2차원(2D) 구조의 MXene은 잠재적인 생물의학 재료로 새롭게 주목받고 있는 세라믹 재료이다. 기존의 생체재료에 관한 MXene 연구는 약물전달체로서 활용이 거의 대부분이었으며 MXene이 가지는 특성을 이용한 조직재생 연구는 아직까지 미비하다. 따라서 본 연구는 조직공학적 적용 연구를 진행하여 MXene의 생체재료로써 활용능력에 대한 초석을 다지려고 한다. 본 연구에서 MXene의 골분화 가능성에 대한 연구는 최초로 시작하였으며, 기본적으로 많이 사용되는 Ti3C2를 시작으로 생물학적 활성 가능성과 다양한 분야를 적용하였다. 또한 Ti2C, Nb2C, V2C에 대한 추가 연구를 통해 다양한 생물학적 분야의 적용 가능성도 제시하였다. MXene에 대한 기본적 특성을 통해 생체재료로 활용하기 위한 절차를 검증하였으며, 인간 ...
2차원(2D) 구조의 MXene은 잠재적인 생물의학 재료로 새롭게 주목받고 있는 세라믹 재료이다. 기존의 생체재료에 관한 MXene 연구는 약물전달체로서 활용이 거의 대부분이었으며 MXene이 가지는 특성을 이용한 조직재생 연구는 아직까지 미비하다. 따라서 본 연구는 조직공학적 적용 연구를 진행하여 MXene의 생체재료로써 활용능력에 대한 초석을 다지려고 한다. 본 연구에서 MXene의 골분화 가능성에 대한 연구는 최초로 시작하였으며, 기본적으로 많이 사용되는 Ti3C2를 시작으로 생물학적 활성 가능성과 다양한 분야를 적용하였다. 또한 Ti2C, Nb2C, V2C에 대한 추가 연구를 통해 다양한 생물학적 분야의 적용 가능성도 제시하였다. MXene에 대한 기본적 특성을 통해 생체재료로 활용하기 위한 절차를 검증하였으며, 인간 중간엽 줄기 세포를 사용하여 시험관 내 세포 생존, 증식 및 분화 측면에서 생체 물질로서 잠재력을 평가하였다. 생체적합성 외에 기계적 강도가 높은 물질이 세포의 골 분화에 영향을 미치므로 기계적 강도가 높은 MXene을 사용하여 세포 골 분화를 평가하였다. 모든 MXene 그룹은 대조군에 비해 개선된 골형성 분화(초기 및 후기 단계 모두)를 보여주었다. 이러한 MXene의 특성을 바탕으로 조직공학의 다양한 분야에서 MXene의 응용성을 연구하였으며 4가지의 MXene의 비교결과 Ti3C2에서 가장 높은 가능성을 보았기 때문에 응용 연구는 모두 Ti3C2를 활용하여 진행되었다. 첫번째 연구는 줄기 세포를 활용한 스페로이드의 제작으로 조직 공학을 위한 생산에서 가장 주의 깊게 관찰되는 생산 시간 단축, 세포 생존율, 분화 가능성의 대한 연구를 진행하였다. MXene이 포함된 스페로이드는 초기 단계부터 뼈 분화를 빠르게 촉진하고 세포와 세포 간의 강력한 상호 작용을 나타내는 것을 확인하였다. 두번째 연구는 티타늄(Ti) 및 그 합금은 우수한 생체 적합성을 나타내지만 주변 뼈 조직과의 상호 작용이 제한적이다. 따라서 골 형성 특성을 향상시키기 위해 새로운 종류의 2차원 나노 물질인 MXene(Ti3C2)을 전기 영동 증착(EPD) 기술을 활용하여 티타늄 표면을 코팅하였다. Ti3C2의 EPD 코팅 후 Ti 표면이 미립자 미세구조를 갖는 층으로 균일하게 덮인 것을 보여주었으며, Alkaline phosphatase 활성과 Alizarin Red S 염색 결과 Ti3C2의 전기영동 증착에 의해 Ti의 골형성 특성이 유의하게 개선됨을 확인하였다. 세번째 연구는 만성 상처 치료에 필수적인 상처 드레싱의 개발이다. 연어의 정자 세포에서 추출한 PDRN(polydeoxyribonucleotide)을 약물로 사용하여 스마트 MXene 하이드로겔 드레싱을 제작하였다. 자연광 가교제인 루테늄과 MXene을 함유한 스마트 하이드로겔은 세포재생이 매우 뛰어났으며 근적외선(NIR) 조사에 의한 MXene의 광열반응은 약물방출이 우수하고 강한 항균력을 나타냈다. 상처를 빠르게 회복시켰다. 넓은 표면적과 광열적 특성으로 인한 약물지지 및 방출 조절 특성을 지닌 MXene과 부작용이 없고 생체 안정성이 우수한 PDRN의 복합체를 포함하여 치료 효과를 극대화한 상처 치료용 스마트 드레싱은 치료 효과를 높였다. 기초적인 데이터를 바탕으로 다양한 프로세스로 적용하였을 때 MXene으로 인한 골분화, 세포접착, 항균, 드레싱, 약물방출, 코팅 등의 효과적인 결과를 도출하였다. 그러므로 잠재성이 높은 MXene이 새롭고 경제적인 방법으로 개발하기에 충분한 조건임을 입증하였다.
2차원(2D) 구조의 MXene은 잠재적인 생물의학 재료로 새롭게 주목받고 있는 세라믹 재료이다. 기존의 생체재료에 관한 MXene 연구는 약물전달체로서 활용이 거의 대부분이었으며 MXene이 가지는 특성을 이용한 조직재생 연구는 아직까지 미비하다. 따라서 본 연구는 조직공학적 적용 연구를 진행하여 MXene의 생체재료로써 활용능력에 대한 초석을 다지려고 한다. 본 연구에서 MXene의 골분화 가능성에 대한 연구는 최초로 시작하였으며, 기본적으로 많이 사용되는 Ti3C2를 시작으로 생물학적 활성 가능성과 다양한 분야를 적용하였다. 또한 Ti2C, Nb2C, V2C에 대한 추가 연구를 통해 다양한 생물학적 분야의 적용 가능성도 제시하였다. MXene에 대한 기본적 특성을 통해 생체재료로 활용하기 위한 절차를 검증하였으며, 인간 중간엽 줄기 세포를 사용하여 시험관 내 세포 생존, 증식 및 분화 측면에서 생체 물질로서 잠재력을 평가하였다. 생체적합성 외에 기계적 강도가 높은 물질이 세포의 골 분화에 영향을 미치므로 기계적 강도가 높은 MXene을 사용하여 세포 골 분화를 평가하였다. 모든 MXene 그룹은 대조군에 비해 개선된 골형성 분화(초기 및 후기 단계 모두)를 보여주었다. 이러한 MXene의 특성을 바탕으로 조직공학의 다양한 분야에서 MXene의 응용성을 연구하였으며 4가지의 MXene의 비교결과 Ti3C2에서 가장 높은 가능성을 보았기 때문에 응용 연구는 모두 Ti3C2를 활용하여 진행되었다. 첫번째 연구는 줄기 세포를 활용한 스페로이드의 제작으로 조직 공학을 위한 생산에서 가장 주의 깊게 관찰되는 생산 시간 단축, 세포 생존율, 분화 가능성의 대한 연구를 진행하였다. MXene이 포함된 스페로이드는 초기 단계부터 뼈 분화를 빠르게 촉진하고 세포와 세포 간의 강력한 상호 작용을 나타내는 것을 확인하였다. 두번째 연구는 티타늄(Ti) 및 그 합금은 우수한 생체 적합성을 나타내지만 주변 뼈 조직과의 상호 작용이 제한적이다. 따라서 골 형성 특성을 향상시키기 위해 새로운 종류의 2차원 나노 물질인 MXene(Ti3C2)을 전기 영동 증착(EPD) 기술을 활용하여 티타늄 표면을 코팅하였다. Ti3C2의 EPD 코팅 후 Ti 표면이 미립자 미세구조를 갖는 층으로 균일하게 덮인 것을 보여주었으며, Alkaline phosphatase 활성과 Alizarin Red S 염색 결과 Ti3C2의 전기영동 증착에 의해 Ti의 골형성 특성이 유의하게 개선됨을 확인하였다. 세번째 연구는 만성 상처 치료에 필수적인 상처 드레싱의 개발이다. 연어의 정자 세포에서 추출한 PDRN(polydeoxyribonucleotide)을 약물로 사용하여 스마트 MXene 하이드로겔 드레싱을 제작하였다. 자연광 가교제인 루테늄과 MXene을 함유한 스마트 하이드로겔은 세포재생이 매우 뛰어났으며 근적외선(NIR) 조사에 의한 MXene의 광열반응은 약물방출이 우수하고 강한 항균력을 나타냈다. 상처를 빠르게 회복시켰다. 넓은 표면적과 광열적 특성으로 인한 약물지지 및 방출 조절 특성을 지닌 MXene과 부작용이 없고 생체 안정성이 우수한 PDRN의 복합체를 포함하여 치료 효과를 극대화한 상처 치료용 스마트 드레싱은 치료 효과를 높였다. 기초적인 데이터를 바탕으로 다양한 프로세스로 적용하였을 때 MXene으로 인한 골분화, 세포접착, 항균, 드레싱, 약물방출, 코팅 등의 효과적인 결과를 도출하였다. 그러므로 잠재성이 높은 MXene이 새롭고 경제적인 방법으로 개발하기에 충분한 조건임을 입증하였다.
MXene with a two-dimensional (2D) structure is a ceramic material that is newly attracting attention as a potential biomedical material. Existing research on MXene on biomaterials has mostly been used as a drug delivery system, and studies on tissue regeneration using the properties of MXene are sti...
MXene with a two-dimensional (2D) structure is a ceramic material that is newly attracting attention as a potential biomedical material. Existing research on MXene on biomaterials has mostly been used as a drug delivery system, and studies on tissue regeneration using the properties of MXene are still insufficient. Therefore, this study intends to lay the foundation for the application ability of MXene as a biomaterial by conducting tissue engineering application research. In this study, the study on the osteodifferentiation potential of MXene was started for the first time. In addition, through additional studies on Ti2C, Nb2C, and V2C, applicability in various biological fields was also suggested. Through the basic properties of Mxene, the procedure for utilization as a biomaterial was validated, and human mesenchymal stem cells were used to evaluate the potential as a biomaterial in terms of cell survival, proliferation and differentiation in vitro. In addition to biocompatibility, MXene with high mechanical strength was used to evaluate cellular and osteogenic differentiation because substances with high mechanical strength affect cellular differentiation. All MXene groups showed improved osteogenic differentiation (both early and late stages) compared to controls. Based on these characteristics of MXene, the application of MXene in various fields of tissue engineering was studied. As a result of comparison of the four MXenes, Ti3C2 showed the highest potential, so all applied studies were conducted using Ti3C2. The first study was the production of spheroids using stem cells, which was the most carefully observed production time reduction, cell viability, and differentiation potential in production for tissue engineering. It was confirmed that the spheroids containing MXene rapidly promoted bone differentiation from the initial stage and exhibited strong cell-to-cell interactions. The second study shows that titanium (Ti) and its alloys exhibit excellent biocompatibility, but have limited interactions with surrounding bone tissue. Therefore, MXene (Ti3C2), a new type of two-dimensional nanomaterial, was coated on the titanium surface using electrophoretic deposition (EPD) technology to improve bone formation properties. After EPD coating of Ti3C2, it was shown that the surface of Ti was uniformly covered with a layer with a fine particle microstructure. As a result of alkaline phosphatase activity and Alizarin Red S staining, it was confirmed that the osteogenesis properties of Ti were significantly improved by electrophoretic deposition of Ti3C2. The third study is the development of wound dressings essential for the treatment of chronic wounds. A smart MXene hydrogel dressing was prepared using polydeoxyribonucleotide (PDRN) extracted from salmon sperm cells as a drug. The smart hydrogel containing ruthenium and MXene, which are natural light crosslinking agents, showed excellent cell regeneration. The wound healed quickly. A smart dressing for wound healing that maximizes the therapeutic effect, including a complex of MXene, which has drug support and release control properties due to its large surface area and photothermal properties, and PDRN, which has no side effects and has excellent biostability, has increased the therapeutic effect. When applied to various processes based on basic data, effective results such as bone differentiation, cell adhesion, antibacterial, dressing, drug release, and coating caused by MXene were derived. Therefore, it has been proven that MXene with high potential is sufficient for development in a new and economical way.
MXene with a two-dimensional (2D) structure is a ceramic material that is newly attracting attention as a potential biomedical material. Existing research on MXene on biomaterials has mostly been used as a drug delivery system, and studies on tissue regeneration using the properties of MXene are still insufficient. Therefore, this study intends to lay the foundation for the application ability of MXene as a biomaterial by conducting tissue engineering application research. In this study, the study on the osteodifferentiation potential of MXene was started for the first time. In addition, through additional studies on Ti2C, Nb2C, and V2C, applicability in various biological fields was also suggested. Through the basic properties of Mxene, the procedure for utilization as a biomaterial was validated, and human mesenchymal stem cells were used to evaluate the potential as a biomaterial in terms of cell survival, proliferation and differentiation in vitro. In addition to biocompatibility, MXene with high mechanical strength was used to evaluate cellular and osteogenic differentiation because substances with high mechanical strength affect cellular differentiation. All MXene groups showed improved osteogenic differentiation (both early and late stages) compared to controls. Based on these characteristics of MXene, the application of MXene in various fields of tissue engineering was studied. As a result of comparison of the four MXenes, Ti3C2 showed the highest potential, so all applied studies were conducted using Ti3C2. The first study was the production of spheroids using stem cells, which was the most carefully observed production time reduction, cell viability, and differentiation potential in production for tissue engineering. It was confirmed that the spheroids containing MXene rapidly promoted bone differentiation from the initial stage and exhibited strong cell-to-cell interactions. The second study shows that titanium (Ti) and its alloys exhibit excellent biocompatibility, but have limited interactions with surrounding bone tissue. Therefore, MXene (Ti3C2), a new type of two-dimensional nanomaterial, was coated on the titanium surface using electrophoretic deposition (EPD) technology to improve bone formation properties. After EPD coating of Ti3C2, it was shown that the surface of Ti was uniformly covered with a layer with a fine particle microstructure. As a result of alkaline phosphatase activity and Alizarin Red S staining, it was confirmed that the osteogenesis properties of Ti were significantly improved by electrophoretic deposition of Ti3C2. The third study is the development of wound dressings essential for the treatment of chronic wounds. A smart MXene hydrogel dressing was prepared using polydeoxyribonucleotide (PDRN) extracted from salmon sperm cells as a drug. The smart hydrogel containing ruthenium and MXene, which are natural light crosslinking agents, showed excellent cell regeneration. The wound healed quickly. A smart dressing for wound healing that maximizes the therapeutic effect, including a complex of MXene, which has drug support and release control properties due to its large surface area and photothermal properties, and PDRN, which has no side effects and has excellent biostability, has increased the therapeutic effect. When applied to various processes based on basic data, effective results such as bone differentiation, cell adhesion, antibacterial, dressing, drug release, and coating caused by MXene were derived. Therefore, it has been proven that MXene with high potential is sufficient for development in a new and economical way.
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