hMSCs on PCL/CF and PCL/CF/MTS scaffolds (n = 6) (Figure 4A) and (B) fluorescence image of GFP-hMSCs (Figure 4B) are shown [scale bar; 1,000 and 300 μm. * indicates a significant difference of p<0.05 and ** indicates a significant difference of p<0.01].
Figure 5 is an evaluation of osteogenic gene expression levels, (a) collagen type 1 (COL1), (b) osteocalcin (OCN), (c) for PCL/CF and PCL/CF/MTS scaffolds (n = 6). ) Expression levels of osteopontin (OPN), (d) bone sialoprotein (BSP), and (e) bone morphogenetic protein 2 (BMP2) are shown [* is significant difference at p<0.05, ** is p Significant difference of <0.01, *** indicates significant difference of p<0.001].
Figure 6 shows the results of bone regeneration in a calvarial defect of critical size.
(a) μCT images of calvarial defects implanted with PCL, PCL/CF, and PCL/CF/MTS scaffolds. Relative BMD results obtained from quantitative analysis of (b) bone volume, (c) BV/TV, and (d) μCT scanning are shown [* indicates significant difference at p < 0.05, ** indicates significant difference at p < 0.01. indicates].

이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 또한, 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. 또한, 본 명세서에 기재된 수치는 명시하지 않아도 “약”의 의미를 포함하는 것으로 간주한다. 본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 전체가 본 명세서에 참고로 통합된다.All technical terms used in the present invention, unless otherwise defined, are used with the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art in the field related to the present invention. In addition, although preferred methods and samples are described in this specification, similar or equivalent methods are also included in the scope of the present invention. In addition, the numerical values described in this specification are considered to include the meaning of “about” even if not specified. In this specification, when a part “includes” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary. The contents of all publications incorporated by reference herein are hereby incorporated by reference in their entirety.

본 발명은 생분해성 합성 고분자 및 매트리솜이 함유된 천연 고분자 하이드로겔을 포함하는 3D 다공성 복합 스캐폴드에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D porous composite scaffold comprising a biodegradable synthetic polymer and a natural polymer hydrogel containing matrisome.

본 명세서에서 용어 "스캐폴드"는 조직 재생 공학 분야에서 중요한 기본 요소 중의 하나로서 세포의 부착, 분화 및 조직 주변으로부터 이동되는 세포의 증식과 분화에 적합한 환경을 제공하는 역할을 하는 구조물 또는 지지체를 의미한다. 특히, 골 재생을 위해 사용될 수 있다.As used herein, the term "scaffold" is one of the important basic elements in the field of tissue regeneration engineering and refers to a structure or support that serves to provide a suitable environment for cell adhesion, differentiation, and proliferation and differentiation of cells moving from the tissue periphery. do. In particular, it can be used for bone regeneration.

상기 생분해성 합성 고분자는 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL), 폴리락타이드(Polylactide, PLA), 폴리 락타이드글리콜라이드 랜덤 공중합체(Polylactide glycolide, PLGA), 폴리글리콜라이드(Polyglycolide, PGA) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The biodegradable synthetic polymer is polycaprolactone (PCL), polylactide (PLA), polylactide glycolide (PLGA), polyglycolide (PGA), or these. It may be a mixture.

본 발명의 일 실시예에서, 생분해성 합성 고분자인 폴리카프로락톤(PCL)을 이용한 3D 프린팅 기술로 다공성 지지체를 제작하였으며, 이는 부드러운 구성 요소를 내부에 고정할 수 있는 단단한 구조적 프레임워크를 제공한다.In one embodiment of the present invention, a porous support was fabricated using 3D printing technology using polycaprolactone (PCL), a biodegradable synthetic polymer, which provides a rigid structural framework capable of holding soft components inside.

본 명세서에서 사용된 용어 "하이드로겔"은 충분한 양의 수분을 보유하고 있는 친수성 천연 고분자의 3차원적 구조를 의미한다. 상기 친수성 천연 고분자 기반 하이드로겔은 콜라겐과 피브린의 복합 하이드로겔을 형성할 수 있다.The term “hydrogel” used herein refers to a three-dimensional structure of hydrophilic natural polymer that retains a sufficient amount of moisture. The hydrophilic natural polymer-based hydrogel can form a composite hydrogel of collagen and fibrin.

본 발명의 일 실시예에서, 3D 프린팅된 PCL 지지체에 콜라겐과 피브리노겐으로 구성된 라겐/피브린 기반 하이드로겔을 채워 제작되었다. 콜라겐은 뼈에 있는 유기 기질의 최대 90%를 차지하며 수분 함량이 높다. 높은 친수성은 PCL의 단점을 상쇄하고 세포 친화력을 향상시킨다. 이어서, 혈액 응고 과정에서 천연 바이오폴리머인 피브리노겐으로 유도되는 피브린도 기질에 첨가된다. 이는 빠른 응고를 통해 개선된 기계적 강도를 제공하고 조직 복구에도 도움이 된다.In one embodiment of the present invention, a 3D printed PCL scaffold was manufactured by filling it with lagen/fibrin-based hydrogel composed of collagen and fibrinogen. Collagen makes up up to 90% of the organic matrix in bone and has a high water content. High hydrophilicity offsets the disadvantages of PCL and improves cell affinity. Subsequently, fibrin, which is derived from fibrinogen, a natural biopolymer, during the blood coagulation process, is also added to the matrix. This provides improved mechanical strength through rapid coagulation and also aids in tissue repair.

상기 콜라겐/피브린 하이드로겔은 피브리노겐이 트롬빈과 결합하여 화학적으로 1차 가교가 진행되고 콜라겐이 2차 가교되는 과정을 거쳐 제조된다.The collagen/fibrin hydrogel is manufactured through a process in which fibrinogen combines with thrombin to chemically undergo primary cross-linking, and collagen undergoes secondary cross-linking.

상기 하이드로겔은 하이드로겔을 구성하고 있는 콜라겐과 피브리노겐의 부피 비에 따라 하이드로겔의 물성을 조절할 수 있다.The physical properties of the hydrogel can be adjusted depending on the volume ratio of collagen and fibrinogen that make up the hydrogel.

상기 콜라겐 : 피브리노겐이 1:1 내지 1:4 부피비일 수 있다. 콜라겐이 피브리노겐 보다 높아지는 경우 트롬빈과 결합하는 화학적 가교가 일어나지 않는 문제가 있을 수 있다.The collagen:fibrinogen may have a volume ratio of 1:1 to 1:4. If collagen becomes higher than fibrinogen, there may be a problem in which chemical cross-linking with thrombin does not occur.

콜라겐-피브리노겐 복합체의 농도가 1 내지 5%가 되도록 인산염 완충 식염수에 용해시키는 것이 바람직하다.It is preferable to dissolve the collagen-fibrinogen complex in phosphate buffered saline solution so that the concentration is 1 to 5%.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 콜라겐/피브린 하이드로겔에 매트리솜(Matrisome, MTS)을 혼합 사용하였다.In one embodiment of the present invention, Matrisome (MTS) was used mixed with the collagen/fibrin hydrogel.

본 발명에서 사용된 용어 “매트리솜 (Matrisome, MTS)”은 인간 골수 유래 중간엽줄기세포 (human bone-marrow derived mesenchymal stem cells, hMSCs)로부터 추출한 세포외기질(extracellular matrix, ECM)이 풍부한 생체거대분자로서, 단백질 및 성장인자의 복합체라 할 수 있다. The term “Matrisome (MTS)” used in the present invention refers to a biomass rich in extracellular matrix (ECM) extracted from human bone-marrow derived mesenchymal stem cells (hMSCs). As a molecule, it can be said to be a complex of proteins and growth factors.

본 발명에서 MTS는 콜라겐/피브린 하이드로겔에 로딩하여 뼈 조직에 분화 인자를 직접 공급하는 역할을 한다.In the present invention, MTS serves to directly supply differentiation factors to bone tissue by loading it into collagen/fibrin hydrogel.

MTS의 유무에 따른 지지체의 물성 변화가 없음은 도 1b로 확인하였다.It was confirmed in Figure 1b that there was no change in the physical properties of the support depending on the presence or absence of MTS.

본 발명의 일 실시예에서, PCL 스캐폴드에 상기 MTS가 혼합된 콜라겐/피브린 하이드로겔을 충진시켜 제작할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a PCL scaffold can be manufactured by filling the MTS mixed collagen/fibrin hydrogel.

본 발명에 따른 복합 스캐폴드는 상기 콜라겐/피브린 하이드로겔 외에 가교제를 포함할 수 있으며, 상기 가교제로 트롬빈 등을 사용할 수 있다.The composite scaffold according to the present invention may include a cross-linking agent in addition to the collagen/fibrin hydrogel, and thrombin or the like may be used as the cross-linking agent.

상기 복합 스캐폴드는 3D 세포 배양/분화 또는 캡슐화를 위해 생체 내에서 배양 및/또는 분화되는 과정에서 쉽게 파손되지 않을 정도의 충분한 강도를 가질 수 있다. 상기 강도는 하이드로젤의 가교 정도, 트롬빈의 농도, 하이드로젤의 농도, 등에 따라 통상의 기술자가 공지된 방법에 따라 조절할 수 있다. 이에 따라 상기 복합 스캐폴드가 충분한 정도의 강도를 가질 경우, 3D 세포 캡슐화가 가능한 세포 배양 또는 분화용도로 제작할 수 있다, The composite scaffold may have sufficient strength not to be easily broken during in vivo culture and/or differentiation for 3D cell culture/differentiation or encapsulation. The strength can be adjusted by a person skilled in the art according to known methods depending on the degree of crosslinking of the hydrogel, the concentration of thrombin, the concentration of the hydrogel, etc. Accordingly, if the composite scaffold has sufficient strength, it can be manufactured for cell culture or differentiation purposes capable of 3D cell encapsulation.

일 구현예에서, 본 발명에 따른 복합 스캐폴드는 500 Pa 이상(500~700 Pa)의 저장 탄성률을 가질 수 있다. In one embodiment, the composite scaffold according to the present invention may have a storage modulus of 500 Pa or more (500-700 Pa).

본 발명의 일 구현예에 있어서,In one embodiment of the present invention,

3D 프린팅된 합성 고분자 스캐폴드를 제조하는 단계; Preparing a 3D printed synthetic polymer scaffold;

매트리솜과 피브리노겐을 혼합하여 매트리솜-피브리노겐 용액을 제조하는 단계;Preparing a matrisome-fibrinogen solution by mixing matrisome and fibrinogen;

콜라겐 용액 및 상기 매트리솜-피브리노겐 용액을 혼합하는 단계; 및Mixing the collagen solution and the matrisome-fibrinogen solution; and

상기 3D 프린팅된 합성 고분자 스캐폴드 상에 매트리솜이 혼합된 콜라겐-피브린 하이드로겔을 충진시키는 단계Step of filling the collagen-fibrin hydrogel mixed with matrisome on the 3D printed synthetic polymer scaffold.

을 포함하는 3D 다공성 복합 스캐폴드의 제조방법을 포함한다.It includes a method of manufacturing a 3D porous composite scaffold comprising a.

앞서 기재한 3D 다공성 복합 스캐폴드에 대한 내용은 본 발명의 3D 다공성 복합 스캐폴드의 제조방법에 준용될 수 있다.The information about the 3D porous composite scaffold described above can be applied to the manufacturing method of the 3D porous composite scaffold of the present invention.

본 발명의 구체적인 일 실시예에서는, 상기 PCL/CF/MTS 복합 스캐폴드를 SEM(scanning electron microscope)으로 관찰하여 기공 및 상호연결이 존재하도록 제조된 것을 확인하였으며(도 1c), PCL/CF에 비하여 세포 증식율이 우수함을 확인하였다(도 3 및 도 4).In a specific embodiment of the present invention, the PCL/CF/MTS composite scaffold was observed with a scanning electron microscope (SEM) to confirm that it was manufactured to have pores and interconnections (Figure 1c), and compared to PCL/CF, It was confirmed that the cell proliferation rate was excellent (Figures 3 and 4).

또한, 본 발명의 다른 구체적인 일 실시예에서는, 상기 PCL/CF/MTS 복합 스캐폴드에 골 형성 분화 유도 in vitro 분석을 한 결과, COL1, OCN, OPN, BSP 및 BMP2와 같은 골 분화 관련 단백질의 발현이 증가된 것을 확인하여 골 분화 유도 기능이 우수함을 확인하였다(도 5).In addition, in another specific embodiment of the present invention, as a result of in vitro analysis of osteogenic differentiation induction on the PCL/CF/MTS composite scaffold, expression of osteogenic differentiation-related proteins such as COL1, OCN, OPN, BSP, and BMP2 This increase was confirmed to confirm that the osteogenic differentiation induction function was excellent (Figure 5).

또한, 본 발명의 또 다른 구체적인 일 실시예에서는, 상기 PCL/CF/MTS 복합 스캐폴드를 마우스 두개골 결손부에 이식한 in vivo 결과, 결손 병변 부위의 골 형성이 두드러지게 나타났음을 확인하였다(도 6).In addition, in another specific example of the present invention, it was confirmed that the PCL/CF/MTS composite scaffold was implanted in the mouse skull defect area in vivo, and bone formation in the defect lesion area was noticeable (Figure 6 ).

결론적으로 본 발명에 따른 3D 다공성 복합 스캐폴드는 PCL 스캐폴드에 MTS를 적용시킨 콜라겐/피브린 하이드로겔을 충진시켜 제조한 복합 스캐폴드로, 줄기세포 배양 용도뿐만 아니라 골 재생 효과를 가지는 바 이식 시 골 세포 부착이 향상되고 골 분화를 촉진시킬 수 있어, 골 재생용 지지체로도 유용하리라 기대된다. In conclusion, the 3D porous composite scaffold according to the present invention is a composite scaffold manufactured by filling a PCL scaffold with collagen/fibrin hydrogel to which MTS has been applied. It is not only used for stem cell culture but also has a bone regenerative effect and can be used to bone bone during transplantation. Since it can improve cell adhesion and promote bone differentiation, it is expected to be useful as a scaffold for bone regeneration.

본 발명에서 용어, "골 재생"은 손상된 골 조직을 골 세포가 증식하거나 또는 골아세포가 골 세포로 분화하는 등의 과정을 거쳐 골 손상을 치료, 완화, 개선시키는 모든 현상을 의미할 수 있으며, 이에 제한되지는 않으나, 특히 상기 골 재생은 골 분화를 촉진하는 것에 의한 것일 수 있다.In the present invention, the term "bone regeneration" may refer to any phenomenon that treats, alleviates, or improves bone damage through processes such as proliferation of bone cells in damaged bone tissue or differentiation of osteoblasts into bone cells. Although not limited thereto, in particular, the bone regeneration may be achieved by promoting osteogenic differentiation.

따라서, 본 발명은 상기 3차원 다공성 스캐폴드를 포함하는 골 대체재 또는 골 충진재를 제공할 수 있다. Accordingly, the present invention can provide a bone substitute or bone filler including the three-dimensional porous scaffold.

본 발명에 따른 3차원 다공성 스캐폴드는 하이드로겔 고유의 특성을 유지하면서 기계적 물성, 세포접착성 및 세포증식률을 향상시킨 것으로, 골 대체재 또는 골 충진재, 즉 다공성 인공 이식재료 및 자가골 대체용 인공 이식재료로 널리 사용될 수 있다.The three-dimensional porous scaffold according to the present invention improves mechanical properties, cell adhesion, and cell proliferation rate while maintaining the inherent properties of hydrogel, and is used as a bone substitute or bone filler, that is, a porous artificial graft material and an artificial graft material for autogenous bone replacement. It can be widely used.

[실시예] [Example]

이하, 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예의 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples according to the present invention and comparative examples not according to the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the examples presented below.

[실험과정][Experimental process]

<재료 입수><Acquisition of materials>

폴리카프로락톤(PCL)(MW 45,000), 피브리노겐, 트롬빈 및 아세트산은 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다. 콜라겐(Atellocollagen)은 Dalim Tissen Co., Ltd.(Seoul, South Korea)에서 구입하였다. HumaTein™(Matrisome, MTS)은 ROKIT Healthcare(서울, 한국)에서 구입하였다. DPBS (Dulbecco's phosphate buffered saline)와 트립신-EDTA는 Gibco BRL(Invitrogen Co. Ltd., CA, USA)에서 구입하였다. 세포 계수 키트-8(CCK-8)은 Dojindo(Kumamoto, Japan)에서 구입하였다.Polycaprolactone (PCL) (MW 45,000), fibrinogen, thrombin, and acetic acid were purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA). Collagen (Atellocollagen) was purchased from Dalim Tissen Co., Ltd. (Seoul, South Korea). HumaTein™ (Matrisome, MTS) was purchased from ROKIT Healthcare (Seoul, Korea). DPBS (Dulbecco's phosphate buffered saline) and trypsin-EDTA were purchased from Gibco BRL (Invitrogen Co. Ltd., CA, USA). Cell counting kit-8 (CCK-8) was purchased from Dojindo (Kumamoto, Japan).

MTS는 인간 골수 중간엽줄기세포로부터 추출된 것으로, Lonza (Basel, Switzerland)에서 구입하였다.MTS was extracted from human bone marrow mesenchymal stem cells and purchased from Lonza (Basel, Switzerland).

<3D 프린팅된 PCL 스캐폴드의 설계 및 제작><Design and fabrication of 3D printed PCL scaffold>

3D 프린팅된 PCL 스캐폴드는 당업계에 알려진 PCL 스캐폴드 방법(예를 들면, D. N. Heo, N. J. Castro, S.-J. Lee, H. Noh, W. Zhu and L. G. Zhang, Enhanced bone tissue regeneration using a 3D printed microstructure incorporated with a hybrid nano hydrogel, Nanoscale, 2017, 9, 5055-5062.)를 기반으로 CAD(Computer-Aided Design)를 통해 설계되었다. 기계적 강도를 제공하기 위해 FDM 3D 프린터(Dr. In vivo, ROCKIT Healthcare, 대한민국)를 사용하여 3D 프린팅된 PCL 스캐폴드를 제작하였다. .3D printed PCL scaffolds can be prepared using PCL scaffold methods known in the art (e.g., DN Heo, NJ Castro, S.-J. Lee, H. Noh, W. Zhu and LG Zhang, Enhanced bone tissue regeneration using a It was designed through CAD (Computer-Aided Design) based on 3D printed microstructure incorporated with a hybrid nano hydrogel, Nanoscale , 2017, 9 , 5055-5062. To provide mechanical strength, 3D printed PCL scaffolds were fabricated using an FDM 3D printer (Dr. In vivo, ROCKIT Healthcare, Korea). .

PCL을 압출 주사기에 넣고 85℃에서 가열하여 폴리머를 녹였다. PCL은 700-800kPa에서 5mm s-1의 압출 속도로 분배되었다.PCL was placed in an extrusion syringe and heated at 85°C to melt the polymer. PCL was dispensed at 700-800 kPa with an extrusion speed of 5 mm s-1.

<콜라겐/피브린(CF) 하이드로겔 복합 PCL 스캐폴드(PCL/CF) 제작><Production of collagen/fibrin (CF) hydrogel composite PCL scaffold (PCL/CF)>

먼저, 콜라겐-피브리노겐 용액과 가교 용액을 따로 제조하였다 (500 ul 기준으로 제시)First, the collagen-fibrinogen solution and cross-linking solution were prepared separately (presented based on 500 ul).

콜라겐 스톡 용액은 쥐 꼬리 (50%)에서 추출한 9mg/mL 산성 콜라겐 용액을 125ul, 10 Dulbecco의 인산염 완충 식염수(DPBS) 25ul, 탈이온수 75ul를 혼합하여 준비하였다. 피브리노겐 용액은 20mg/mL에서 125ul을 준비하였다. 이후, 콜라겐 스톡 용액과 피브리노겐 스톡 용액을 혼합하여 콜라겐-피브리노겐 용액 350ul로 제조하였다. (콜라겐이 15 ℃ 이상에서 삼중나선 구조가 풀리면서 물리적인 가교가 발생하므로, 콜라겐 스톡을 만들 때에는 4℃에서 제작함)Collagen stock solution was prepared by mixing 125ul of 9mg/mL acidic collagen solution extracted from rat tail (50%), 25ul of 10 Dulbecco's phosphate buffered saline (DPBS), and 75ul of deionized water. 125ul of fibrinogen solution was prepared at 20mg/mL. Afterwards, the collagen stock solution and the fibrinogen stock solution were mixed to prepare 350 ul of collagen-fibrinogen solution. (Physical cross-linking occurs as collagen's triple helix structure unravels above 15 ℃, so when making collagen stock, it is prepared at 4 ℃)

가교 용액은 0.2N 수산화나트륨(NaOH) 25ul와 6 unit/mL 트롬빈 용액 125ul를 혼합하여 150ul로 제조하였다.The cross-linking solution was prepared at 150ul by mixing 25ul of 0.2N sodium hydroxide (NaOH) and 125ul of 6 unit/mL thrombin solution.

이미 제작되어 있는 PCL 스캐폴드 위에 콜라겐-피브리노겐 용액 350ul에 가교 용액 150ul를 잘 혼합하여 뿌려주고 샘플을 세포 배양 접시로 신속하게 옮기고 완전한 중합을 위해 37℃에서 30분 동안 인큐베이션 하였다.150ul of the cross-linking solution mixed well with 350ul of the collagen-fibrinogen solution was sprinkled on the already prepared PCL scaffold, and the sample was quickly transferred to a cell culture dish and incubated at 37°C for 30 minutes for complete polymerization.

<매트리솜 포함 콜라겐/피브린 하이드로겔(CF/MTS) 제작><Matrisome-containing collagen/fibrin hydrogel (CF/MTS) production>

콜라겐 스톡 용액은 쥐 꼬리 (50%)에서 추출한 9mg/mL 산성 콜라겐 용액을 125ul, 10 Dulbecco의 인산염 완충 식염수(DPBS) 25ul, 탈이온수 75ul를 혼합하여 준비하였다.Collagen stock solution was prepared by mixing 125ul of 9mg/mL acidic collagen solution extracted from rat tail (50%), 25ul of 10 Dulbecco's phosphate buffered saline (DPBS), and 75ul of deionized water.

Humatein powder (MTS)를 4mg/ml의 농도로 용해한 후, 피브리노겐 20mg을 넣어서 MTS 용액을 함께 혼합하여 MTS-피브리노겐 용액 125ul 준비하였다. 이후, 콜라겐 스톡 용액과 MTS-피브리노겐 스톡 용액을 1:1의 부피비로 혼합하여 콜라겐-MTS-피브리노겐 용액 350ul로 제조하였다. (4℃에서 제작)After dissolving Humatein powder (MTS) at a concentration of 4mg/ml, 20mg of fibrinogen was added and the MTS solution was mixed to prepare 125ul of MTS-fibrinogen solution. Afterwards, the collagen stock solution and the MTS-fibrinogen stock solution were mixed at a volume ratio of 1:1 to prepare 350ul of the collagen-MTS-fibrinogen solution. (Produced at 4℃)

가교 용액은 0.2N 수산화나트륨(NaOH) 25ul와 6 unit/mL 트롬빈 용액 125ul를 혼합하여 150ul로 제조하였다. The cross-linking solution was prepared at 150ul by mixing 25ul of 0.2N sodium hydroxide (NaOH) and 125ul of 6 unit/mL thrombin solution.

콜라겐-피브리노겐 용액 350ul에 가교 용액 150ul를 잘 혼합하여 뿌려주고 샘플을 세포 배양 접시로 신속하게 옮기고 완전한 중합을 위해 37℃에서 30분 동안 인큐베이션 하였다.150ul of the cross-linking solution was mixed well and sprinkled on 350ul of the collagen-fibrinogen solution, and the sample was quickly transferred to a cell culture dish and incubated at 37°C for 30 minutes for complete polymerization.

< CF/MTS 복합 PCL 스캐폴드(PCL/CF/MTS) 제작><Production of CF/MTS composite PCL scaffold (PCL/CF/MTS)>

콜라겐 스톡 용액은 쥐 꼬리 (50%)에서 추출한 9mg/mL 산성 콜라겐 용액을 125ul, 10 Dulbecco의 인산염 완충 식염수(DPBS) 25ul, 탈이온수 75ul를 혼합하여 준비하였다.Collagen stock solution was prepared by mixing 125ul of 9mg/mL acidic collagen solution extracted from rat tail (50%), 25ul of 10 Dulbecco's phosphate buffered saline (DPBS), and 75ul of deionized water.

Humatein powder (MTS)를 4mg/ml의 농도로 용해한 후, 피브리노겐 20mg을 넣어서 용액을 함께 혼합하여 MTS-피브리노겐 용액 125ul 준비하였다. 이후, 콜라겐 스톡 용액과 MTS-피브리노겐 스톡 용액을 혼합하여 콜라겐-MTS-피브리노겐 용액 350ul로 제조하였다. (4℃에서 제작)After dissolving Humatein powder (MTS) at a concentration of 4mg/ml, 20mg of fibrinogen was added and the solution was mixed to prepare 125ul of MTS-fibrinogen solution. Afterwards, the collagen stock solution and the MTS-fibrinogen stock solution were mixed to prepare 350ul of the collagen-MTS-fibrinogen solution. (Produced at 4℃)

가교 용액은 0.2N 수산화나트륨(NaOH) 25ul와 6 unit/mL 트롬빈 용액 125ul를 혼합하여 150ul로 제조하였다.The cross-linking solution was prepared at 150ul by mixing 25ul of 0.2N sodium hydroxide (NaOH) and 125ul of 6 unit/mL thrombin solution.

이미 제작되어 있는 PCL 스캐폴드 위에 콜라겐-피브리노겐 용액 350ul에 가교 용액 150ul를 잘 혼합하여 뿌려주고 샘플을 세포 배양 접시로 신속하게 옮기고 완전한 중합을 위해 37℃에서 30분 동안 인큐베이션 하였다.150ul of the cross-linking solution mixed well with 350ul of the collagen-fibrinogen solution was sprinkled on the already prepared PCL scaffold, and the sample was quickly transferred to a cell culture dish and incubated at 37°C for 30 minutes for complete polymerization.

<기계적 특성 분석><Mechanical Characteristics Analysis>

탄성 및 점성 계수는 S. J. Lee, H. Nah, D. N. Heo, K.-H. Kim, J. M. Seok, M. Heo, H.-J. Moon, D. Lee, J. S. Lee and S. Y. An, Carbon, 2020, 168, 264-277.에 따라 회전 레오미터(MCR 92, Anton-Paar, Austria)를 사용하여 측정되었다.Elastic and viscous moduli SJ Lee, H. Nah, DN Heo, K.-H. Kim, J.M. Seok, M. Heo, H.-J. Measurements were made using a rotational rheometer (MCR 92, Anton-Paar, Austria) according to Moon, D. Lee, JS Lee and SY An, Carbon , 2020, 168 , 264-277.

모든 샘플은 디스크 형태로 준비되었으며, 주파수-의존 점탄성 거동을 조사하기 위해 직경 8mm의 판-판 형상과 1mm 갭을 갖는 회전 레오미터를 사용하여 측정되었다. 주파수 스윕은 1%의 일정한 변형률에서 0.1-4.0Hz 범위에서 수행되었다. 저장 탄성률(G')와 손실 탄성률(G')은 Lee, J. S., Nah, H., Moon, H. J., Lee, S. J., Heo, D. N., & Kwon, I. K. (2020). Controllable delivery system: A temperature and pH-responsive injectable hydrogel from succinylated chitosan. Applied Surface Science, 528, 146812에서와 같이 측정하였다.All samples were prepared in disk shape and measured using a rotational rheometer with a plate-plate geometry with a diameter of 8 mm and a gap of 1 mm to investigate the frequency-dependent viscoelastic behavior. Frequency sweeps were performed in the range 0.1–4.0 Hz at a constant strain of 1%. Storage modulus (G') and loss modulus (G') are: Lee, J. S., Nah, H., Moon, H. J., Lee, S. J., Heo, D. N., & Kwon, I. K. (2020). Controllable delivery system: A temperature and pH-responsive injectable hydrogel from succinylated chitosan. Measurements were made as in Applied Surface Science, 528, 146812.

<형태학적 분석><Morphological analysis>

PCL, PCL/CF 및 PCL/CF/MTS의 형태는 5kV의 가속 전압에서 전계 방출 주사 전자 현미경(FE-SEM; SU8010, Hitachi, Japan)으로 관찰하였다. 모든 동결 건조 샘플은 PCL 구조에 걸쳐 절단된 단면 층에서 채취한 다음 MC1000 이온 스퍼터 코터(Hitachi, Japan)를 사용하여 150초 동안 백금(30mA)으로 스퍼터 코팅하였다.The morphologies of PCL, PCL/CF, and PCL/CF/MTS were observed by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM; SU8010, Hitachi, Japan) at an accelerating voltage of 5 kV. All freeze-dried samples were taken from a cross-sectional layer cut across the PCL structure and then sputter-coated with platinum (30 mA) for 150 s using an MC1000 ion sputter coater (Hitachi, Japan).

<항체 어레이 분석><Antibody array analysis>

Human L-2000을 이용한 실험과정을 간략히 설명하면 다음과 같다. 이 어레이 키트는 2,000개의 사이토카인, 케모카인, 아디포카인, 성장 인자, 혈관신생 인자, 프로테아제, 가용성 수용체, 가용성 접착 분자 및 기타 단백질을 동시에 검출할 수 있다. 실험은 제조사의 지침에 따라 수행되었다. 요약하면, 항체 어레이 슬라이드(RayBiotech, Norcross, GA, USA)를 건조하고 차단 용액과 함께 30분 동안 인큐베이션하였다. 블로킹 버퍼를 따라낸 후 슬라이드를 400 uL의 희석된 샘플과 함께 실온에서 2시간 동안 인큐베이션하였다. 디캔팅 후, 각 어레이 슬라이드를 800 uL의 세척 버퍼로 3회 흔들면서 세척하였다.The experimental process using Human L-2000 is briefly explained as follows. This array kit can simultaneously detect 2,000 cytokines, chemokines, adipokines, growth factors, angiogenic factors, proteases, soluble receptors, soluble adhesion molecules and other proteins. The experiment was performed according to the manufacturer's instructions. Briefly, antibody array slides (RayBiotech, Norcross, GA, USA) were dried and incubated with blocking solution for 30 min. After decanting the blocking buffer, the slides were incubated with 400 uL of the diluted sample for 2 hours at room temperature. After decanting, each array slide was washed with 800 uL of washing buffer three times while shaking.

슬라이드를 부드럽게 흔들면서 RT에서 2시간 동안 바이오틴-접합된 항-사이토카인 항체와 함께 인큐베이션하였다. 그리고 슬라이드를 세척하고 Cy3-Conjugated Streptavidin과 함께 실온에서 2시간 동안 인큐베이션하였다. 마지막으로 슬라이드를 세척하고 탈이온수로 헹구고 1000rpm에서 3분 동안 원심분리하여 물을 제거하였다. 그런 다음 감지 혼합물을 추가하고 화학 발광 이미징 시스템 (Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, USA)을 적용하여 신호를 감지하고 시각화하였다. 단백질의 원래 신호 강도는 농도계에 의해 결정되었고 보정 후 양성 대조군을 사용하여 표준화되었다. 상대적인 단백질 발현 수준은 표준화된 값을 비교하여 얻었다.Slides were incubated with biotin-conjugated anti-cytokine antibodies for 2 hours at RT with gentle shaking. Then, the slides were washed and incubated with Cy3-Conjugated Streptavidin for 2 hours at room temperature. Finally, the slides were washed, rinsed with deionized water, and centrifuged at 1000 rpm for 3 minutes to remove water. Then, the detection mixture was added and a chemiluminescence imaging system (Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, USA) was applied to detect and visualize the signal. The original signal intensity of the protein was determined by densitometry and normalized using a positive control after correction. Relative protein expression levels were obtained by comparing normalized values.

<세포 배양><Cell culture>

인간 골수 유래 간엽 줄기 세포(hMSC)(Lonza, PT-2501) 및 GFP가 있는 인간 골수 유래 간엽 줄기 세포(GFP-hMSC)(Cyagen, HUXMA-01101)를 모든 세포 실험에 대해 계대 6에서 사용하였다. hMSC와 GFP-hMSC는 모두 중간엽 줄기세포 기저배지(Lonza, PT-3238)와 소태아혈청, L-글루타민, 젠타마이신을 성장배지(GM)로 포함하는 보충 키트(Lonza, PT-4105)에서 배양하였다. hMSC는 가습된 5% CO2 인큐베이터(Thermo, Heracell VIOS 250i)에서 인큐베이션되었다. 세포 배양 기간 동안 2일마다 새로운 배지를 교체하였다.Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hMSC) (Lonza, PT-2501) and human bone marrow-derived mesenchymal stem cells with GFP (GFP-hMSC) (Cyagen, HUXMA-01101) were used at passage 6 for all cell experiments. Both hMSCs and GFP-hMSCs were grown in mesenchymal stem cell basal medium (Lonza, PT-3238) and a supplement kit (Lonza, PT-4105) containing fetal bovine serum, L-glutamine, and gentamicin as growth medium (GM). Cultured. hMSCs were incubated in a humidified 5% CO 2 incubator (Thermo, Heracell VIOS 250i). Fresh medium was replaced every 2 days during the cell culture period.

<2D/3D에서 hMSC의 세포 거동><Cellular behavior of hMSCs in 2D/3D>

hMSC를 GM에서 배양하고 세포/mL의 밀도로 CF 하이드로겔 내에 캡슐화하였다. 1일, 4일, 7일 후 샘플을 DPBS로 2회 세척하고 제조업체의 지침에 따라 CCK-8 용액으로 처리하였다. 간단히 말해서, 용액을 유리 GM(보충제 없음)의 비율로 희석하였다. 인큐베이터에서 2시간 동안 인큐베이션한 후 450 nm 파장에서 마이크로플레이트 리더(BioRad, USA)로 흡광도를 측정하였다.hMSCs were cultured in GM and encapsulated within CF hydrogel at a density of cells/mL. After 1, 4, and 7 days, samples were washed twice with DPBS and treated with CCK-8 solution according to the manufacturer's instructions. Briefly, the solution was diluted to the ratio of free GM (no supplements). After incubation in an incubator for 2 hours, absorbance was measured with a microplate reader (BioRad, USA) at a wavelength of 450 nm.

배양 중 2D 및 3D의 세포 증식 양식을 시각화하기 위해 GFP-hMSC를 GM에서 7일 동안 배양하였다. GFP-hMSC는 PCL, PCL/CF 또는 PCL/CF/MTS에서 배양되었으며 세포는 스캐폴드 표면에 시드되거나 스캐폴드에 캡슐화되었다. EVOS FL Auto Cell Imaging System(Thermo Fisher Scientific, EVOS-M7000)을 사용하여 성장하는 세포를 관찰하고 특성화하였다.To visualize cell proliferation patterns in 2D and 3D during culture, GFP-hMSCs were cultured in GM for 7 days. GFP-hMSCs were cultured on PCL, PCL/CF, or PCL/CF/MTS, and cells were seeded on the scaffold surface or encapsulated in the scaffold. Growing cells were observed and characterized using the EVOS FL Auto Cell Imaging System (Thermo Fisher Scientific, EVOS-M7000).

<정량적 실시간 중합효소 연쇄 반응(qRT-PCR)><Quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR)>

PCL/CF/MTS 스캐폴드의 골형성 유전자 발현을 평가하기 위해 세포/mL 밀도의 hMSC를 CF 또는 CF/MTS 하이드로겔에 캡슐화하고 hMSC Osteogenic Differentiation Medium Bullet Kit(OM; Lonza, PT-3002)를 사용하여 각각 2주와 4주 동안 배양하였다. RNA 추출 전에 전체 샘플을 DPBS로 세척하고 전체 RNA 분리를 위해 TRIzol®Reagent(Invitrogen, 15596018)로 처리하였다. 이후 AccuPower®RT PreMix & Master Mix(Bioneer, Daejeon, Korea)를 이용하여 분리된 total RNA를 cDNA로 전사하였다. 합성된 cDNA에 Quantispeed SYBR mix(PhileKorea, Seoul, Korea)를 첨가하여 프라이머로 분석하였다(표 1). 모든 결과는 GAPDH를 사용하여 정규화되었다.To evaluate osteogenic gene expression in PCL/CF/MTS scaffolds, hMSCs at a cell/mL density were encapsulated in CF or CF/MTS hydrogels and the hMSC Osteogenic Differentiation Medium Bullet Kit (OM; Lonza, PT-3002) was used. They were cultured for 2 and 4 weeks, respectively. Before RNA extraction, the entire sample was washed with DPBS and treated with TRIzol®Reagent (Invitrogen, 15596018) for total RNA isolation. Afterwards, the isolated total RNA was transcribed into cDNA using AccuPower®RT PreMix & Master Mix (Bioneer, Daejeon, Korea). Quantispeed SYBR mix (PhileKorea, Seoul, Korea) was added to the synthesized cDNA and analyzed with primers (Table 1). All results were normalized using GAPDH.

<PCL/CF/MTS 복합 스캐폴드의 생체 내 이식><In vivo transplantation of PCL/CF/MTS composite scaffold>

11주령의 수컷 Sprague-Dawley 쥐(Koatech, Korea)를 대조군(무처리), PCL군, PCL/CF군, PCL/CF/MTS군의 4개 군으로 나누었다. 동물의 관리 및 치료는 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC; DGMIF-20030404-01)에서 수립한 지침에 따라 수행되었다. 두개골(calvarium) 위에 정중선 절개를 하고 전층 피판을 들어올렸다. 멸균 식염수 관개 하에 trephine bur를 사용하여 임계 크기의 두개골 결손(5mm)이 생성되었다. 결손 병변을 형성한 후, 각각의 스캐폴드 조성물을 결함 영역을 채우기 위해 적용하였다. 절개는 5-0 크롬 내장 및 4-0 실크로 층으로 봉합되었다. 모든 동물은 수술 2일 후에 세파졸린(30mg/kg)의 1회 근육 주사를 받았다. 동물은 수술 후 4주 및 8주에 희생되었다.11-week-old male Sprague-Dawley rats (Koatech, Korea) were divided into four groups: control group (untreated), PCL group, PCL/CF group, and PCL/CF/MTS group. Care and treatment of animals were performed in accordance with the guidelines established by the Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC; DGMIF-20030404-01). A midline incision was made over the calvarium and the full-thickness flap was lifted. A critical size cranial defect (5 mm) was created using a trephine bur under sterile saline irrigation. After forming the defect lesion, each scaffold composition was applied to fill the defect area. The incision was sutured in layers with 5-0 chrome gut and 4-0 silk. All animals received a single intramuscular injection of cefazolin (30 mg/kg) 2 days after surgery. Animals were sacrificed 4 and 8 weeks after surgery.

<현미경 및 조직학적 평가><Microscopic and histological evaluation>

이식 후 4주 또는 8주의 시점에서 각 그룹의 마우스를 희생시키고 수술 부위를 채취하여 10% 중성 완충 포르말린에 고정하였다. S. J. Lee, H. Nah, D. N. Heo, K.-H. Kim, J. M. Seok, M. Heo, H.-J. Moon, D. Lee, J. S. Lee and S. Y. An, Carbon, 2020, 168, 264-277.에 따라 SkyScan 1172(Sky-Scan) 스캐너를 사용하여 마이크로컴퓨터 단층촬영(μCT)으로 이미지화하였다. μCT에 따른 골밀도의 정도는 관심영역의 평균 회색값과 표준편차를 이용하여 정량화하였다. μCT 분석을 위해 새로운 골 부피(mm3), 골 부피 비율(골 부피/조직 부피, %) 및 골밀도(mg/cc)를 정량화하였다.At 4 or 8 weeks after transplantation, mice from each group were sacrificed, and the surgical site was harvested and fixed in 10% neutral buffered formalin. S. J. Lee, H. Nah, D. N. Heo, K.-H. Kim, J.M. Seok, M. Heo, H.-J. Images were imaged by microcomputed tomography (μCT) using a SkyScan 1172 (Sky-Scan) scanner according to Moon, D. Lee, JS Lee and SY An, Carbon , 2020, 168 , 264-277. The degree of bone density according to μCT was quantified using the average gray value and standard deviation of the region of interest. For μCT analysis, new bone volume (mm 3 ), bone volume ratio (bone volume/tissue volume, %), and bone mineral density (mg/cc) were quantified.

희생 후, 두개골 샘플을 중성 포르말린에 고정하고 EDTA 처리로 석회를 제거하였다. 각 샘플은 파라핀에 포매되어 섹션으로 슬라이싱되었다. 샘플 섹션을 현미경 조직학적 평가를 위해 헤마톡실린 및 에오신(H&E) 및 Masson's trichrome 염색하였다.After sacrifice, skull samples were fixed in neutral formalin and decalcified by EDTA treatment. Each sample was embedded in paraffin and sliced into sections. Sample sections were stained with hematoxylin and eosin (H&E) and Masson's trichrome for microscopic histological evaluation.

<통계 분석><Statistical analysis>

모든 데이터는 평균 ± SD로 표시된다. 그룹 간 차이의 유의성에 대한 통계적 분석은 GraphPad Prism 버전 7(GraphPad Software, CA, USA)을 사용하여 Bonferroni의 다중 비교 테스트의 양방향 분석으로 수행되었다. p-값에 따른 차이(*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001)는 통계적으로 유의한 것으로 간주되었다.All data are expressed as mean ± SD. Statistical analysis of the significance of differences between groups was performed with two-way analysis of Bonferroni's multiple comparison test using GraphPad Prism version 7 (GraphPad Software, CA, USA). Differences according to p-values (*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001) were considered statistically significant.

[결과][result]

1. PCL, PCL/CF 및 PCL/CF/MTS의 특성화1. Characterization of PCL, PCL/CF and PCL/CF/MTS

MTS이 혼합된 콜라겐/피브린(CF) 하이드로겔 및 3D 프린팅된 PCL 복합 스캐폴드의 생산을 위한 제조 공정의 개략도는 도 1a에 나타내었다. A schematic diagram of the manufacturing process for the production of MTS-blended collagen/fibrin (CF) hydrogel and 3D printed PCL composite scaffolds is shown in Figure 1A.

먼저, 3D 프린팅된 PCL 지지체를 복합 스캐폴드의 기계적 지지체로 사용하였다. PCL 스캐폴드는 전체 스캐폴드의 프레임을 유지하기 위해 압출 3D 프린팅 시스템을 통해 제작되었다. 또한, PCL 스캐폴드는 뼈 조직 구조와 잘 상관되는 외부 프레임 및 내부 기공 구조를 제공한다. 그러나 PCL은 세포 친화도가 낮고 고온 소결 과정으로 인해 세포나 생체 분자를 적재할 수 없다. 또한, 뼈는 본질적으로 경조직과 연조직을 모두 포함하는 복잡한 성질을 가지고 있다. 프레임 내부에 인체를 더 가깝게 모방하기 위해 PCL 스캐폴드의 다공성 구조에 MTS와 함께 CF 하이드로겔을 채워 PCL/CF/MTS 복합 스캐폴드를 생성하여 PCL의 불충분한 생체 적합성을 개질하였다.First, the 3D printed PCL scaffold was used as a mechanical support for the composite scaffold. The PCL scaffold was fabricated through an extrusion 3D printing system to maintain the frame of the entire scaffold. Additionally, the PCL scaffold provides an external frame and internal pore structure that correlates well with the bone tissue structure. However, PCL has low cell affinity and cannot load cells or biomolecules due to the high-temperature sintering process. Additionally, bones inherently have complex properties that include both hard and soft tissues. To more closely mimic the human body inside the frame, the insufficient biocompatibility of PCL was modified by filling the porous structure of the PCL scaffold with CF hydrogel along with MTS to create a PCL/CF/MTS composite scaffold.

동적 유변학적 특성을 측정하여 CF 하이드로겔, PCL/CF 및 PCL/CF/MTS 스캐폴드의 기계적 차이를 확인하였다(도 1b).Dynamic rheological properties were measured to confirm the mechanical differences between CF hydrogel, PCL/CF, and PCL/CF/MTS scaffolds (Figure 1b).

스캐폴드는 평형으로 겔화된 후 실온에서 연구되었다. CF 하이드로젤은 같은 Angular Frequency 1 rad/s에서 G'(160.73Pa), G"(73.00Pa)으로 연성에 해당한다. 또한 PCL/CF 스캐폴드는 CF 하이드로겔에 비해 증가된 G'(660.77Pa) 및 G"(109.75Pa) 값을 보여주었으며, 이는 CF 하이드로겔을 강화하는 PCL 스캐폴드에 의해 부여된 강도를 나타낸다. 그러나 MTS를 PCL/CF에 통합해도 물리적 특성에는 차이가 없었다. 이는 MTS의 작은 분자 크기로 인해 강성에 영향을 받지 않았다. 도 1c에서 볼 수 있듯이, SEM 이미지에서 PCL/CF와 PCL/CF/MTS 모두의 내부 미세다공성 구조의 유사한 횡단면이 이 결과를 뒷받침한다. 기공 측정 결과, 평균적으로 PCL/CF는 28.8±11.77 um 정도의 기공율을 가지고 있었으나, PCL/CF/MTS는 29.56±2.19 um의 기공율을 가지고 있다. PCL 자체에는 기공이 없어 세포나 생체 활성 물질을 탑재할 수 없다. 하지만, PCL에 하이드로젤을 보강하게 되면 SEM에서 확인한 데이터와 같이 연결된 기공이 확인되어 이를 통해 세포와 배지, 영양분 등이 통과할 수 있다. The scaffolds were gelled to equilibrium and then studied at room temperature. CF hydrogel corresponds to ductility at G'(160.73Pa) and G"(73.00Pa) at the same Angular Frequency of 1 rad/s. Additionally, PCL/CF scaffold has increased G'(660.77Pa) compared to CF hydrogel. ) and G" (109.75 Pa) values are shown, indicating the strength imparted by the PCL scaffold reinforcing the CF hydrogel. However, there was no difference in physical properties when MTS was incorporated into PCL/CF. This did not affect the rigidity due to the small molecular size of MTS. As can be seen in Figure 1c, the similar cross-sections of the internal microporous structures of both PCL/CF and PCL/CF/MTS in the SEM images support this result. As a result of pore measurement, on average, PCL/CF had a porosity of about 28.8±11.77 um, but PCL/CF/MTS had a porosity of 29.56±2.19 um. PCL itself has no pores, so it cannot load cells or bioactive substances. However, when PCL is reinforced with hydrogel, connected pores are confirmed as shown in the data confirmed by SEM, and cells, media, and nutrients can pass through them.

PCL 단독 그룹의 경우 이미지는 내부에 아무것도 채워지지 않은 지지 프레임으로만 구성되었다. 반면, PCL/CF 및 PCL/CF/MTS 그룹에서는 전체 PCL 구조 내에서 겔이 잘 혼합되어 일체화된 본체를 형성하였다. 구조 내부에서 더 높은 배율로 이미징한 결과, 기공이 서로 잘 연결되어 물과 영양분이 이동될 수 있음을 알 수 있다. 또한 CF는 추가 생체 분자와 세포를 캡슐화할 수 있다. PCL/CF/MTS 그룹에서는 PCL/CF와 비교하여 내부 구조의 관찰 가능한 차이가 없었으며 이는 PCL 구조의 기공 크기가 작은 분자 크기로 인해 MTS에 의해 영향을 받지 않았음을 나타낸다.For the PCL-only group, the image consisted only of a support frame with no filling inside. On the other hand, in the PCL/CF and PCL/CF/MTS groups, the gel was well mixed within the entire PCL structure to form an integrated body. Imaging at higher magnification inside the structure shows that the pores are well connected to each other, allowing water and nutrients to move. Additionally, CF can encapsulate additional biomolecules and cells. In the PCL/CF/MTS group, there was no observable difference in internal structure compared to PCL/CF, indicating that the pore size of the PCL structure was not affected by MTS due to the small molecular size.

그런 다음 MTS가 세포 거동에 미치는 영향을 알아보기 위해 단백질체 분석 (proteomics)를 수행하였다. MTS 단백질은 코어 단백질과 MTS 관련 단백질의 두 가지 범주로 구성되었다(도 2a). 코어 단백질은 주로 콜라겐과 당단백질로 구성되며 전체 질량의 약 75%를 차지한다. 이 단백질은 세포 부착을 강화하고 인테그린 결합을 통해 신호를 제공하는 다양한 기능을 수행한다. 콜라겐은 ECM 구성 요소를 지원하기 때문에 매우 중요하다(도 2b). 여러 가지 다른 유형의 콜라겐이 발견되었다. 이들은 높은 에너지 저장 용량과 최소한의 탄성으로 인해 많은 조직의 분자 구조 및 기계적 특성에 기여한다.Then, proteomics was performed to determine the effect of MTS on cell behavior. MTS proteins consisted of two categories: core proteins and MTS-related proteins (Figure 2a). The core protein is mainly composed of collagen and glycoprotein and accounts for approximately 75% of the total mass. This protein performs a variety of functions, including enhancing cell adhesion and providing signaling through integrin binding. Collagen is very important because it supports ECM components (Figure 2b). Several different types of collagen have been discovered. They contribute to the molecular structure and mechanical properties of many tissues due to their high energy storage capacity and minimal elasticity.

특히, IV형 콜라겐은 콜라겐이 가장 풍부하고 비드 모양의 필라멘트 형성을 촉진하는 역할을 한다. 다음으로 원섬유형(fibrillar) 콜라겐이 두 번째로 큰 비율을 차지한다. 이 유형은 신축에 저항하기 때문에 뼈에 풍부하다. 또한 당단백질(Fibulin 4, Fibrinogen γ)은 다중 도메인 구조로 인해 매우 안정적이며 ECM 단백질 구성 요소의 조립을 매개하는 접착 분자에 결합하는 역할을 한다. ECM의 나머지 부분은 대략 분비 인자와 MTS 관련 단백질로 구성된다. 다수의 MTS 관련 단백질에는 ECM을 조절하는 작용을 하는 단백질(HTRA1, MMP-2, LOXL1/2)이 포함된다. 이들은 안정성과 리모델링 사이의 미세한 균형을 제어하고 구조에 기계적 강도를 제공하는 피브릴 사이에 가교를 형성한다. 이러한 분비 인자는 또한 세포 증식 및 분화 제어와 같은 다양한 세포 과정을 통해 줄기 세포 항상성을 조절하는 역할을 한다. 다음 표 2는 코어 기질 및 기질 관련 단백질에 대한 추가 정보를 나타낸다. 따라서 골수 줄기 세포에서 추출한 MTS 각각의 분비 인자와 관련된 방향으로 증식 및 분화를 향상시키는 작용을 하는 세포에 새로운 환경을 제공한다.In particular, type IV collagen is the most abundant collagen and plays a role in promoting the formation of bead-shaped filaments. Next, fibrillar collagen accounts for the second largest proportion. This type is abundant in bone because it resists stretching. Additionally, glycoproteins (Fibulin 4, Fibrinogen γ) are highly stable due to their multi-domain structure and play a role in binding adhesion molecules that mediate the assembly of ECM protein components. The remainder of the ECM roughly consists of secreted factors and MTS-related proteins. A number of MTS-related proteins include proteins that function to regulate the ECM (HTRA1, MMP-2, LOXL1/2). They form cross-links between fibrils that control the delicate balance between stability and remodeling and provide mechanical strength to the structure. These secreted factors also play a role in regulating stem cell homeostasis through various cellular processes such as control of cell proliferation and differentiation. Table 2 below presents additional information on core substrates and substrate-related proteins. Therefore, MTS extracted from bone marrow stem cells provides a new environment for cells that act to enhance proliferation and differentiation in a direction related to each secreted factor.

2. 인비트로 모델에서 PCL/CF/MTS 지지체의 다른 차원 세포 생존력 및 골 형성 유전자 발현의 비교2. Comparison of cell viability and osteogenic gene expression in different dimensions of PCL/CF/MTS scaffolds in in vitro model.

개발된 복합 PCL/CF/MTS 스캐폴드의 생체적합성을 확인하기 위해, 스캐폴드에 대해 2D(표면에 시드된 세포) 및 3D(세포 캡슐화) 세포 배양 실험을 수행하였다. 조직 공학에 사용되는 이식 가능한 생체 재료를 테스트하려면 두 가지 차원을 모두 고려하는 것이 생물학적으로 중요하다. 이는 실제 신체에 스캐폴드가 배치될 미세환경이 스캐폴드의 표면과 접촉하게 될 주변 조직의 3D ECM 환경으로 구성되기 때문이다.To confirm the biocompatibility of the developed composite PCL/CF/MTS scaffolds, 2D (cells seeded on the surface) and 3D (cell encapsulation) cell culture experiments were performed on the scaffolds. When testing implantable biomaterials used in tissue engineering, it is biologically important to consider both dimensions. This is because the microenvironment in which the scaffold will be placed in the actual body consists of the 3D ECM environment of the surrounding tissue that will be in contact with the surface of the scaffold.

2D 세포 거동은 세포 표면 접촉 측면을 결정하기 위해 분석되었다(도 3). hMSC는 PCL, PCL/CF 및 PCL/CF/MTS의 표면에 시딩되었다. 측정 첫날 PCL/CF 및 PCL/CF/MTS 그룹은 PCL 그룹에 비해 유의하게 높은 증식율을 보였다. 증식의 차이는 PCL/CF 및 PCL/CF/MTS에 대해 각각 135% 및 159%였다(도 3a). 이러한 증식의 상향 조절은 4일과 7일에도 관찰되었다. 7일에 각 PCL, PCL/CF 및 PCL/CF/MTS 그룹의 증식율은 다음과 같이 141%, 259% 및 323%로 관찰되었다. 1일째에 PCL 그룹과 각각 비교하였다.2D cell behavior was analyzed to determine aspects of cell surface contact (Figure 3). hMSCs were seeded on the surface of PCL, PCL/CF, and PCL/CF/MTS. On the first day of measurement, the PCL/CF and PCL/CF/MTS groups showed significantly higher proliferation rates than the PCL group. The difference in proliferation was 135% and 159% for PCL/CF and PCL/CF/MTS, respectively (Figure 3a). This upregulation of proliferation was also observed on days 4 and 7. On day 7, the proliferation rates of each PCL, PCL/CF, and PCL/CF/MTS group were observed to be 141%, 259%, and 323% as follows. Each was compared with the PCL group on day 1.

PCL에서 세포 증식의 낮은 증가율은 세포가 부착될 수 있는 PCL/CF 보다 작은 표면적을 갖는 PCL 스캐폴드의 표면 양상 때문이다. 이 경우 3D 프린팅된 PCL 자체는 다공성이 세포 부착을 유도하기에 좋은 세포 친화력에 충분하지 않은 비교적 소수성 표면을 제공한다. 추가적으로, PCL 스캐폴드의 개방형 구조(충전 하이드로겔이 없는 경우)는 조직 재생을 위해 세포 클러스터를 유지하는 능력을 제한하는 스캐폴드 내부의 넓은 공간을 제공한다. The low increase in cell proliferation in PCL is due to the surface aspect of the PCL scaffold, which has a smaller surface area than PCL/CF to which cells can attach. In this case, 3D printed PCL itself provides a relatively hydrophobic surface whose porosity is not sufficient for good cell affinity to induce cell attachment. Additionally, the open structure of PCL scaffolds (in the absence of filled hydrogel) provides large spaces inside the scaffold, which limits its ability to retain cell clusters for tissue regeneration.

PCL의 한계를 극복하기 위해 PCL 표면을 화학적으로 ROWLF하기보다 실제 세포가 생존하는 자연적인 ECM 구조를 모방하기 위해 하이드로겔을 사용하여 hMSC의 향상된 접착 및 증식을 유도하기로 결정하였다. PCL/CF와 PCL/CF/MTS의 차이 역시 증식 정도에 큰 차이를 보였다. PCL/CF는 1일과 4일 사이에 27%의 증식 성장률을 보인 반면, PCL/CF/MTS는 같은 기간 동안 71%의 증식 성장률을 보였다. PCL/CF 그룹과 PCL/CF/MTS 그룹 사이의 성장률 격차는 4일과 7일 사이에 각각 77% 및 93%로 더 넓어졌다. hMSC는 모든 그룹에서 우수한 접착 및 증식을 나타내었지만 증식은 PCL/CF/MTS 그룹에서 특히 높았다 (도 3).To overcome the limitations of PCL, rather than chemically ROWLF the PCL surface, we decided to induce improved adhesion and proliferation of hMSCs using hydrogels to mimic the natural ECM structure in which real cells survive. The difference between PCL/CF and PCL/CF/MTS also showed a significant difference in the degree of proliferation. PCL/CF showed a proliferation growth rate of 27% between days 1 and 4, while PCL/CF/MTS showed a proliferation growth rate of 71% during the same period. The growth rate gap between the PCL/CF group and the PCL/CF/MTS group widened to 77% and 93% between the 4th and 7th days, respectively. hMSCs showed excellent adhesion and proliferation in all groups, but proliferation was particularly high in the PCL/CF/MTS group (Figure 3).

이러한 결과는 hMSC를 둘러싼 스캐폴드의 상황과 밀접한 관련이 있다. 주변 CF 하이드로겔을 통해 표면적이 공간적으로 증가하여 세포 증식을 위한 공간이 증가하였다. 구체적으로, MTS-관련 단백질은 ECM을 조절하여 피브릴 사이에 가교를 형성함으로써 기계적 강도를 갖는 적절한 구조를 제공한다. 또한, hMSC는 PCL/CF 및 PCL/CF/MTS 스캐폴드에서 자체 스핀들과 같은 형태를 형태학적으로 유지하였다. 스캐폴드에서 2D 배양한 결과 PCL/CF/MTS 그룹이 유의하게 높은 세포 증식을 보였다. 이 발견은 골수 MSC에서 유래한 MTS가 로딩될 때 세포 증식을 증가시키는 작용을 한다는 것을 보여주었다.These results are closely related to the situation of the scaffold surrounding hMSC. The surface area was spatially increased through the surrounding CF hydrogel, thereby increasing space for cell proliferation. Specifically, MTS-related proteins regulate the ECM to form cross-links between fibrils, thereby providing an appropriate structure with mechanical strength. Additionally, hMSCs morphologically maintained their spindle-like morphology on PCL/CF and PCL/CF/MTS scaffolds. As a result of 2D culture on the scaffold, the PCL/CF/MTS group showed significantly higher cell proliferation. These findings showed that MTS derived from bone marrow MSCs act to increase cell proliferation when loaded.

또한 3D 배양 조건의 일부로 세포 캡슐화 전략에 중점을 두었다. 위에서 언급했듯이 2D 세포 배양 시스템은 기본 ECM을 충분히 모방하지 못하기 때문에 hMSC에 기본 환경을 제공할 수 있는 3D 인공 ECM 매트릭스로 CF 하이드로겔을 사용하였다. 이 실험에서 비교 평가 PCL 단독으로는 세포를 로드할 수 없기 때문에 PCL/CF 및 PCL/CF/MTS 그룹 간에 수행되었다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 세포 로딩 1일째부터 MTS를 함유한 그룹이 PCL/CF 그룹 보다 약 22% 더 높은 증식을 나타내었다. 이 패턴은 실험이 종료된 7일차까지 계속되었다. 7일째에는 PCL/CF 그룹과 PCL/CF/MTS 그룹에서 1일째 PCL/CF군에 비해 성장률이 각각 76% 및 140% 증가하였다.We also focused on cell encapsulation strategies as part of 3D culture conditions. As mentioned above, because 2D cell culture systems do not sufficiently mimic native ECM, CF hydrogel was used as a 3D artificial ECM matrix that can provide a native environment for hMSCs. In this experiment, a comparative evaluation was performed between the PCL/CF and PCL/CF/MTS groups since PCL alone cannot load cells. As shown in Figure 4A, from day 1 of cell loading, the group containing MTS showed approximately 22% higher proliferation than the PCL/CF group. This pattern continued until day 7, when the experiment ended. On day 7, the growth rate in the PCL/CF group and PCL/CF/MTS group increased by 76% and 140%, respectively, compared to the PCL/CF group on day 1.

일별 성장률의 차이도 2D 배양 결과와 동일하였다. PCL/CF 그룹은 1일부터 4일까지 29%의 성장률을 보인 반면, PCL/CF/MTS 그룹은 59%의 더 높은 성장률을 보였다. 또한, 4일에서 7일 사이의 성장률도 PCL/CF 및 PCL/CF/MTS 그룹에 대해 각각 50% 및 59%였다. 이는 PCL/CF/MTS 그룹에서 더 높은 성장률을 보여주었다. 흥미롭게도, 이러한 증식 속도의 증가는 7일째에 형광 이미지에서 보다 확연한 차이를 보여주었다(도 4b). MTS 복합 그룹은 세포 접착 정도에 현저한 영향을 미치는 MSC 특이적 섬유아세포 유사 형태를 보여주었다. 이는 접착과 관련된 fibulin 4, fibrinogen γ를 포함하는 당단백질에 대한 현상을 가져온다.The difference in daily growth rate was also the same as the 2D culture result. The PCL/CF group showed a growth rate of 29% from day 1 to day 4, while the PCL/CF/MTS group showed a higher growth rate of 59%. Additionally, the growth rates between days 4 and 7 were 50% and 59% for the PCL/CF and PCL/CF/MTS groups, respectively. This showed a higher growth rate in the PCL/CF/MTS group. Interestingly, this increase in proliferation rate showed a more pronounced difference in fluorescence images at day 7 (Figure 4b). The MTS composite group showed MSC-specific fibroblast-like morphology, which significantly affected the degree of cell adhesion. This results in the development of adhesion-related glycoproteins, including fibulin 4 and fibrinogen γ.

이것은 본 발명에 따른 MTS 혼합 하이드로겔이 hMSC가 부착하기에 유리한 환경을 제공한다는 것을 나타내며, 따라서 본 발명의 PCL/CF/MTS 스캐폴드는 hMSC가 성숙한 조골세포로 분화하도록 장려하기에 충분한 잠재력을 가지고 있다. MTS의 분비 인자로 인해 세포 과정을 조절하게 되었다. 세포가 생존하고 분화할 수 있는 환경 조건은 매우 중요하며 동적 기계적 부하뿐만 아니라 ECM의 기계적 특성에도 의존한다. 또한 초기 세포 부착은 조직 재생에 중요하다. 세포 부착은 스캐폴드의 표면 특성과 생화학적 특성 모두의 영향을 받을 수 있다. PCL/CF 및 PCL/CF/MTS(도 1b~1c)의 유사한 강도와 다공성으로 인해 이 물질은 hMSC가 분화할 수 있는 우수한 세포 친화성을 제공할 수 있었다. 또한 이러한 유형의 시험관 내 결과는 각각의 단백질체 분석 결과와 관련이 있다(도 2 및 표 2). 콜라겐과 당단백질인 MTS의 주성분은 포유동물 세포의 부착과 ECM과의 결합에 중요한 역할을 한다. 이것은 실험에서 2D 및 3D 배양 결과에 직접적인 영향을 미쳤다.This indicates that the MTS mixed hydrogel according to the present invention provides a favorable environment for hMSCs to attach, and thus the PCL/CF/MTS scaffold of the present invention has sufficient potential to encourage the differentiation of hMSCs into mature osteoblasts. there is. Secreted factors from MTS allow it to regulate cellular processes. The environmental conditions under which cells can survive and differentiate are very important and depend not only on dynamic mechanical loads but also on the mechanical properties of the ECM. Additionally, initial cell adhesion is important for tissue regeneration. Cell adhesion can be influenced by both surface and biochemical properties of the scaffold. Due to the similar strength and porosity of PCL/CF and PCL/CF/MTS (Figures 1b–1c), these materials could provide excellent cell compatibility for hMSCs to differentiate. Additionally, these types of in vitro results correlated with the results of the respective proteomic analyzes (Figure 2 and Table 2). The main components of MTS, a collagen and glycoprotein, play an important role in the adhesion of mammalian cells and binding to the ECM. This had a direct impact on the 2D and 3D culture results in our experiments.

마우스 두개골 결손 모델에 PCL/CF/MTS 스캐폴드를 이식하기 전에 qRT-PCR을 통해 골 형성(osteogenic) in vitro 분석을 수행하였다(도 5). hMSC는 배양 후 2주 및 4주에 PCL/CF/MTS에 잘 캡슐화되었다. 다음으로 PCL/CF/MTS가 hMSC의 골형성 분화를 유도할 수 있는지 여부를 조사하였다. qRT-PCR은 COL1, OCN, OPN, BSP 및 BMP2와 같은 골 형성 마커의 더 높은 발현 수준을 보여주었다. 이러한 시간 의존적 골형성 유전자 마커의 상향 조절은 특히 BSP 발현의 경우 4주에 현저하게 높았다(도 5c). 조골세포에 의해 발현되는 ECM은 type 1 collagen을 주성분으로 하지만 BSP가 non-collagenous protein 중에서 가장 높다. PCL/CF/MTS 그룹에서 BSP의 발현 정도가 높다는 것은 골 형성을 나타낸다는 점에서 매우 중요한 의미로 해석될 수 있다. PCL/CF/MTS 그룹에서 더 높은 BSP 발현 수준은 PCL/CF 그룹에 비해 MTS 로딩으로 인해 CF 하이드로겔에서 hMSC의 골 형성 분화를 나타낸다는 점에서 매우 중요하다고 볼 수 있다. 이러한 결과는 MTS의 주요 구성 요소가 MSC가 CF 매트릭스에 부착되도록 하고 증식 및 골 형성 분화를 위한 충분한 환경을 제공한다는 것을 강력하게 뒷받침하였다.Before implanting the PCL/CF/MTS scaffold into the mouse calvarial defect model, osteogenic in vitro analysis was performed through qRT-PCR (FIG. 5). hMSCs were well encapsulated in PCL/CF/MTS at 2 and 4 weeks after culture. Next, we investigated whether PCL/CF/MTS could induce osteogenic differentiation of hMSCs. qRT-PCR showed higher expression levels of osteogenic markers such as COL1, OCN, OPN, BSP, and BMP2. This time-dependent upregulation of osteogenic gene markers was significantly higher at 4 weeks, especially for BSP expression (Figure 5c). ECM expressed by osteoblasts is composed mainly of type 1 collagen, but BSP is the highest among non-collagenous proteins. The high expression level of BSP in the PCL/CF/MTS group can be interpreted as very important in that it indicates bone formation. The higher BSP expression level in the PCL/CF/MTS group can be considered very significant in that it indicates the osteogenic differentiation of hMSCs in the CF hydrogel due to MTS loading compared to the PCL/CF group. These results strongly supported that key components of the MTS allow MSCs to adhere to the CF matrix and provide a sufficient environment for proliferation and osteogenic differentiation.

3. 마우스 두개골 결손 모델에서 PCL/CF/MTS 스캐폴드 이식 후 새로운 뼈 조직 형성의 생체 내 특성화3. In vivo characterization of new bone tissue formation after PCL/CF/MTS scaffold implantation in a mouse calvarial defect model

PCL/CF/MTS의 뼈 재생 효과를 평가하기 위해 마우스 두개골 결손 모델에서 스캐폴드의 생체 내 이식을 수행하였다. 마우스는 이식 후 4주와 8주에 희생되었다. 시각화된 μCT 영상에서 볼 수 있듯이 PCL군에서는 소량의 골 형성이 관찰된 반면, CF 및 CF/MTS를 포함한 다른 군에서는 결손 병변 주변에서 골 형성이 두드러져 확인되었다(도 6a). 신생골의 양은 골용적(BV, mm3), 전체 조직용적당 골용적(BV/TV, %), 골밀도(BMD, mg/cc)로 정량적으로 측정하였다(도 6b, 도 6c, 도 6d).To evaluate the bone regenerative effect of PCL/CF/MTS, in vivo implantation of the scaffold was performed in a mouse calvarial defect model. Mice were sacrificed at 4 and 8 weeks after transplantation. As seen in the visualized μCT images, a small amount of bone formation was observed in the PCL group, whereas bone formation was prominent around the defect lesion in other groups, including CF and CF/MTS (Figure 6a). The amount of new bone was quantitatively measured by bone volume (BV, mm3), bone volume per total tissue volume (BV/TV, %), and bone density (BMD, mg/cc) (Figures 6b, 6c, and 6d).

세 그룹 모두 BV, BV/TV 및 BMD 평가에 대한 4주 결과 동안 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 그러나 PCL/CF/MTS군이 수치상 가장 높은 신생골 형성을 보였다. PCL/CF/MTS 그룹의 재생 효과는 8주 결과에서 두드러지게 나타내었다. PCL/CF/MTS 그룹의 BV는 14.82 ± 0.99 mm3를 산출했으며 PCL 그룹(10.78 ± 1.6 mm3)에 비해 상당히 높은 것으로 계산되었다. μCT에서 도출한 BV/TV의 결과는 PCL/CF/MTS 그룹(10.38 ± 0.69 %)이 PCL 그룹(7.55 ± 1.12%) 및 PCL/CF 그룹(8.86 ± 0.89%)에 비해 더 많은 골 성장을 보였다는 점에서 BV 값과 유사한 측면을 나타낸다 (도 6c). 또한, PCL, PCL/CF 및 PCL/CF/MTS 그룹의 이식 부위 BMD는 56.8 ± 8.96 mg/cc, 76.53 ± 각각 2.67 mg/cc 및 85.49 ± 9.85 mg/cc로 PCL 그룹과 비교하여 PCL/CF/MTS 그룹의 재생이 크게 개선되었음을 나타내었다(도 6d).All three groups showed no statistically significant differences during the 4-week results for BV, BV/TV, and BMD assessments. However, the PCL/CF/MTS group showed the numerically highest new bone formation. The regenerative effect of the PCL/CF/MTS group was noticeable in the 8-week results. The BV of the PCL/CF/MTS group was calculated to be 14.82 ± 0.99 mm 3 , which was significantly higher than that of the PCL group (10.78 ± 1.6 mm 3 ). The results of BV/TV derived from μCT showed more bone growth in the PCL/CF/MTS group (10.38 ± 0.69%) compared to the PCL group (7.55 ± 1.12%) and PCL/CF group (8.86 ± 0.89%). shows similar aspects to the BV value in that (Figure 6c). Additionally, the transplant site BMD in the PCL, PCL/CF, and PCL/CF/MTS groups was 56.8 ± 8.96 mg/cc, 76.53 ± 2.67 mg/cc, and 85.49 ± 9.85 mg/cc, respectively, compared with the PCL group. The regeneration of the MTS group showed significant improvement (Figure 6D).

H&E 염색은 숙주 조직에서 새로운 뼈 형성을 입증하기 위해 수행되었다(도 7a). PCL군에서는 이식된 결손 부위가 소량의 뼈와 섬유조직으로 채워져 있었다. 그러나 PCL/CF 및 PCL/CF/MTS 그룹은 섬유 결합 조직으로 둘러싸인 숙주 조직과의 친밀한 접촉 및 더 나은 형성과 함께 새로운 뼈를 보였다. PCL/CF/MTS군에서는 섬유조직의 중간 사이에 몇 개의 골섬(bony island)이 형성되어 새로운 골 형성이 관찰되었다. 또한, Masson's Trichrome 염색을 수행하여 마우스의 두개골 결손 모델에서 새로운 뼈 형성을 평가하고 시각화하였다(도 7b). PCL 스캐폴드 단독은 결함 영역 내에서 낮은 생분해성을 가지며 임플란트 부위에서 숙주 조직과의 낮은 상용성을 갖는 것으로 관찰되었다. 그러나 CF 및 CF/MTS 복합 그룹은 PCL 지지체를 둘러싼 더 나은 새로운 뼈 형성과 섬유 조직을 보였다. 특정 부위의 신생골 형성은 PCL/CF 군에서 더 크게 나타나지만 신생골 형성영역 주변에 조밀하게 보이는 섬유조직은 PCL/CF/MTS 군에서 더 넓은 면적을 보인다. 이 결과는 proteomics 데이터와도 관련이 있는 것으로 나타났다(도 2).H&E staining was performed to demonstrate new bone formation in host tissue (Figure 7a). In the PCL group, the transplanted defect area was filled with a small amount of bone and fibrous tissue. However, the PCL/CF and PCL/CF/MTS groups showed new bone with better formation and intimate contact with the host tissue surrounded by fibrous connective tissue. In the PCL/CF/MTS group, new bone formation was observed with several bony islands formed between the fibrous tissues. Additionally, Masson's Trichrome staining was performed to evaluate and visualize new bone formation in the mouse skull defect model (Figure 7b). The PCL scaffold alone was observed to have low biodegradability within the defect area and poor compatibility with host tissue at the implant site. However, the CF and CF/MTS combination groups showed better new bone formation and fibrous tissue surrounding the PCL scaffold. New bone formation in specific areas appears larger in the PCL/CF group, but the dense fibrous tissue around the new bone formation area appears larger in the PCL/CF/MTS group. This result also appeared to be related to the proteomics data (Figure 2).

MTS에는 콜라겐 기반 분자가 포함되어 있으며 콜라겐은 기본 ECM의 주요 구성 요소이다. 이 결과는 PCL/CF/MTS 그룹이 다른 그룹 보다 더 많은 새로운 섬유 조직을 형성했음을 나타낸다. 또한 PCL/CF/MTS군에서 섬유조직의 중간에 새로운 골 영역이 관찰되었다. 골격을 형성하고 더 많은 새로운 뼈 형성을 유도한다. 이 결과는 MTS 복합 바이오 스캐폴드가 MTS로 인해 더 많은 양의 뼈 조직 형성을 유도할 수 있는 ECM 환경을 제공했음을 보여준다. 이러한 μCT 및 조직학 결과는 MTS가 골수 MSC에서 추출한 바이오 스캐폴드를 통합하면 골 재생을 가속화할 수 있음을 나타내는 인비트로 실험 결과와 상관 관계가 있다.MTS contains collagen-based molecules, and collagen is a major component of the primary ECM. These results indicate that the PCL/CF/MTS group formed more new fibrous tissue than the other groups. Additionally, a new bone area was observed in the middle of the fibrous tissue in the PCL/CF/MTS group. Forms the skeleton and induces the formation of more new bone. These results show that the MTS composite bioscaffold provided an ECM environment that could induce the formation of a higher amount of bone tissue due to MTS. These μCT and histology results are correlated with in vitro experimental results indicating that MTS incorporating bioscaffolds derived from bone marrow MSCs can accelerate bone regeneration.

[결론][conclusion]

본 발명에 따른 MTS와 CF 하이드로겔로 채워진 3D 프린팅된 PCL 복합 스캐폴드는 재생에 필요한 뼈 조직 표적 생체거대분자를 전달함으로써 결함 부위에서 세포 행동과 뼈 치유를 모두 향상시키는 능력을 입증하였다. 3D 프린팅된 PCL 스캐폴드는 뼈 조직에서 발생하는 물리적 스트레스에 저항하기 위한 기계적 지원을 제공하는 데 사용되었다. MTS는 골 형성 기능을 부여하는데 사용되었다. 이 성분은 CF 하이드로겔에 통합된 후에도 스캐폴드의 원래 기계적 특성을 방해하지 않았다. 또한, MTS 복합 스캐폴드는 2D 및 3D 배양 환경 모두에서 hMSCs 증식을 강화하고 골형성 유전자 마커의 상향 조절을 유도하였다. 결과적으로, PCL/CF/MTS 복합 스캐폴드는 임계 크기 결함 마우스 두개골 결손 모델에서 골 유도 및 조직 복구를 향상시켰다. 본 발명에 따른 PCL/CF/MTS 복합 스캐폴드는 향상된 뼈 성장을 위한 골 이식재, 대체재로 사용할 수 있으므로, 조직 공학 분야에서 유용하리라 기대된다.The 3D printed PCL composite scaffold filled with MTS and CF hydrogel according to the present invention demonstrated the ability to enhance both cell behavior and bone healing at the defect site by delivering bone tissue-targeting biomacromolecules required for regeneration. 3D printed PCL scaffolds were used to provide mechanical support to resist physical stresses occurring in bone tissue. MTS was used to impart osteogenic function. This component did not interfere with the original mechanical properties of the scaffold after being incorporated into the CF hydrogel. Additionally, the MTS composite scaffold enhanced hMSCs proliferation and induced upregulation of osteogenic gene markers in both 2D and 3D culture environments. As a result, the PCL/CF/MTS composite scaffold improved bone induction and tissue repair in a critical-size defect mouse calvarial defect model. The PCL/CF/MTS composite scaffold according to the present invention can be used as a bone graft or substitute material for improved bone growth, and is therefore expected to be useful in the field of tissue engineering.

Claims (16)

생분해성 합성 고분자 및 매트리솜이 함유된 천연 고분자 하이드로겔을 포함하는 3D 다공성 복합 스캐폴드.
3D porous composite scaffold comprising biodegradable synthetic polymer and natural polymer hydrogel containing matrisomes.
제 1 항에 있어서,
상기 생분해성 합성 고분자는 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL), 폴리락타이드(Polylactide, PLA), 폴리 락타이드글리콜라이드 랜덤 공중합체(Polylactide glycolide, PLGA), 폴리글리콜라이드(Polyglycolide, PGA) 또는 이들의 혼합물인 3D 다공성 복합 스캐폴드.
According to claim 1,
The biodegradable synthetic polymer is polycaprolactone (PCL), polylactide (PLA), polylactide glycolide (PLGA), polyglycolide (PGA), or these. 3D porous composite scaffold as a mixture.
제 1 항에 있어서,
상기 천연 고분자 하이드로겔은 콜라겐과 피브린이 혼합된 하이드로겔, 3D 다공성 복합 스캐폴드.
According to claim 1,
The natural polymer hydrogel is a hydrogel mixed with collagen and fibrin, a 3D porous composite scaffold.
제 1 항에 있어서,
콜라겐과 피브린은 1 : 1 내지 4의 부피비로 포함하는 3D 다공성 복합 스캐폴드.
According to claim 1,
A 3D porous composite scaffold containing collagen and fibrin in a volume ratio of 1:1 to 4.
제 1 항에 있어서,
매트리솜(MTS)과 피브리노겐은 1 : 5 내지 10의 중량비로 포함하는 3D 다공성 복합 스캐폴드.
According to claim 1,
A 3D porous composite scaffold containing matrisome (MTS) and fibrinogen at a weight ratio of 1:5 to 10.
제 1 항에 있어서,
생분해성 합성 고분자는 중량평균 분자량 범위가 10,000 내지 100,000 인, 3D 다공성 복합 스캐폴드.
According to claim 1,
The biodegradable synthetic polymer is a 3D porous composite scaffold with a weight average molecular weight ranging from 10,000 to 100,000.
제 1 항에 있어서,
PCL 지지체에 콜라겐과 피브리노겐으로 구성된 콜라겐/피브린 하이드로겔이 결합된 3D 다공성 복합 스캐폴드.
.
According to claim 1,
A 3D porous composite scaffold combining collagen/fibrin hydrogel composed of collagen and fibrinogen on a PCL scaffold.
.
3D 프린팅된 합성 고분자 스캐폴드를 제조하는 단계;
매트리솜과 피브리노겐을 혼합하여 매트리솜-피브리노겐 용액을 제조하는 단계;
콜라겐 용액 및 상기 매트리솜-피브리노겐 용액을 혼합하는 단계; 및
상기 3D 프린팅된 합성 고분자 스캐폴드 상에 매트리솜이 혼합된 콜라겐-피브린 하이드로겔을 충진시키는 단계
을 포함하는 3D 다공성 복합 스캐폴드의 제조방법.
Preparing a 3D printed synthetic polymer scaffold;
Preparing a matrisome-fibrinogen solution by mixing matrisome and fibrinogen;
Mixing the collagen solution and the matrisome-fibrinogen solution; and
Step of filling the collagen-fibrin hydrogel mixed with matrisome on the 3D printed synthetic polymer scaffold.
Method for manufacturing a 3D porous composite scaffold comprising.
제 8 항에 있어서,
상기 생분해성 합성 고분자는 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL), 폴리락타이드(Polylactide, PLA), 폴리 락타이드글리콜라이드 랜덤 공중합체(Polylactide glycolide, PLGA), 폴리글리콜라이드(Polyglycolide, PGA) 또는 이들의 혼합물인 3D 다공성 복합 스캐폴드의 제조방법.
According to claim 8,
The biodegradable synthetic polymer is polycaprolactone (PCL), polylactide (PLA), polylactide glycolide (PLGA), polyglycolide (PGA), or these. Method for manufacturing a 3D porous composite scaffold that is a mixture.
제 8 항에 있어서,
콜라겐과 피브리노겐은 1: 1 내지 4의 부피비로 포함하는 3D 다공성 복합 스캐폴드의 제조방법.
According to claim 8,
A method of producing a 3D porous composite scaffold comprising collagen and fibrinogen in a volume ratio of 1:1 to 4.
제 8 항에 있어서,
매트리솜과 피브리노겐은 1: 5 내지 10의 부피비로 포함하는 3D 다공성 복합 스캐폴드의 제조방법.
According to claim 8,
A method for producing a 3D porous composite scaffold comprising matrisome and fibrinogen in a volume ratio of 1:5 to 10.
청구항 8에 따른 제조방법으로부터 제조된 3D 다공성 복합 스캐폴드.
A 3D porous composite scaffold prepared from the manufacturing method according to claim 8.
제 12 항에 있어서,
저장 탄성률이 500 Pa 이상인 3D 다공성 복합 스캐폴드.
According to claim 12,
3D porous composite scaffold with storage modulus greater than 500 Pa.
청구항 1 또는 청구항 12에 따른 3D 다공성 복합 스캐폴드를 포함하는 골 대체재.
A bone substitute comprising a 3D porous composite scaffold according to claim 1 or claim 12.
청구항 1 또는 청구항 12에 따른 3D 다공성 복합 스캐폴드를 포함하는 골 충진재.
A bone filler comprising the 3D porous composite scaffold according to claim 1 or claim 12.
청구항 1 또는 청구항 12에 따른 3D 다공성 복합 스캐폴드를 포함하는 세포 배양용 조성물.A composition for cell culture comprising the 3D porous composite scaffold according to claim 1 or claim 12.
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Bio-nanocomposite Polymer Hydrogels Containing Nanoparticles for Drug Delivery: a Review, I. Gholamali and M. Yadollahi, Regenerative Engineering and Translational Medicine, 2021, 7:129-146

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