초록 ▼

□ 연구개요
본 연구과제에서는 현재 의료계에서 중요성과 실용성이 증가하고 있는 3차원 스캐폴드(Scaffold, 생체지지체) 프린팅의 형상 최적화를 편미분 방정식과 정확하고 효율적인 수치기법을 적용하여 연구를 진행하였습니다. 스캐폴드는 조직 재생을 위한 바이오 인공 지지체로써 조직의 구조적 지지체뿐만 아니라 세포의 증식을 위한 접착유도 물질 역할을 합니다. 기존의 3차원 프린팅은 재료나 하드웨어에 초점을 맞춰서 연구가 진행되었지만, 본 연구에서는 3차원 스캐폴드 형상을 디자인하는 것과 비균일 다공성 생체지지체 표면 위에서 세포

□ 연구개요
본 연구과제에서는 현재 의료계에서 중요성과 실용성이 증가하고 있는 3차원 스캐폴드(Scaffold, 생체지지체) 프린팅의 형상 최적화를 편미분 방정식과 정확하고 효율적인 수치기법을 적용하여 연구를 진행하였습니다. 스캐폴드는 조직 재생을 위한 바이오 인공 지지체로써 조직의 구조적 지지체뿐만 아니라 세포의 증식을 위한 접착유도 물질 역할을 합니다. 기존의 3차원 프린팅은 재료나 하드웨어에 초점을 맞춰서 연구가 진행되었지만, 본 연구에서는 3차원 스캐폴드 형상을 디자인하는 것과 비균일 다공성 생체지지체 표면 위에서 세포성장의 수리모델링과 수치해석 연구를 수행하였습니다.

□ 연구 목표대비 연구결과
총 36개월의 연구기간동안 얻은 주요 연구결과는 다음과 같습니다.
⦁ 뼈 부분을 대체하는 바이오 스캐폴드에 대해서는 영양분의 충분한 통로와 혈관을 생성하기 위해서 생체구조와 유사한 복잡한 구조를 생성하는 것이 필수적입니다. 특히, 전체적인 구조가 복잡한 영역일 때 다공성 형상을 생성하는 3차원 칸-힐리아드 방정식에 대한 수치기법을 개발하였습니다.
⦁ 2차원과 3차원에서 벌집구조 형성에 대한 수리모델링과 수치기법을 개발하였습니다. 벌집구조 형성을 응용하여 기존의 석고붕대에서 불편한 점을 개선할 수 있는 디자인을 생성할 수 있었습니다. 표면을 삼각화하고 삭각형의 꼭짓점을 생성점으로 설정한 뒤 벌집구조 형성 알고리즘을 실행하여 다공성을 갖는 캐스트를 만들 수 있었습니다.
⦁ 스캐폴드 표면에서 세포조직의 성장은 스캐폴드 모형의 기하학적 성질의 영향을 받습니다. 특히, 국소 곡률에 따라 세포의 성장이 달라지는 것을 수리모델과 수치기법으로 연구하였습니다. 수학적 모델은 알렌-칸 방정식을 사용하였고 스캐폴드 곡면의 평균곡률의 부호에 따라서 세포가 자라는 것을 조절하였습니다. P, D, G 곡면을 대상으로 테스트한 결과 곡면이 복잡한 순서대로 세포가 빠르게 자라는 것을 발견할 수 있었습니다.

□ 연구개발결과의 중요성
조직이나 기관 내에 관여하는 요인과 생체지지체의 안정성에 기여하는 요인 등 생체지지체를 디자인하기 위한 변수가 많고 지지체마다 그 역할도 다양합니다. 이런 요인들을 고려하지 않고 각각의 환자마다 동일한 생체지지체를 만들어 적용할 수는 없을 것입니다. 따라서 이러한 복잡한 변수들을 고려한 생체지지체의 모델이 어떤 특정 세포에 적합하고 최적화되는지 연구하기 위해 편미분방정식과 수치해석을 이용한 환자 몸에 맞는 최적화된 모형의 디자인이 필요합니다. 복잡한 3차원 영역에서의 다공성을 만들 수 있는 수리모델과 수치기법은 다공성을 갖는 스캐폴드 제작에 활용될 수 있습니다. 벌집구조 형성에 대한 수리적 모델링과 수치기법은 기존의 석고붕대에서 불편한 점을 개선할 수 있는 디자인을 생성할 수 있습니다. 스캐폴드 표면에서의 세포조직의 성장은 스캐폴드의 기하 모형에 영향을 받으므로 최적의 스캐폴드를 제작하는데 적용할 수 있을 것입니다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 가. 연구의 개요 ... 3
• 나. 국내·외 연구동향 ... 3
• 다. 연구의 필요성 및 중요성 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 26
• 4. 참고문헌 ... 26
• 5. 연구성과 ... 27
• 끝페이지 ... 29