[학위논문]쾌속 조형 기술을 이용한 골 조직 공학용 3차원 바이오 인공지지체의 제작 및 평가 Fabrication and evaluation of 3D bio-scaffolds for bone tissue engineering using rapid prototyping technology원문보기
사민우
(Andong National University
Department of Mechanical Engineering
국내박사)
조직공학 및 재생의학 분야는 인공 뼈, 인공 피부, 인공 장기 등을 만드는 기초 학문으로서 앞으로 인간 생명연장에 큰 역할을 할 것으로 기대를 모으고 있다. 조직이나 장기를 재생할 수 있다면 기증자 부족 문제를 걱정할 필요도 없을 뿐만 아니라, 타인의 장기를 이식할 경우 생길 수 있는 ...
조직공학 및 재생의학 분야는 인공 뼈, 인공 피부, 인공 장기 등을 만드는 기초 학문으로서 앞으로 인간 생명연장에 큰 역할을 할 것으로 기대를 모으고 있다. 조직이나 장기를 재생할 수 있다면 기증자 부족 문제를 걱정할 필요도 없을 뿐만 아니라, 타인의 장기를 이식할 경우 생길 수 있는 면역 반응 등에 의한 부작용에 대한 우려도 크게 줄일 수 있다. 그럼 세포만 가지고 조직이나 장기를 재생하는 게 아니라 인공지지체가 필요하다. 인공지지체는 세포가 조직으로 성장할 때까지 세포를 부착시키고 영양분을 공급하며 3 차원의 내/외부연결성을 가진 거푸집 역할을 하는 구조물이다. 그래서 기계공학을 기반으로 하는 연구자들은 인공지지체를 잘 만드는 것이 골 조직 재생을 위한 중요한 핵심 기술로 보고 있다. 따라서 본 연구를 통해 골 조직 재생을 위한 생체적합성과 골전도성을 가지는 생체 고분자 및 세라믹 재료를 이용하여 다양한 인공지지체를 제작하고 평가하고자 한다. 본 연구에서는 자체 개발된 4 축 적층 헤드를 가지는 폴리머 적층 시스템을 이용하여 3 차원 인공지지체를 제작하였다. 폴리머 적층 시스템은 CAD 데이터를 통해 원하는 형상에 대한 코드를 가지고 복잡한 형상의 구조물도 쉽게 만들 수 있는 장점이 있다. 인공지지체의 재료로는 미국 식품 의약국의 승인을 받은 생분해성의 폴리카프로락톤 (Polycaprolactone, PCL)과 폴리락틱-코-글라이콜레이트 공중 합체 (Poly lactic co glycolide acid, PLGA)가 사용되었다. 기존에 PCL과 PLGA의 혼합비율에 따른 인공지지체의 제작 연구가 없었다. 따라서 본 실험의 그룹은 무게 비율(wt%)에 따라 PCL, PCL(75)/PLGA(25), PCL(50)/PLGA(50), PCL(25)/PLGA(75), PLGA 와 같이 준비되었다. 제작될 인공지지체의 형상 크기는 25.0 x 10.0 x 4.0 mm3이다. 제작된 인공지지체들의 기계적 특성을 평가하기 위해 만능재료시험기로 응력-변형률 곡선을 얻었고, 압축 강도 결과를 얻었다. 그리고 세포 증식 특성을 평가하기 위해 조골 세포인 MC3T3-E1 세포를 인공지지체에 배양한 후 Cell Counting Kit-8을 이용하여 1, 3, 5, 7 일 차에 각각 흡광도 분석을 수행하였다. 연구 결과, PCL 인공지지체의 기계적 강도가 가장 뛰어난 것으로 나타났고, PCL(75)/PLGA(25) 인공지지체가 세포 증식 효과가 가장 좋은 것으로 확인되었다. 따라서, 향후 추가적인 연구를 통해 혼합된 PCL/PLGA가 골 조직 재생으로의 적용 가능성이 우수할 것으로 예상되었다. PCL은 가공하기 쉬운 특성을 가지고 있어서 조직 공학에서 널리 이용되고 있는 재료이다. 이번 연구에서는 혼합된 골 형성 단백질(Bone morphogenic protein, BMP-2), 바이오-C(HA30%-TCP70%, Bio-C), 카르복시메틸 셀룰로오스(Carboxyl methylcellulose, CMC)를 PCL 인공지지체 내부에 넣어 쥐의 경골 결손 모델을 재생하는 연구를 수행하였다. 실험적 그룹은 PCL 튜브형 인공지지체(Group A), PCL+Bio-C/CMC/BMP-2(0.1 mg) 인공지지체(Group B) 그리고 PCL+Bio-C/CMC/BMP-2(0.5 mg) 인공지지체(Group C)로 구성되었다. 쥐 경골 결손 모델의 재생 효과는 면역학적 분석과 X-ray 분석을 통해 확인되었다. PCL 튜브형 인공지지체는 높이 8 mm, 지름 4 mm로 제작되었다. 연구 결과, 그룹 C 가 다른 그룹보다 골 형성 능력이 뛰어난 것을 확인할 수 있었다. 즉, 인공지지체를 통해 생체 골격을 잘 유지해주었고, 골 이식 재료들간의 조합을 통해 골 조직 재생에 향상된 생체적합성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 본 연구에서는 폴리머 적층 시스템을 이용하여 10 wt% 지르코니아 (ZrO2)로 강화된 이상인산칼슘 (BCP) 세라믹 인공지지체를 제작하는 연구를 수행하였다. 먼저 폴리머 적층 시스템을 이용하여 3 차원 슬러리 구조물을 만들었고, 고온 소결을 통해 원소재의 세라믹으로 이루어진 인공지지체를 제작하였다. 제작된 인공지지체의 생체적합성을 평가하기 위해 골 육종 세포인 MG-63 세포를 이용하여 세포 증식 평가를 수행하였다. 그 결과, 세포 증식은 BCP 와 BCP/ZrO2 인공지지체 모두 생체적합성이 뛰어난 것을 확인할 수 있었다. 그리고 기계적 강도 평가를 수행해 본 결과, BCP/ZrO2 인공지지체가 BCP 인공지지체보다 압축 강도가 높은 것으로 확인되었다. 추가적으로, 인간간엽줄기세포(Human mesenchymal stem cells, HMSCs)을 BCP 와 BCP/ZrO2 인공지지체에 파종하여 관류형 생물반응기(Tubular perfusion system, TPS)를 통해 정적 및 동적 배양을 수행하였다. 그 결과 TPS 의 동적 배양 환경에서 성장한 실험 그룹들에서 골 조직 분화 능력이 뛰어난 것을 확인할 수 있었다. 마지막으로, 본 연구에서는 상용화 3D 프린터를 활용하여 몰드를 제작하고 압출 성형 방식을 통한 3 차원 세라믹 인공지지체를 제작하는 연구를 수행하였다. 3D 프린터로 간편하게 PLA 몰드를 제작하였고, 책상용 압축시험기를 통해 손쉬운 압출 성형 공정을 고안하였다. 새롭게 만든 압축기 기반 세라믹 슬러리 압출기(Ceramic slurry extrusion, CSE)를 이용하여 슬러리 몰드형 구조물을 제작하였다. 제작된 몰드형 구조물은 오븐에서 건조 후 소결 공정을 수행하여 내/외부 형상 제어가 가능한 정밀한 BCP 인공지지체로 제작되었다. 추가적으로, MG-63 세포를 이용하여 1, 4, 7 일에 세포 증식 결과를 수행하였다. 그 결과, BCP 인공지지체는 시간이 경과함에 따라 세포 증식이 잘 진행되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 자유 형상 제작 기반 폴리머 적층 시스템을 이용하여 바이오 폴리머 및 세라믹 인공지지체를 제작하였으며, 생체 내/외 평가를 수행하여 골 조직 재생 능력을 평가하였다. 또한 3D 프린팅 기술을 통해 새로운 방식으로 인공지지체를 제작하고 평가하였다. 이를 통해 조직 공학으로의 적용 가능성을 검증할 수 있었다. 향후 레이저 소결 기반 3D 프린팅 시스템을 개발하여 성능이 향상된 인공지지체를 개발하고 골 조직 재생으로의 적용 가능성을 평가하고자 한다.
조직공학 및 재생의학 분야는 인공 뼈, 인공 피부, 인공 장기 등을 만드는 기초 학문으로서 앞으로 인간 생명연장에 큰 역할을 할 것으로 기대를 모으고 있다. 조직이나 장기를 재생할 수 있다면 기증자 부족 문제를 걱정할 필요도 없을 뿐만 아니라, 타인의 장기를 이식할 경우 생길 수 있는 면역 반응 등에 의한 부작용에 대한 우려도 크게 줄일 수 있다. 그럼 세포만 가지고 조직이나 장기를 재생하는 게 아니라 인공지지체가 필요하다. 인공지지체는 세포가 조직으로 성장할 때까지 세포를 부착시키고 영양분을 공급하며 3 차원의 내/외부연결성을 가진 거푸집 역할을 하는 구조물이다. 그래서 기계공학을 기반으로 하는 연구자들은 인공지지체를 잘 만드는 것이 골 조직 재생을 위한 중요한 핵심 기술로 보고 있다. 따라서 본 연구를 통해 골 조직 재생을 위한 생체적합성과 골전도성을 가지는 생체 고분자 및 세라믹 재료를 이용하여 다양한 인공지지체를 제작하고 평가하고자 한다. 본 연구에서는 자체 개발된 4 축 적층 헤드를 가지는 폴리머 적층 시스템을 이용하여 3 차원 인공지지체를 제작하였다. 폴리머 적층 시스템은 CAD 데이터를 통해 원하는 형상에 대한 코드를 가지고 복잡한 형상의 구조물도 쉽게 만들 수 있는 장점이 있다. 인공지지체의 재료로는 미국 식품 의약국의 승인을 받은 생분해성의 폴리카프로락톤 (Polycaprolactone, PCL)과 폴리락틱-코-글라이콜레이트 공중 합체 (Poly lactic co glycolide acid, PLGA)가 사용되었다. 기존에 PCL과 PLGA의 혼합비율에 따른 인공지지체의 제작 연구가 없었다. 따라서 본 실험의 그룹은 무게 비율(wt%)에 따라 PCL, PCL(75)/PLGA(25), PCL(50)/PLGA(50), PCL(25)/PLGA(75), PLGA 와 같이 준비되었다. 제작될 인공지지체의 형상 크기는 25.0 x 10.0 x 4.0 mm3이다. 제작된 인공지지체들의 기계적 특성을 평가하기 위해 만능재료시험기로 응력-변형률 곡선을 얻었고, 압축 강도 결과를 얻었다. 그리고 세포 증식 특성을 평가하기 위해 조골 세포인 MC3T3-E1 세포를 인공지지체에 배양한 후 Cell Counting Kit-8을 이용하여 1, 3, 5, 7 일 차에 각각 흡광도 분석을 수행하였다. 연구 결과, PCL 인공지지체의 기계적 강도가 가장 뛰어난 것으로 나타났고, PCL(75)/PLGA(25) 인공지지체가 세포 증식 효과가 가장 좋은 것으로 확인되었다. 따라서, 향후 추가적인 연구를 통해 혼합된 PCL/PLGA가 골 조직 재생으로의 적용 가능성이 우수할 것으로 예상되었다. PCL은 가공하기 쉬운 특성을 가지고 있어서 조직 공학에서 널리 이용되고 있는 재료이다. 이번 연구에서는 혼합된 골 형성 단백질(Bone morphogenic protein, BMP-2), 바이오-C(HA30%-TCP70%, Bio-C), 카르복시메틸 셀룰로오스(Carboxyl methylcellulose, CMC)를 PCL 인공지지체 내부에 넣어 쥐의 경골 결손 모델을 재생하는 연구를 수행하였다. 실험적 그룹은 PCL 튜브형 인공지지체(Group A), PCL+Bio-C/CMC/BMP-2(0.1 mg) 인공지지체(Group B) 그리고 PCL+Bio-C/CMC/BMP-2(0.5 mg) 인공지지체(Group C)로 구성되었다. 쥐 경골 결손 모델의 재생 효과는 면역학적 분석과 X-ray 분석을 통해 확인되었다. PCL 튜브형 인공지지체는 높이 8 mm, 지름 4 mm로 제작되었다. 연구 결과, 그룹 C 가 다른 그룹보다 골 형성 능력이 뛰어난 것을 확인할 수 있었다. 즉, 인공지지체를 통해 생체 골격을 잘 유지해주었고, 골 이식 재료들간의 조합을 통해 골 조직 재생에 향상된 생체적합성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 본 연구에서는 폴리머 적층 시스템을 이용하여 10 wt% 지르코니아 (ZrO2)로 강화된 이상인산칼슘 (BCP) 세라믹 인공지지체를 제작하는 연구를 수행하였다. 먼저 폴리머 적층 시스템을 이용하여 3 차원 슬러리 구조물을 만들었고, 고온 소결을 통해 원소재의 세라믹으로 이루어진 인공지지체를 제작하였다. 제작된 인공지지체의 생체적합성을 평가하기 위해 골 육종 세포인 MG-63 세포를 이용하여 세포 증식 평가를 수행하였다. 그 결과, 세포 증식은 BCP 와 BCP/ZrO2 인공지지체 모두 생체적합성이 뛰어난 것을 확인할 수 있었다. 그리고 기계적 강도 평가를 수행해 본 결과, BCP/ZrO2 인공지지체가 BCP 인공지지체보다 압축 강도가 높은 것으로 확인되었다. 추가적으로, 인간간엽줄기세포(Human mesenchymal stem cells, HMSCs)을 BCP 와 BCP/ZrO2 인공지지체에 파종하여 관류형 생물반응기(Tubular perfusion system, TPS)를 통해 정적 및 동적 배양을 수행하였다. 그 결과 TPS 의 동적 배양 환경에서 성장한 실험 그룹들에서 골 조직 분화 능력이 뛰어난 것을 확인할 수 있었다. 마지막으로, 본 연구에서는 상용화 3D 프린터를 활용하여 몰드를 제작하고 압출 성형 방식을 통한 3 차원 세라믹 인공지지체를 제작하는 연구를 수행하였다. 3D 프린터로 간편하게 PLA 몰드를 제작하였고, 책상용 압축시험기를 통해 손쉬운 압출 성형 공정을 고안하였다. 새롭게 만든 압축기 기반 세라믹 슬러리 압출기(Ceramic slurry extrusion, CSE)를 이용하여 슬러리 몰드형 구조물을 제작하였다. 제작된 몰드형 구조물은 오븐에서 건조 후 소결 공정을 수행하여 내/외부 형상 제어가 가능한 정밀한 BCP 인공지지체로 제작되었다. 추가적으로, MG-63 세포를 이용하여 1, 4, 7 일에 세포 증식 결과를 수행하였다. 그 결과, BCP 인공지지체는 시간이 경과함에 따라 세포 증식이 잘 진행되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 자유 형상 제작 기반 폴리머 적층 시스템을 이용하여 바이오 폴리머 및 세라믹 인공지지체를 제작하였으며, 생체 내/외 평가를 수행하여 골 조직 재생 능력을 평가하였다. 또한 3D 프린팅 기술을 통해 새로운 방식으로 인공지지체를 제작하고 평가하였다. 이를 통해 조직 공학으로의 적용 가능성을 검증할 수 있었다. 향후 레이저 소결 기반 3D 프린팅 시스템을 개발하여 성능이 향상된 인공지지체를 개발하고 골 조직 재생으로의 적용 가능성을 평가하고자 한다.
Tissue engineering has recently become a useful technology for regenerating, restoring, and replacing bone defects such as damaged or unhealthy bones owing to an accident or illness. High-quality scaffolds require three-dimensional (3D) interconnected porous structures to allow cell attachment, prol...
Tissue engineering has recently become a useful technology for regenerating, restoring, and replacing bone defects such as damaged or unhealthy bones owing to an accident or illness. High-quality scaffolds require three-dimensional (3D) interconnected porous structures to allow cell attachment, proliferation, and differentiation. Furthermore, pore interconnectivity plays an important role in the infiltration of cells and nutrients into the scaffolds. Moreover, actors such as appropriate mechanical strength and material surface chemistry have been considered in the successful fabrication of 3D scaffolds. Various scaffolds for bone tissue regeneration have been fabricated by using biological polymer and ceramic materials that involve biocompatibility, osteoinductivity, and osteoconductivity. In this study, we developed polymer deposition system (PDS) for the fabrication of 3D bio-scaffolds. This system for fabricating a 3D scaffold is one of the most appropriate methods for creating a highly complex structure using the data generated a CAD program and computer-based medical imaging. Poly (ɛ-caprolactone) (PCL) and poly-lactic-co-glycolic acid (PLGA) were used to fabricate the 3D scaffolds according to blending ratios. The dimensions of this scaffold were 25.0 × 10.0. × 4.0 mm3. Biodegradable synthetic polymers were fabricated using various blending weight ratios: PCL, PCL(75)/PLGA(25), PCL(50)/PLGA(50), PCL(25)/PLGA(75), PLGA. In this research, the compressive strength of the fabricated 3D scaffolds was measured from the stress-strain curves. Moreover, the growth of osteoblast-like MC3T3-E1 cells were evaluated at 37°C in a 5% CO2 incubator. Among the various scaffolds, the PCL scaffold was found to be superior to the other groups in respect to compressive strength. Also, the blended PCL(75)/PLGA(25) scaffold was superior to the other scaffolds in respect to cell proliferation effects. Therefore, feasibility of application to the tissue engineering of 3D printed scaffolds fabricated by PDS was confirmed. PCL tube scaffold using PDS was to investigate the bone regeneration ability and evaluate the biocompatibility of bone graft material with Bio-C (HA (30%)/TCP (70%)), carboxymethyl cellulose (CMC), and bone morphogenetic protein-2 (BMP- 2). The fabrication of a solid freeform fabrication (SFF)-based PCL tube scaffold requires a combination of several devices, including a heater, pressure dispenser, and motion controller, etc. This system can process polymer with high precision by a 200 μm nozzle. Three groups considered in this study were PCL tube scaffold (Group A), PCL+Bio-C/CMC/BMP-2(0.1 mg) hybrid scaffold (Group B), and PCL+Bio-C/CMC/BMP-2(0.5 mg) hybrid scaffold (Group C). The functional recovery and bone regeneration potential were estimated by performing an in-vivo animal experiment with a white rat model. Then, the effect of the scaffold on tibial defects in rats was examined by observing an X-ray image at 4 or 8 weeks and by carrying out histological analysis. In this study, scaffolds fabricated by using PDS, had a diameter of 4.0 mm and a height of 8.0 mm. Moreover, we confirmed that group C exhibited better biomedical characteristics for bone formation than the other scaffolds. The evaluation of in-vivo experimental results suggested that the co- fabrication of the PCL tube scaffold with group C resulted in sustained bone regeneration, which in turn improved the biocompatibility of the bone graft material. The purpose of this study was to fabricate and evaluate a new biphasic calcium phosphate (BCP) scaffold reinforced with zirconia (ZrO2) by PDS for bone tissue engineering. The 3D slurry foams with blending agents were successfully fabricated by PDS. Blending materials were then removed after the sintering process at high temperature to obtain a targeted BCP/ZrO2 scaffold with the desired pore characteristics, porosity, and dimension. Morphology of the sintered scaffold was investigated with scanning electron microscopy/energy dispersive X-ray spectrometer (SEM/EDS) mapping. A cell proliferation test was carried out and evaluated with osteosarcoma MG-63 cells. Mechanical testing and cell evaluation demonstrated that BCP and 10% ZrO2 scaffold had a significant effect on the mechanical properties maintaining a structure compared that of only BCP with no ZrO2. Additionally, differentiation studies of human mesenchymal stem cells (hMSCs) on BCP/ZrO2 scaffolds in static and dynamic culture conditions showed increased expression of bone morphogenic protein-2 (BMP-2) when cultured on BCP/ZrO2 scaffolds under dynamic conditions compared to on BCP control scaffolds. The manufacturing of BCP/ZrO2 scaffolds through this innovative technique of PDS may provide applications for various types of tissues regeneration, including bone and cartilage. The main purpose of this study was to develop new fabrication process of BCP scaffolds based on extrusion moulding using a 3D printer. Through a 3D printer, we showed new fabrication process to access easier, and made the scaffold mould and extrusion device parts that could be combined with compression test machine. Strut width, pore size, and porosity of the fabricated BCP scaffolds were measured and calculated. The 3D green body scaffolds manufactured by PLA mould containing slurry vent and entry (PMSVE) were successfully fabricated via ceramic slurry extrusion (CSE) device. The sintered BCP scaffolds showed that such CSE method is capable of producing precise scaffold shapes with interconnected pores, potentially suitable for osseointegration. Thus, it appears that the combination of FDM 3D printing technology and extrusion moulding method has the potential to fabricate suitable scaffolds for bone tissue engineering.
Tissue engineering has recently become a useful technology for regenerating, restoring, and replacing bone defects such as damaged or unhealthy bones owing to an accident or illness. High-quality scaffolds require three-dimensional (3D) interconnected porous structures to allow cell attachment, proliferation, and differentiation. Furthermore, pore interconnectivity plays an important role in the infiltration of cells and nutrients into the scaffolds. Moreover, actors such as appropriate mechanical strength and material surface chemistry have been considered in the successful fabrication of 3D scaffolds. Various scaffolds for bone tissue regeneration have been fabricated by using biological polymer and ceramic materials that involve biocompatibility, osteoinductivity, and osteoconductivity. In this study, we developed polymer deposition system (PDS) for the fabrication of 3D bio-scaffolds. This system for fabricating a 3D scaffold is one of the most appropriate methods for creating a highly complex structure using the data generated a CAD program and computer-based medical imaging. Poly (ɛ-caprolactone) (PCL) and poly-lactic-co-glycolic acid (PLGA) were used to fabricate the 3D scaffolds according to blending ratios. The dimensions of this scaffold were 25.0 × 10.0. × 4.0 mm3. Biodegradable synthetic polymers were fabricated using various blending weight ratios: PCL, PCL(75)/PLGA(25), PCL(50)/PLGA(50), PCL(25)/PLGA(75), PLGA. In this research, the compressive strength of the fabricated 3D scaffolds was measured from the stress-strain curves. Moreover, the growth of osteoblast-like MC3T3-E1 cells were evaluated at 37°C in a 5% CO2 incubator. Among the various scaffolds, the PCL scaffold was found to be superior to the other groups in respect to compressive strength. Also, the blended PCL(75)/PLGA(25) scaffold was superior to the other scaffolds in respect to cell proliferation effects. Therefore, feasibility of application to the tissue engineering of 3D printed scaffolds fabricated by PDS was confirmed. PCL tube scaffold using PDS was to investigate the bone regeneration ability and evaluate the biocompatibility of bone graft material with Bio-C (HA (30%)/TCP (70%)), carboxymethyl cellulose (CMC), and bone morphogenetic protein-2 (BMP- 2). The fabrication of a solid freeform fabrication (SFF)-based PCL tube scaffold requires a combination of several devices, including a heater, pressure dispenser, and motion controller, etc. This system can process polymer with high precision by a 200 μm nozzle. Three groups considered in this study were PCL tube scaffold (Group A), PCL+Bio-C/CMC/BMP-2(0.1 mg) hybrid scaffold (Group B), and PCL+Bio-C/CMC/BMP-2(0.5 mg) hybrid scaffold (Group C). The functional recovery and bone regeneration potential were estimated by performing an in-vivo animal experiment with a white rat model. Then, the effect of the scaffold on tibial defects in rats was examined by observing an X-ray image at 4 or 8 weeks and by carrying out histological analysis. In this study, scaffolds fabricated by using PDS, had a diameter of 4.0 mm and a height of 8.0 mm. Moreover, we confirmed that group C exhibited better biomedical characteristics for bone formation than the other scaffolds. The evaluation of in-vivo experimental results suggested that the co- fabrication of the PCL tube scaffold with group C resulted in sustained bone regeneration, which in turn improved the biocompatibility of the bone graft material. The purpose of this study was to fabricate and evaluate a new biphasic calcium phosphate (BCP) scaffold reinforced with zirconia (ZrO2) by PDS for bone tissue engineering. The 3D slurry foams with blending agents were successfully fabricated by PDS. Blending materials were then removed after the sintering process at high temperature to obtain a targeted BCP/ZrO2 scaffold with the desired pore characteristics, porosity, and dimension. Morphology of the sintered scaffold was investigated with scanning electron microscopy/energy dispersive X-ray spectrometer (SEM/EDS) mapping. A cell proliferation test was carried out and evaluated with osteosarcoma MG-63 cells. Mechanical testing and cell evaluation demonstrated that BCP and 10% ZrO2 scaffold had a significant effect on the mechanical properties maintaining a structure compared that of only BCP with no ZrO2. Additionally, differentiation studies of human mesenchymal stem cells (hMSCs) on BCP/ZrO2 scaffolds in static and dynamic culture conditions showed increased expression of bone morphogenic protein-2 (BMP-2) when cultured on BCP/ZrO2 scaffolds under dynamic conditions compared to on BCP control scaffolds. The manufacturing of BCP/ZrO2 scaffolds through this innovative technique of PDS may provide applications for various types of tissues regeneration, including bone and cartilage. The main purpose of this study was to develop new fabrication process of BCP scaffolds based on extrusion moulding using a 3D printer. Through a 3D printer, we showed new fabrication process to access easier, and made the scaffold mould and extrusion device parts that could be combined with compression test machine. Strut width, pore size, and porosity of the fabricated BCP scaffolds were measured and calculated. The 3D green body scaffolds manufactured by PLA mould containing slurry vent and entry (PMSVE) were successfully fabricated via ceramic slurry extrusion (CSE) device. The sintered BCP scaffolds showed that such CSE method is capable of producing precise scaffold shapes with interconnected pores, potentially suitable for osseointegration. Thus, it appears that the combination of FDM 3D printing technology and extrusion moulding method has the potential to fabricate suitable scaffolds for bone tissue engineering.
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