WO2016195181A1 - 스캐폴드 제조 방법 및 이에 의해 제조된 스캐폴드 - Google Patents

스캐폴드 제조 방법 및 이에 의해 제조된 스캐폴드 Download PDF

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WO2016195181A1
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이덕현
민우기
김현준
양재혁
왕립
이동훈
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오스젠
이덕현
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a scaffold and a scaffold produced by the present invention, and more particularly, to a scaffold manufacturing method and physically and chemically containing collagen and SDF-1 in the scaffold to promote bone regeneration. To a modified scaffold.
  • ECM extracellular matrix
  • ECM extracellular matrix
  • These scaffolds contain specific signaling molecules to deliver the molecules in the right amount at the right time to regulate the stem cell phenotype, an example of the signal transduction molecules in the scaffold called chemokine.
  • chemokine an example of the signal transduction molecules in the scaffold called chemokine.
  • SDF-1 stromal derived factor-1
  • the above-listed patent is a scaffold made by mixing gelatin, which is a natural polymer, with siloxane, and since the integrin of cells does not judge the siloxane as a suitable extracellular matrix, the rate of proliferation and differentiation of the cells is somewhat delayed. Since no amino group is formed on the surface of the gelatin-siloxane hybrid scaffold, it does not chemically bond with the growth factor SDF-1 itself, and contains SDF-1 only by physical capillary force. There was a problem that the rapid release of the SDF-1 before the adhesion and then rapidly decreases as the seal passes, resulting in a sustained cell regeneration effect.
  • the SDF-1 can be applied to the calcium phosphate scaffold of the inventors registered Patent No. 10-1230704, but the calcium phosphate scaffold does not have an amino group on the surface of the calcium phosphate scaffold physically due to capillary phenomenon when applying SDF-1 Only the binding of the SDF-1 is possible only because the chemical bond is not made, there is a problem that the SDF-1 of the scaffold is rapidly released when applied to the human body to obtain a cell regeneration effect.
  • the present invention is to solve the above problems, by surface treatment of the scaffold surface with 3-APTES to generate an amino group, so that collagen and SDF-1 physically and chemically attached to the scaffold, integrin is suitable for extracellular matrix It is an object of the present invention to shorten the recovery time of the bone loss occurs so that the discharge rate of the SDF-1 does not suddenly change even as time passes.
  • step (S1) of surface treatment of 3-APTES on the scaffold the collagen and SDF-1 mixed solution preparation step (S2), the solution of the (S2) (S1)
  • the scaffold manufacturing method characterized in that it comprises a step (S3) immersing the calcium phosphate scaffold surface-treated with 3-APTES.
  • the scaffold in the above uses a calcium phosphate scaffold.
  • the collagen and SDF-1 mixed solution of (S2) was prepared by adding collagen to distilled water, and then adding acetic acid to dissolve the first solution, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC), and When the pH of the mixed solution maintained at least 6 hours by mixing the second solution of hydroxy-succinimide (NHS) with distilled water at a ratio of 1: 1 respectively, SDF-1 was added completely. Prepare by dissolving.
  • the present invention having the above-described configuration, by simultaneously containing SDF-1 and the carboxyl group of collagen in the amino group produced by the surface treatment of 3-APTES in the scaffold, physically contained SDF-1 at the time of human implantation It is released early to increase migration around the stem cell's scaffolds, and chemically bound SDF-1 can play an ECM role involved in the continuous induction of cells, and collagen allows the integrins of the cells to become suitable ECMs. Judgment has the effect of increasing the cell adhesion and growth rate.
  • 1 shows an SEM image of a BCP scaffold.
  • Figure 2 is a schematic diagram showing the surface treatment and the process containing collagen and SDF-1 in the scaffold according to the present invention.
  • Figure 3 shows the results of XPS analysis of the scaffold surface according to the present invention.
  • stem cell research has been mainly conducted on adult stem cells, especially mesenchymal stem cells and hematopoietic stem cells.
  • Mesenchymal stem cells have no ethical problems. There is no immune rejection reaction, making it a useful tool for future cell therapy.
  • the concept of mobilization means that the mesenchymal stem cells in the bone marrow niche move from the bone marrow to the systemic circulation in response to specific signals from distant damaged tissue.
  • SDF-1 ⁇ Smalmal-derive factor-1 ⁇
  • CXCR-4 CXC chemokine receptor-4
  • SDF-1 can enable the cell to move to the desired place through the regression of the cell, and can be expected to recover quickly by moving the stem cell to the wound.
  • collagen is one of the most protein contained in the human body, it is known that type I collagen is also present in natural bone.
  • integrin makes the collagen suitable for extracellular matrix, which helps the cells adhere well.
  • the scaffold containing SDF-1 and collagen which is effective for bone regeneration, is placed in the area where bone loss occurs, thereby increasing the bone regeneration rate and greatly contributing to the reduction of recovery time.
  • Calcium phosphate scaffold is a component of human bone, which is known as an extracellular matrix (ECM), has excellent cell adhesion and bone conductivity, high biocompatibility, excellent bioactivity and cell conduction. Bioactivity and mechanical strength are higher than gelatin-siloxane hybrid scaffolds.
  • ECM extracellular matrix
  • a calcium phosphate scaffold (hereinafter referred to as 'calcium phosphate scaffold') containing BCP is prepared and used.
  • BCP biphasic tricalcium phosphate
  • HAp hydroxyapatite
  • Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 hydroxyapatite
  • ⁇ -TCP ⁇ -tricalcium phosphate
  • ⁇ -TCP Ca 3 (PO 4 ) 2
  • the scaffold Since the scaffold has already been presented in the inventors' registered patents, etc., a description of a separate manufacturing method is omitted, and the structure is composed of 200-400 ⁇ m macropores and 0.5-5 ⁇ m micro open pores. do.
  • 3-APTES is surface treated.
  • the porous calcium phosphate scaffold described in (1) does not have amino groups on the surface and cannot be chemically bonded to collagen and SDF-1 without surface treatment. By attaching to the scaffold, the fixation to the scaffold is secured, and the cell is stably attached thereto.
  • 3-APTES is added to the tertiary distilled water at 5 to 15 vol% based on the volume of the tertiary distilled water, and the calcium phosphate scaffold is immersed in a completely mixed solution to obtain 1 at 90 to 100 ⁇ C. After immersion for ⁇ 3 hours, the remaining 3-APTES is removed without reaction by washing thoroughly to leave only 3-APTES reacted with distilled water and ultrasonic waves.
  • the hydroxyl group (-OH) on the surface of the calcium phosphate scaffold reacts with the radicals of 3-APTES to bind the calcium phosphate scaffold and 3-APTES, and consequently on the surface of the immersed calcium phosphate scaffold.
  • a shape in which a hydroxyl group is substituted with an amino group (-NH 2 ) appears.
  • First solution After adding collagen to distilled water in 0.1 ⁇ 1.0wt% by weight of distilled water, add 0.1 ⁇ 0.5ml of acetic acid and completely dissolve.
  • the first solution and the second solution prepared above were mixed at a ratio of 1 to 2: 2 to 1 (preferably 1: 1), and maintained for 3 to 10 hours (preferably 6 hours) to be a carboxyl group. )
  • the pH of the mixed solution is activated as a weak acid of about 5.5-4.7, 0.1 ⁇ 1wt% of SDF-1 based on the total weight of the mixed solution is added to the mixed solution of the first and second solutions to completely dissolve collagen and SDF-1.
  • Collagen and SDF-1 may be collectively contained in the calcium phosphate scaffold treated with 3-APTES through chemical bonding and physical action, thereby simplifying the manufacturing process.
  • the amino group (-NH 2 ) on the surface of the calcium phosphate scaffold treated with 3-APTES, the collagen, and the carboxyl groups (-COOH) of SDF-1 are dehydrated and condensed.
  • Desorption of H 2 O) Peptide bond (-CONH) and the collagen, SDF-1 to the calcium phosphate scaffold surface-treated with the 3-APTES is a chemical bond.
  • Figure 3 shows the results of X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analysis of the scaffold surface according to the present invention, C1s detected near 300eV, N1s detected near 400eV, O1s detected above 500eV, respectively, in the peptide bond Derived from C, N, O.
  • XPS X-ray Photoelectron Spectroscopy
  • SDF-1 which is not chemically bound, may be physically contained on the surface of the calcium phosphate scaffold surface-treated with 3-APTES together with collagen fibers.
  • the collagen coated on the surface of the scaffold is regarded as an extracellular matrix. Thereby increasing the rate of proliferation and differentiation of cells.
  • SDF-1 is involved in continuous induction and influx of stem cells, while physically contained SDF-1 increases migration around the cell's scaffolds, affecting early cell adhesion and proliferation.
  • macropores can increase the share of autologous bone formation.
  • the bone regeneration rate may be improved, thereby greatly contributing to a shortening of recovery time.

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Abstract

본 발명은 스캐폴드 제조 방법 및 이에 의해 제조된 스캐폴드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스캐폴드에 콜라겐 및 SDF-1을 물리적, 화학적으로 함유시켜 골 재생을 촉진시키는 스캐폴드 제조 방법 및 이에 의해 제조된 스캐폴드에 관한 것으로, 스캐폴드 표면을 3-APTES로 표면처리하여 콜라겐 및 SDF-1가 물리적 화학적으로 스캐폴드에 부착되도록 하여, 인테그린이 적합한 세포외기질로 판단하도록 하면서 SDF-1의 배출속도가 시간의 경과시에도 급격한 변화가 일어나지 않도록 하여 골 손실이 일어난 부분의 회복시간을 단축하는 스캐폴드 및 그 제조방법에 있다.

Description

스캐폴드 제조 방법 및 이에 의해 제조된 스캐폴드
본 발명은 스캐폴드 제조 방법 및 이에 의해 제조된 스캐폴드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스캐폴드에 콜라겐 및 SDF-1을 물리적, 화학적으로 함유시켜 골 재생을 촉진시키는 스캐폴드 제조 방법 및 이에 의해 제조된 스캐폴드에 관한 것이다.
세포외 물질 중에는 단백질과 다당류와 같은 유기 고분자를 주성분으로 하고 있는 세포외 기질(extracellular matrix; ECM) 이라고 불리는 유기고형물질이 존재하고, 상기 ECM은 조직의 구조적 지지체로서 그리고 세포의 접착유도물질 역할을 한다.
이러한 ECM에 세포가 접착하면 세포내 정보전달이 활성화되고, 세포형태, 증식, 세포사(cell death) 등의 기본적인 세포기능이 제어되므로, 인공적으로 상기 세포외 기질(extracellular matrix, ECM) 역할을 수행하는 물질인 스캐폴드를 제조하여 골수복재로서 뿐만 아니라 환자의 줄기세포를 스캐폴드에 부착하여 골 손상 부위에 이식하는 조직공학 분야에서도 활발히 사용하고 있으며, 상기 스캐폴드에 대한 선행기술로 대한민국 등록특허 10-1230704호에서는 인산칼슘을 이용한 스캐폴드가 제시되어 있고, 대한민국 등록특허 제10-1436740호에는 젤라틴, 콜라겐, 키토산 등 천연 고분자로 이루어진 스캐폴드가 제시되어 있다.
이러한 스캐폴드에는 특정 신호 전달 분자(signaling molecules)를 포함시켜 상기 분자를 적절한 시점에 적절한 량으로 전달하여 줄기 세포의 표현형을 조절하는데, 상기 스캐폴드의 신호 전달 분자의 예로 케모킨(chemokine)으로 불리는 주화성 신호 전달 분자(chemotactic sigmaling molecules)가 있으며, 상기 주화성 신호전달 분자 중 하나인, SDF-1(stromal derived factor-1)은 스캐폴드에 함유되어 줄기세포를 스캐폴드 내부로 유도하는 역할을 하여 골 재생을 촉진시킨다.
이와 같이 스캐폴드에 SDF-1을 적용한 기술로 국내 등록특허 제10-1436740호가 있으며, 이는 젤라틴, 콜라겐, 키토산 등 천연 고분자로 이루어진 스캐폴드가 높은 생분해성으로 인하여 체내에서 구조를 오랫동안 유지하지 못하므로, 이를 보완하기 위하여 상기 젤라틴과 실록산의 혼합을 통하여 체내에서 분해되지 않고 안정하며 기계적 강도가 우수한 젤라틴-실록산 하이브리드 스캐폴드를 제공하고, 상기 하이브리드 스캐폴드 내부에 SDF-1을 포함시켜 체내에서 우수한 화학적 물리적 안정성을 유지함과 동시에 SDF-1을 천천히 방출하므로 조직 재생에 유용하게 사용할 수 있도록 한 기술이 공개되어 있다.
그러나, 상기한 선등록 특허는 천연 고분자인 젤라틴을 실록산과 혼합하여 제조되는 스캐폴드로서, 세포의 인테그린(integrin)이 상기 실록산을 적합한 세포외기질로 판단하지 않아 세포의 증식 및 분화 속도가 다소 지연되고, 젤라틴-실록산 하이브리드 스캐폴드의 표면에 아미노기가 생성되지 않아 자체적으로는 성장인자인 SDF-1과 화학결합 하지 않고, 물리적인 모세관 힘에 의해서만 SDF-1을 함유하므로, 생체 내 이식시 세포가 부착되기 전에 SDF-1이 빨리 방출된 후 시일이 지날수록 그 방출량이 급격히 감소하여 지속적인 세포 재생 효과를 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.
한편, 본 발명인의 선등록특허 10-1230704호의 인산칼슘 스캐폴드에도 상기 SDF-1을 적용시킬 수 있으나, 상기 인산칼슘 스캐폴드에는 표면에 아미노기가 없어서 SDF-1의 적용시 모세관현상에 의한 물리적인 SDF-1의 결합만 가능할 뿐 화학적 결합이 이루어지지 않아, 인체에 적용시 스캐폴드의 SDF-1이 급속히 방출되어 세포 재생 효과를 얻을 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스캐폴드 표면을 3-APTES로 표면처리하여 아미노기를 생성함으로서, 콜라겐 및 SDF-1이 물리적 화학적으로 스캐폴드에 부착되도록 하여, 인테그린이 적합한 세포외기질로 판단하도록 하면서 SDF-1의 배출속도가 시간의 경과시에도 급격한 변화가 일어나지 않도록 하여 골 손실이 일어난 부분의 회복시간을 단축하는 데 본 발명의 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 스캐폴드에 3-APTES를 표면처리하는 단계(S1), 콜라겐 및 SDF-1 혼합 용액 제조 단계(S2), 상기 (S2)의 용액에 상기 (S1)에서 3-APTES로 표면처리된 인산칼슘 스캐폴드를 침지하는 단계(S3)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 스캐폴드 제조 방법에 있다.
상기에서 스캐폴드는 인산칼슘 스캐폴드를 사용한다.
상기 (S2)의 콜라겐 및 SDF-1 혼합용액은 콜라겐을 증류수에 투입한 후, 아세트산을 넣고 녹인 제 1 용액과 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(EDC)와 엔-하이드록시-석신이미드(NHS)를 증류수와 혼합한 제 2 용액을 각각 1:1의 비율로 혼합하여 6시간 이상 유지한 혼합액의 pH가 5.5-4.7가 되면, SDF-1를 첨가하여 완전히 용해시켜 제조한다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 스캐폴드에 3-APTES를 표면처리하여 생성된 아미노기에 SDF-1과 콜라겐의 카르복실기를 동시에 함유시킴으로써, 인체 식립 시, 물리적으로 함유된 SDF-1이 초반에 방출되어 줄기 세포의 스캐폴드 주위로 이동을 증가시키며, 화학적으로 결합된 SDF-1은 계속적인 세포의 유도에 관여하는 ECM역할을 수행할 수 있고, 콜라겐에 의하여 세포의 인테그린이 적합한 ECM으로 판단하여 세포의 부착 및 생장율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
이를 통해 세포의 증식 및 분화 속도가 증가하고, 이는 골 재생 속도의 증가로 이어져 회복 시간의 단축에 크게 기여하게 된다.
아울러, 공지의 스캐폴드를 이용하여 골 재생 속도가 높은 우수한 스캐폴드를 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 BCP 스캐폴드의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 스캐폴드에 표면 처리 및 콜라겐과 SDF-1이 함유되는 과정을 나타내는 도식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스캐폴드 표면의 XPS 분석 결과를 나타낸 것이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 살펴본다.
최근 줄기세포에 대한 연구는 성체줄기세포, 그 중에서도 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cell) 및 조혈모 줄기세포(hematopoietic stem cell)에 대하여 주로 이루어지고 있는데, 중간엽 줄기세포는 윤리적인 문제가 없고, 면역 거부반응이 없어 향후 세포치료의 유용한 도구로 각광 받고 있다.
줄기세포에 있어 가동화(mobilization)라는 개념은 골수 틈새(bone marrow niche)에 있는 중간엽 줄기세포가 멀리 떨어진 손상된 조직으로부터 유래한 특정 신호를 받아 골수에서 순환계(systemic circulation)로 이동하는 것을 말한다.
또한, 회귀(homing)이라는 개념이 있는데, 이것은 가동화되었던 줄기세포들이 대상 조직의 혈관계에 포착되어 내피세포(endothelium) 안으로 이동(transmigration)되는 것을 뜻한다. 회귀작용과 관련된 세포 표면 단백질에는 SDF-1α(Stromal cell-derive factor-1α)및 이것의 수용체(receptor)인 CXCR-4(CXC chemokine receptor-4)가 알려져 있으며, 조직이 손상을 입거나, 재생이 필요한 조직에서 SDF-1α의 농도 경사(concentration gradient)를 형성하게 되어, 줄기세포는 그 표면에 발현된 CXCR4를 통해 표적 조직으로 이동하게 되며, 구르기(rolling) 및 부착(adhesion)이 일어나게 된다.
결론적으로 SDF-1은 세포의 회귀현상을 통해 세포가 원하는 곳으로의 이동을 가능하게 할 수가 있으며, 이를 통한 상처로의 줄기세포 이동을 통해 빠른 회복을 기대할 수 있다.
한편, 콜라겐은 인체에 가장 많이 포함되어 있는 단백질의 한 종류로서, 자연골에도 type I 콜라겐이 존재하는 것으로 알려져 있다. 상기 콜라겐을 이용했을 시, 인테그린이 콜라겐을 세포외기질로 적합판단하게 되고 이는 세포가 잘 부착되는데 도움이 된다.
이와 같이 세포의 부착시간이 단축 될수록 빠른 증식 및 분화가 가능해 지며, 이는 빠른 골 재생에 있어서 중요한 요인이 되고 있다.
본 발명에서는 상기한 바와 같이 골 재생에 효과적인 SDF-1과 콜라겐을 함유한 스캐폴드를 골손실이 일어난 부분에 식립함으로써 골 재생 속도를 증가시켜 회복시간의 단축에 크게 기여하도록 하는 데 특징이 있다.
이에 따라 본 발명의 실시예를 하기에서 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 살펴본다. 단, 하기 실시예는 발명을 예시하는 것으로, 이에 국한되는 것은 아니다.
(1) 스캐폴드 준비
인산칼슘 스캐폴드는 인체 자연골의 구성성분으로 세포외기질(ECM) 역할로서 세포의 부착과 골전도성이 우수하며, 생체친화성이 높고, 생체활성 및 세포의 전도가 뛰어난 물질로 알려졌으며, 종래의 젤라틴-실록산 하이브리드 스캐폴드보다 생체활성과 기계적 강도가 높다.
특히, 본 발명에서는 BCP가 함유된 인산칼슘 스캐폴드(이하 '인산칼슘 스캐폴드'라고 한다.)를 제조하여 사용한다. 이는 BCP(biphasic tricalcium phosphate)가 천연뼈와 가장 유사한 화학적 성분으로 이루어진 hydroxyapatite(HAp, Ca10(PO4)6(OH)2)와 β-tricalciumphosphate(β-TCP,Ca3(PO4)2)이 공존하는 것으로, HAp의 인체 뼈와의 뛰어난 화학적 결합력과 비교적 우수한 강도, β-TCP의 우수한 생분해성이 균형을 이루고 있어, 스캐폴드의 기계적 강도와 생분해성을 더욱 높힐 수 있기 때문이다.
이러한 스캐폴드는 본 발명인의 선등록특허 등에서 이미 제시되고 있으므로 별도의 제조방법 설명은 생략하며, 그 구조는 도 1에 나타내는 바와 같이 200-400μm의 매크로 기공과 0.5-5μm 크기의 마이크로 개기공으로 구성된다.
(2) 3-aminopropyltriethoxysilane(3-APTES) 표면처리
상기 (1)에서 준비된 다공성 인산칼슘 스캐폴드에 SDF-1 및 콜라겐를 코팅하기 위한 전처리 과정으로, 3-APTES를 표면처리한다.
(1)에서 설명한 다공성 인산칼슘 스캐폴드는 표면에 아미노기가 없어, 표면처리를 하지 않으면 콜라겐 및 SDF-1과 화학 결합을 할 수 없으므로, 표면처리를 통하여 아미노기를 생성하여 SDF-1 및 콜라겐이 화학적으로 부착되도록 함으로서, 스캐폴드에 대한 고정성이 확보되고, 이에 세포가 안정적으로 부착될 수 있도록 하는 과정이다.
이러한 표면처리 방법을 구체적으로 살펴보면, 먼저 3-APTES를 3차 증류수 부피 기준 5 ~ 15vol%로 3차 증류수에 첨가하여 완전히 혼합한 혼합액에 상기 인산칼슘 스캐폴드를 침지시켜 90~100ㅀC에서 1~3시간동안 침지시킨 후, 증류수와 초음파를 이용하여 반응한 3-APTES만 남기기 위해 완전히 세척함으로써, 반응하지 않고 잔여하는 3-APTES를 제거한다.
이 과정에서 인산칼슘 스캐폴드 표면의 하이드록실기(-OH)가 3-APTES의 라디칼과 반응하여 인산칼슘 스캐폴드와 3-APTES가 결합하게 되고, 결과적으로 침지된 인산칼슘 스캐폴드의 표면에는 도 2와 같이, 하이드록실기가 아미노기(-NH2)로 치환된 형상이 나타난다.
(3) 콜라겐(Collagen) 및 SDF-1 용액(solution) 제조
제 1 용액 : 콜라겐을 증류수 중량 기준 0.1~1.0wt%로 증류수에 첨가한 후, 아세트산(acetic acid) 0.1~0.5ml를 넣고 완전히 녹여준다.
제 2 용액 : 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(1-ethyl-3-(3-dimethylamino-propyl)carbodiimide, EDC)와 엔-하이드록시-석신이미드(N-Hydroxy-succinimide, NHS)를 3차 증류수 중량 기준 0.1~0.5wt%로 3차 증류수와 혼합한다.
상기에서 제조한 제 1 용액과 제 2 용액을 각각 1~2:2~1(바람직하게는 1:1)의 비율로 혼합하고 3-10시간(바람직하게는 6시간) 유지시켜서 카르복실기(carboxyl group)를 활성화시킨 혼합액의 pH가 5.5-4.7정도의 약산으로 확인되면 상기 제1/2용액의 혼합 용액에 혼합용액 총중량 기준 0.1~1wt%의 SDF-1를 첨가하고 완전히 용해시켜 콜라겐 및 SDF-1 용액을 제조한다.
(4) 콜라겐 및 SDF-1을 인산칼슘 스캐폴드에 코팅(coating)하는 단계
상기 3-APTES로 표면처리된 인산칼슘 스캐폴드에 콜라겐 및 SDF-1을 화학적 결합과 물리적 작용을 통해 일괄적으로 함유시킬 수 있어, 제조 공정을 단순화 할 수 있다.
즉, 상기 (3)에서 제조한 콜라겐 및 SDF-1 용액에 상기 (2)에서 3-APTES로 표면처리 된 인산칼슘 스캐폴드를 4~6시간 정도 침지 후, 콜라겐 및 SDF-1이 함유된 인산칼슘 스캐폴드를 꺼내어 3차 증류수를 이용하여 세척하고, 상온에서 완전히 건조한다.
이에 의해 도 2에 나타내는 바와 같이 상기 3-APTES로 표면처리 된 인산칼슘 스캐폴드의 표면에 있는 아미노기(-NH2)와 콜라겐, SDF-1 각각의 카르복시기(-COOH)가 탈수축합반응 하여 물(H2O)을 탈리(
Figure PCTKR2015011559-appb-I000001
)하고, 펩타이드 결합(-CONH)하게 되어 상기 3-APTES로 표면처리 된 인산칼슘 스캐폴드에 콜라겐, SDF-1이 화학적 결합을 하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 스캐폴드 표면의 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 분석 결과를 나타낸 것으로, 300eV 부근에서 검출되는 C1s, 400eV 부근에서 검출되는 N1s, 500eV 이상에서 검출되는 O1s는 각각 펩타이드 결합에서 비롯된 C, N, O이다. 이를 통해 상기 인산칼슘 스캐폴드 표면에 콜라겐과 SDF-1이 3-APTES로 표면처리 된 인산칼슘 스캐폴드 표면에 성공적인 화학적 결합을 하여 코팅이 이루어짐을 확인하였다.
이 때, 화학적 결합을 하지 못한 SDF-1은 콜라겐 섬유(fiber)와 함께 상기 3-APTES로 표면처리 된 인산칼슘 스캐폴드의 표면에 물리적으로 함유될 수 있다.
이러한 본 발명의 스캐폴드에 의하면, 1차적으로 모세관 힘에 의해 세포 및 혈액을 흡수하고 매크로 기공으로 혈관과 세포가 유입된 후, 세포의 인테그린이 스캐폴드 표면에 코팅된 콜라겐을 세포외 기질로 판단하여 세포의 증식 및 분화 속도가 증가한다.
또, 물리적으로 함유되어 있는 SDF-1이 세포의 스캐폴드 주위로 이동을 증가 시켜 초반 세포의 부착 및 증식에 영향을 주면서, 화학적으로 결합된 SDF-1은 계속적인 줄기 세포의 유도 및 유입에 관여할 뿐만 아니라, 매크로 기공을 통해 자가골 형성 점유율을 높일 수 있다.
이를 통해 골 재생 속도가 향상되면서 회복 시간의 단축에 크게 기여할 수 있으므로, 본 발명에 따라, 다공성 스캐폴드 구조에 SDF-1과 콜라겐을 코팅하는 것이 골 재생에 유리하다.

Claims (4)

  1. 스캐폴드에 3-APTES를 표면처리하는 단계(S1);
    콜라겐 및 SDF-1을 포함하는 용액을 제조하는 단계(S2);
    상기 (S2)의 용액에 상기 (S1)에서 3-APTES로 표면처리된 스캐폴드를 침지하는 단계(S3)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 스캐폴드 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (S2)의 콜라겐 및 SDF-1 용액은 콜라겐을 증류수에 투입한 후, 아세트산을 넣고 녹인 제 1 용액과 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(EDC)와 엔-하이드록시-석신이미드(NHS)를 증류수와 혼합한 제 2 용액을 각각 1~2:2~1의 비율로 혼합하여 3-10시간 이상 유지한 혼합액의 pH가 5.5-4.7가 되면, SDF-1를 첨가하여 완전히 용해시켜 제조하는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 스캐폴드 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 스캐폴드는 인산칼슘 스캐폴드인 것을 특징으로 하는 스캐폴드 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항의 어느 하나의 항에 따라 제조되어, 콜라겐 및 SDF-1이 스캐폴드 표면에 물리적, 화학적으로 결합된 것을 특징으로 하는 스캐폴드.
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