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핵심기술
본 과제를 통해 개발하고자 하는 기술제품은 바이오리액터로서, 체외에서 체내에서 받는 다양한 물리적 자극을 바이오리액터를 통해 인가하여 조직재생을 위한 스캐폴드의 성능을 이식전 평가하기 위함에 그 목적이 있음.

최종목표
본 과제는 물리적 생체모사기능 부여가 가능한 다양한 형태의 바이오리액터를 개발하여 생체조직용 스캐폴드의 평가를 통한 표준형 스캐폴드의 산업화 최종목표를 두고 있음.

[구체적 목표]
· 다양한 기계적 자극 인가용 바이오리액터의 개발 (5종 이상)
· 바이오리액터를

핵심기술
본 과제를 통해 개발하고자 하는 기술제품은 바이오리액터로서, 체외에서 체내에서 받는 다양한 물리적 자극을 바이오리액터를 통해 인가하여 조직재생을 위한 스캐폴드의 성능을 이식전 평가하기 위함에 그 목적이 있음.

최종목표
본 과제는 물리적 생체모사기능 부여가 가능한 다양한 형태의 바이오리액터를 개발하여 생체조직용 스캐폴드의 평가를 통한 표준형 스캐폴드의 산업화 최종목표를 두고 있음.

[구체적 목표]
· 다양한 기계적 자극 인가용 바이오리액터의 개발 (5종 이상)
· 바이오리액터를 적용한 스캐폴드 검증 가이드라인 제시
· 5종이상의 바이오리액터 상용화
· 복합배양기술의 접목 (공배양/co-culture)

개발내용 및 결과
· 총 8종의 바이오리액터의 개발
① 골 재생을 위한 perfusion형 바이오리액터
② 골 재생을 위한 정수압용 바이오리액터 (1종)
- 최대 4기압 인가 가능, 주기 조절 가능
③ 골 재생을 위한 정수압용 바이오리액터 (2종)
- multi-chamber system으로, 3종 이상 크기 및 주기로 개별적 조절 가능하도록 제작함.
④ 도관형 스캐폴드 성능평가를 위한 관류형 바이오리액터
⑤ 근, 인대 조직 재생용 direct 인장형 바이오리액터
⑥ 근, 인대 조직 재생용 indirect 인장형 바이오리액터
⑦ 복합 조직 재생용 바이오리액터
- direct 인장 및 정수압의 동시 혹은 개별 인가 가능
⑧ 혈류 및 전단력 인가를 위한 stirring 바이오리액터
· 6종의 기술 문서 제작 완료
· 개발된 바이오리액터의 안정성 입증을 위한 endotoxin test 및 성능도 평가 완료
· 타 세부과제에서 제공되는 각종 스캐폴드를 이용하여 in-vitro 실험 및 스캐폴드 평가 완료
· 골 및 도관 조직 맞춤형 스캐폴드 제조를 위한 생체소재 및 생체 조직화 데이터베이스 확립
· 약물 함유 스캐폴드 제조 및 바이오리액터를 이용한 약물 전달 시스템과 스캐폴드의 시너지 효과 입증
· 공배양 시스템 개발

기술개발 배경
· 인체 조직의 재생을 위한 조직공학의 성공적 결과를 위해서는 세포, 지지체, 그리고 신호 전달물질과 같은 요소의 조화가 필요한 것으로 알려져 있으나, 지난 수년간 삽입될 인체내 물리적 환경의 체외구현 (생체모사)에 대한 중요성이 부각됨.
· 이때 물리적 환경의 구성요소인 역학적 환경은 인체의 일상생활을 통해 대부분의 조직이 기계적 자극을 받고 있다는 점에 착안한 것이며, 이와 같이 물리적 환경 체외 구현을 위한 장치를 통칭해 바이오리액터라 함.
· 이상과 같이 본 과제에서 재생하고자 하는 주요 조직 (골/연골, 도관, 근 관련 조직)은 특히 기계적 자극에 노출되어 있으며, 따라서 생체 이식을 위한 스캐폴드는 이식전 사전 모의 환경을 통해 검증하여야 함.
· 기존의 스캐폴드 검증은 체내환경을 고려하지 않고, 세포를 이용해 단순히 스캐폴드의 세포 독성 및 증식 등을 확인하는데 그친 것에 반해 바이오리액터를 통해 체내 환경에서의 스캐폴드의 적용가능성 및 효용성을 판단 가능할 것으로 사료됨.

핵심개발 기술의 의의
· 현재 단순배양용 바이오리액터를 제외한 기계적 자극용 바이오리액터는 주로 대학에서 연구용으로 제작되어 세포, 조직 배양시 기계적 자극의 종류, 세기 등에 따른 영향을 관찰하는 수준임.
· 조직 혹은 세포에 기계적 자극을 인가하기 위한 바이오리액터가 상품화 된 경우는 극히 드물며, 이러한 기계적 자극에 대한 영향에 대한 견해 및 기전도 확립된 바가 없어, 발표된 논문마다 다른 결과를 제시하고 있으며, 현재는 기본적인 성능이 검증된 단계라 할 수 있음.
· 본 연구팀은 이러한 기존 모델의 문제점 극복 및 다양한 자극 유형의 복합 인가를 위하여 5종 이상의 바이오리액터를 개발하고, 이를 기반으로 하여 수차례의 반복 실험을 통해 기계적 자극의 영향에 대한 재현성 있는 결과와 기전을 확인함.
· 또한 바이오리액터의 제작에 있어 국산화를 통해 수입제품에 의존해오던 바이오리액터 관련 연구의 비용을 절반이상 줄일 수 있게 되었으며, 추후 기술 수출의 가능성 또한 무궁무진함.

적용 분야
· 기존 실험실 수준의 바이오리액터를 벗어나 규격화된 제품을 제시/출시함에 따라 이를 바탕으로 조직재생을 위한 스캐폴드의 표준, 규격화에 앞장 설 것임.
· 또한 스캐폴드 평가뿐만 아니라, 줄기세포를 응용하여 세포의 분화 및 이로 인한 조직 재생에 체내의 환경을 모사함에 따라 그 효과를 검증할 수 있어, 관련 줄기세포 및 조직공학 연구에도 새로운 패러다임을 제공할 수 있음.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 8
• 목차 ... 16
• 제 1 장 서론 ... 17
• 제 1 절 과제의 개요 ... 17
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 19
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 19
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 23
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 24
• 제 3 장 결과 ... 33
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 33
• 1. 1차년도 ... 33
• 2. 2차년도 ... 41
• 3. 3차년도 ... 48
• 4. 4차년도 ... 59
• 5. 5차년도 ... 75
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 96
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 97
• 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 98
• 제 4 장 사업화 계획 ... 99
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 99
• 제 2 절 사업화 계획 ... 100
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획(개발기술 응용 등) ... 101
• 부록 목차 ... 102
• 끝페이지 ... 804