[학위논문]친수성과 세포적합성을 가지는 조직공학용 천연/합성고분자 Hybrid 지지체 개발에 관한 연구 (A) Study on Hydrophilic and Cell-compatible Natural/Synthetic Polymer Hybrid Scaffolds for Tissue Engineering Application원문보기
어느 시기에서나 매일 수 많은 사람들이 인체의 조직이나 기관의 손상으로 인해 병원을 드나들고 있다. 조직공학은 이렇게 손상되거나 제 기능을 하지 못하는 기관을 대체하고 새로운 조직을 만들어낼 가능성을 제공한다. 최근 3차원적 구조를 갖는 다공성 고분자 지지체를 제조하기 위해 많은 방법들이 사용되고 있다. 그러나 이러한 다공성 고분자 지지체를 만드는데 있어서 가장 크게 부각되고 있는 문제점 중의 하나는, 고분자들이 소수성이므로 이들로부터 지지체 제조시 지지체의 다공질 내로 세포 및 배양액 등이 제대로 침투하지 못하며, 일단 침투된 세포들도 소수성 다공질 표면으로의 점착 및 증식에 상당한 제약을 받는다는 점이다. 이를 해결하고자 본 논문의 2장에서는 각각 비율을 달리하여 혼합한 alginate/PVA 혼합용액을 2% CaCl2를 사용하여 alginate를 가교하고, freeze-thawing 방법을 사용하여 PVA를 가교하여 ...
어느 시기에서나 매일 수 많은 사람들이 인체의 조직이나 기관의 손상으로 인해 병원을 드나들고 있다. 조직공학은 이렇게 손상되거나 제 기능을 하지 못하는 기관을 대체하고 새로운 조직을 만들어낼 가능성을 제공한다. 최근 3차원적 구조를 갖는 다공성 고분자 지지체를 제조하기 위해 많은 방법들이 사용되고 있다. 그러나 이러한 다공성 고분자 지지체를 만드는데 있어서 가장 크게 부각되고 있는 문제점 중의 하나는, 고분자들이 소수성이므로 이들로부터 지지체 제조시 지지체의 다공질 내로 세포 및 배양액 등이 제대로 침투하지 못하며, 일단 침투된 세포들도 소수성 다공질 표면으로의 점착 및 증식에 상당한 제약을 받는다는 점이다. 이를 해결하고자 본 논문의 2장에서는 각각 비율을 달리하여 혼합한 alginate/PVA 혼합용액을 2% CaCl2를 사용하여 alginate를 가교하고, freeze-thawing 방법을 사용하여 PVA를 가교하여 친수성과 다공성, 세포적합성을 갖는 고분자 지지체를 제조하였다. Alginate/PVA의 혼합비, 가교조건, freeze-drying 조건 등 조건을 달리하여 제조한 지지체들은 SEM, mercury intrusion porosimeter, 조직공학용 지지체의 물성 분석을 위해 자체 고안한 biaxial mechanical strength tester 등을 통해 다공질 형태, 다공도, 친수성, 유연성, 기계적 물성을 평가하였고 고분자 지지체 내에서 조직세포의 점착 및 증식 현상을 관찰하였다. Alginate 겔은 보통 약물 전달용 혹은 bead 형태로 응용이 가능하다. 일반적으로 alginate 겔은 Ca^(2+) 이온을 이용하여 가교시키는 것이 가장 보편적인 방법이며, 특히 CaCl_(2)가 주로 사용되고 있다. 그러나 가교시 CaCl_(2)를 사용할 경우, alginate와의 가교결합속도가 매우 빠르고 가교시간의 조절이 어려우며, 주사주입이 어려운 정도의 비교적 강한 물성의 가교를 형성하여 세포를 포함한 alginate hydrogel의 제자리 (in situ) 이식에는 다소 어려움이 있다. 이를 해결하고자 본 논문 3장에서는 가교제로 CaSO_(4)를 사용하여 가교속도의 조절, 주사주입이 가능한 alginate 하이드로겔을 제조하였고, alginate 하이드로겔의 세포친화성을 향상시키고자 polyvinyl alcohol (PVA)을 혼합하여 세포 적합성을 평가하였다. 본 연구의 결과, 기존의 천연고분자 지지체 및 합성고분자 지지체 각각이 가지는 단점을 보완한 친수성과 세포적합성을 동시에 가지는 천연/합성 고분자 hybrid 지지체를 제조하였다. 또 가교제로 CaSO_(4)를 사용하여 가교속도의 조절, 주사주입이 가능한 alginate/PVA hydrogel을 제조하였다. 본 논문의 연구 결과를 통해 조직 재생 및 기타 조직공학적 재생이 가능한 생체재료로 다양하게 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
어느 시기에서나 매일 수 많은 사람들이 인체의 조직이나 기관의 손상으로 인해 병원을 드나들고 있다. 조직공학은 이렇게 손상되거나 제 기능을 하지 못하는 기관을 대체하고 새로운 조직을 만들어낼 가능성을 제공한다. 최근 3차원적 구조를 갖는 다공성 고분자 지지체를 제조하기 위해 많은 방법들이 사용되고 있다. 그러나 이러한 다공성 고분자 지지체를 만드는데 있어서 가장 크게 부각되고 있는 문제점 중의 하나는, 고분자들이 소수성이므로 이들로부터 지지체 제조시 지지체의 다공질 내로 세포 및 배양액 등이 제대로 침투하지 못하며, 일단 침투된 세포들도 소수성 다공질 표면으로의 점착 및 증식에 상당한 제약을 받는다는 점이다. 이를 해결하고자 본 논문의 2장에서는 각각 비율을 달리하여 혼합한 alginate/PVA 혼합용액을 2% CaCl2를 사용하여 alginate를 가교하고, freeze-thawing 방법을 사용하여 PVA를 가교하여 친수성과 다공성, 세포적합성을 갖는 고분자 지지체를 제조하였다. Alginate/PVA의 혼합비, 가교조건, freeze-drying 조건 등 조건을 달리하여 제조한 지지체들은 SEM, mercury intrusion porosimeter, 조직공학용 지지체의 물성 분석을 위해 자체 고안한 biaxial mechanical strength tester 등을 통해 다공질 형태, 다공도, 친수성, 유연성, 기계적 물성을 평가하였고 고분자 지지체 내에서 조직세포의 점착 및 증식 현상을 관찰하였다. Alginate 겔은 보통 약물 전달용 혹은 bead 형태로 응용이 가능하다. 일반적으로 alginate 겔은 Ca^(2+) 이온을 이용하여 가교시키는 것이 가장 보편적인 방법이며, 특히 CaCl_(2)가 주로 사용되고 있다. 그러나 가교시 CaCl_(2)를 사용할 경우, alginate와의 가교결합속도가 매우 빠르고 가교시간의 조절이 어려우며, 주사주입이 어려운 정도의 비교적 강한 물성의 가교를 형성하여 세포를 포함한 alginate hydrogel의 제자리 (in situ) 이식에는 다소 어려움이 있다. 이를 해결하고자 본 논문 3장에서는 가교제로 CaSO_(4)를 사용하여 가교속도의 조절, 주사주입이 가능한 alginate 하이드로겔을 제조하였고, alginate 하이드로겔의 세포친화성을 향상시키고자 polyvinyl alcohol (PVA)을 혼합하여 세포 적합성을 평가하였다. 본 연구의 결과, 기존의 천연고분자 지지체 및 합성고분자 지지체 각각이 가지는 단점을 보완한 친수성과 세포적합성을 동시에 가지는 천연/합성 고분자 hybrid 지지체를 제조하였다. 또 가교제로 CaSO_(4)를 사용하여 가교속도의 조절, 주사주입이 가능한 alginate/PVA hydrogel을 제조하였다. 본 논문의 연구 결과를 통해 조직 재생 및 기타 조직공학적 재생이 가능한 생체재료로 다양하게 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
Every day thousands of people of all ages are admitted to hospitals because of the damages of the tissue and organ. Tissue engineering offers the possibility to creat completely natural tissue and replace failing or malfunctioning organs. Recently, several techniques have been used to manufacture po...
Every day thousands of people of all ages are admitted to hospitals because of the damages of the tissue and organ. Tissue engineering offers the possibility to creat completely natural tissue and replace failing or malfunctioning organs. Recently, several techniques have been used to manufacture porous polymeric scaffolds having 3-dimensional structure. But these scaffolds usually have limitations for some applications because of their hydrophobicity and stiffness. These properties led to be inefficient in cell seeding and growth as well as handling difficulties. In chapter 2 of this study, alginate/PVA hybrid scaffolds with different alginate and PVA compositions were fabricated by a modified freeze-drying method and the following crosslinking of sodium alginate (using 2 % CaCl_(2)) and PVA (using freeze-thawing method) in the hybrid scaffolds. We were recognized that the hybridized scaffolds having a different alginate and PVA compositions were investigated by compressional mechanical test, water absorption, dimensional stability (in D. I. water), and cell culture (chondrocyte, cell density : 1 × 10^(5) cells/scaffold) which was evaluated by SEM and MTT assay. Alginate gels have been used in both drug delivery and cell encapsulation applications in usually bead forms. Generally alginate gels have been produced by contacting alginate solution with CaCl2 solution. The major disadvantage of this system is that the gelation rate is too fast and hard to control; the resulting structures are not uniform (different crosslinking rates for surface and inside regions) and 3-dimensional structures with complicated shape are difficult to achieve. Also prepared alginate gels are hard to be injected (only very mildly crosslinked alginate gels can be injected). In chapter 3 of this study, we prepared injectable alginate hydrogels with controllable gelation rate by using CaSO_(4) as a crosslinking agent. The gelation rate of alginate/CaSO_(4) mixture solution can be controlled by adjusting CaSO_(4) content. This alginate gel system can be injected into body or injected into molds with complicated shape to prepare 3-dimentional porous scaffolds for tissue engineering applications. Using this method, we also prepared injectable alginate/polyvinyl alcohol (PVA) blend hydrogels with different PVA composition. PVA is a synthetic polymer with good elasticity and cell compatibility. The gelation mechanism and rate control, mechanical properties and cell compatibility of the prepared alginate and alginate/PVA blend gels were investigated.
Every day thousands of people of all ages are admitted to hospitals because of the damages of the tissue and organ. Tissue engineering offers the possibility to creat completely natural tissue and replace failing or malfunctioning organs. Recently, several techniques have been used to manufacture porous polymeric scaffolds having 3-dimensional structure. But these scaffolds usually have limitations for some applications because of their hydrophobicity and stiffness. These properties led to be inefficient in cell seeding and growth as well as handling difficulties. In chapter 2 of this study, alginate/PVA hybrid scaffolds with different alginate and PVA compositions were fabricated by a modified freeze-drying method and the following crosslinking of sodium alginate (using 2 % CaCl_(2)) and PVA (using freeze-thawing method) in the hybrid scaffolds. We were recognized that the hybridized scaffolds having a different alginate and PVA compositions were investigated by compressional mechanical test, water absorption, dimensional stability (in D. I. water), and cell culture (chondrocyte, cell density : 1 × 10^(5) cells/scaffold) which was evaluated by SEM and MTT assay. Alginate gels have been used in both drug delivery and cell encapsulation applications in usually bead forms. Generally alginate gels have been produced by contacting alginate solution with CaCl2 solution. The major disadvantage of this system is that the gelation rate is too fast and hard to control; the resulting structures are not uniform (different crosslinking rates for surface and inside regions) and 3-dimensional structures with complicated shape are difficult to achieve. Also prepared alginate gels are hard to be injected (only very mildly crosslinked alginate gels can be injected). In chapter 3 of this study, we prepared injectable alginate hydrogels with controllable gelation rate by using CaSO_(4) as a crosslinking agent. The gelation rate of alginate/CaSO_(4) mixture solution can be controlled by adjusting CaSO_(4) content. This alginate gel system can be injected into body or injected into molds with complicated shape to prepare 3-dimentional porous scaffolds for tissue engineering applications. Using this method, we also prepared injectable alginate/polyvinyl alcohol (PVA) blend hydrogels with different PVA composition. PVA is a synthetic polymer with good elasticity and cell compatibility. The gelation mechanism and rate control, mechanical properties and cell compatibility of the prepared alginate and alginate/PVA blend gels were investigated.
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