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근육은 재생이 가능한 조직이지만 광범위한 근육 조직에 손상이 올 경우 재생이 어려워진다. 이를 극복하기 위해 많은 연구자들이 인공 근육을 제작해오고 있으나, 3차원 조직으로서 기능을 하는 근육을 제작하는 것은 아직까지는 한계가 있다. 본 연구에서는 동축 바이오 3D 프린팅 기술을 이용하여 코어-쉘 형태의 근육 섬유를 제작하여 고밀도 세포를 안정적으로 프린팅함으로써 3차원 근육 섬유를 제작하였다. 젤라틴/히알루론산을 혼합한 ...

근육은 재생이 가능한 조직이지만 광범위한 근육 조직에 손상이 올 경우 재생이 어려워진다. 이를 극복하기 위해 많은 연구자들이 인공 근육을 제작해오고 있으나, 3차원 조직으로서 기능을 하는 근육을 제작하는 것은 아직까지는 한계가 있다. 본 연구에서는 동축 바이오 3D 프린팅 기술을 이용하여 코어-쉘 형태의 근육 섬유를 제작하여 고밀도 세포를 안정적으로 프린팅함으로써 3차원 근육 섬유를 제작하였다. 젤라틴/히알루론산을 혼합한 하이드로겔을 외부 노즐(쉘)에 넣고, 배지에 혼합된 세포 집합체를 내부 노즐(코어)에 넣어 제작하였다. 젤라틴/히알루론산을 혼합 비율에 따라 프린팅 한 후, 프린팅성과 유변학적 성질을 기반으로 쉘 잉크를 선택했다. 코어 잉크는 세포 집합체 형태 및 증식률과 마이크로밸브의 온/오프 조건을 바탕으로 적절한 토출 양과 세포 밀도가 되도록 최적화하였다. 이를 토대로 제작된 코어-쉘 근육 섬유를 성장 배지에 5일동안 배양 시킨 후 분화 배지에 배양 시켰을 때 근육 세포가 이상적으로 분화됨이 확인 되었다. 또한 장기간 배양시킨 근육 섬유는 근관이 한 방향으로 정렬되어 완전히 성숙된 근섬유를 형성하고 자발적인 수축을 하는 것을 확인하였다. 이러한 결과들은 동축 바이오 3차원 코어-쉘 프린팅 방식이기능을 하는 인공 근육 제작에 알맞은 제작 방식임을 보여주며 근육 조직 공학에 있어 활발한 개발과 활용이 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

3D bioprinting requires an appropriate blend of bioinks with good printability and a printing method that maintains high biocompatibility. We fabricated muscle fibers with core-shell structure using coaxial extrusion 3D bio-printing (core-shell fiber). The core-shell fiber consists of bio-inks of ge...

3D bioprinting requires an appropriate blend of bioinks with good printability and a printing method that maintains high biocompatibility. We fabricated muscle fibers with core-shell structure using coaxial extrusion 3D bio-printing (core-shell fiber). The core-shell fiber consists of bio-inks of gelatin/hyaluronic acid (HA) for the shell (shell ink) and an cell aggregatssuspensed in medium forthe core (core ink). The shellink was cured by UV during printing. Gelatin/HA were combined in various ratios to optimize printability and rheological properties, and to decide shell fidelity according to the physical properties of the core. In addition, the proliferation of cells according to the type of cell suspension and distribution of cell aggregates according to microvalve on/off conditions were also confirmed. The muscle fibers produced on this basis were confirmed by Live/Dead analysis, immunofluorescence, and real-time polymerase chain reaction for muscle bundle formation and gene expression according to the growth medium culture period. In addition, the decomposition of shellink over time and the migration and proliferation of cells as decomposition were also confirmed. Finally, under the optimized condition, core-shell muscle fiber showed synchronized contraction during in vitro cultivation. This study suggests a new method of artificial tissue production through 3D bioprinting.