• Maxillofacial Plastic and Reconstructive Surgery
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• 제42권
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• pp.18.1-18.9
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• 2020

Background: Bone grafting has been considered the gold standard for hard tissue reconstructive surgery and is widely used for large mandibular defect reconstruction. However, the midface encompasses delicate structures that are surrounded by a complex bone architecture, which makes bone grafting using traditional methods very challenging. Three-dimensional (3D) bioprinting is a developing technology that is derived from the evolution of additive manufacturing. It enables precise development of a scaffold from different available biomaterials that mimic the shape, size, and dimension of a defect without relying only on the surgeon's skills and capabilities, and subsequently, may enhance surgical outcomes and, in turn, patient satisfaction and quality of life. Review: This review summarizes different biomaterial classes that can be used in 3D bioprinters as bioinks to fabricate bone scaffolds, including polymers, bioceramics, and composites. It also describes the advantages and limitations of the three currently used 3D bioprinting technologies: inkjet bioprinting, micro-extrusion, and laserassisted bioprinting. Conclusions: Although 3D bioprinting technology is still in its infancy and requires further development and optimization both in biomaterials and techniques, it offers great promise and potential for facial reconstruction with improved outcome.

• 한국기계가공학회지
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• 제18권2호
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• pp.44-51
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• 2019

With the goal of tissue regeneration for organs damaged through an accident or a disease, research on tissue engineering has been conducted to produce 3-D scaffolds that can support the cells in the attachment and growth for the cell proliferation and differentiation. A scaffold requires a suitable pore size and porosity to increase the nutrient circulation or oxygen supply for the attachment and growth of cells. The existing production methods such as solvent-casting particulate leaching, phase separation, and fiber bonding have certain disadvantages. With these methods, it is difficult to obtain a free desired shape. In addition, certain pore sizes and interconnectivities among the pores may not be guaranteed. To solve these problems, this study has fabricated a scaffold with a 3-D shaped nose using Alginate, which is a natural polymer obtained through Fused Deposition Modeling (FDM), one of the CAD/CAM-based Solid Freeform Fabrication (SFF) methods.

• 폴리머
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• 제30권1호
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• pp.14-21
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• 2006

조직공학 기술은 in vitro와 in vivo에서 초기 세포 부착과 차후의 조직형성을 위해 3차원적인 지지체로서 다공성의 생분해성 담체의 사용이 필수적이다. 소장점막하조직(small intestinal submucosa, SIS)은 고유의 인장력과 생체적합성 때문에 생체물질로서 사용될 잠재력을 가지고 있는 콜라겐 조직이다. 근육유래 줄기세포는 배양조건에 따라 골세포, 연골세포, 및 근육세포 등으로 분화가 가능하다고 알려져 있다. 본 연구에서는 SIS를 함유한 락타이드-글리콜라이드 공중합체(PLGA) 다공성 지지체를 용매캐스팅/염추출법으로 제조하였고, 전자주사현미경 및 수은다공측정계를 이용하여 특성을 결정하였다 세포의 생존율과 성장률은 MTT(3-(4,5-dimethylthiazole-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium-bromide) 분석 방법을 이용하였고 골로 분화된 세포를 알칼라인 포스파테이즈(ALP) 활성을 측정하여 확인하였다. SIS가 함유된 지지체와 SIS가 함유되지 않은 지지체를 면역결핍 쥐의 피하에 삽입하여 이들의 골형성 정도를 비교하여 보았다. 조직을 파라핀으로 고정시켜 슬라이드를 제조한 후 hematoxylin과 eosin, 트라이크롬 및 본쿠사 염색을 실시하였다. 천연/합성 하이브리드 담체로서의 SIS/PLGA 담체가 PLGA 단독으로 사용하였을 때와 비교하여 볼 때 골형성이 우수하였는데 이는 SIS 내에 함유하고 있는 여러 생체활성분자에 기인한 것으로 추측되었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권4호
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• pp.371-377
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• 2014

조직 공학에 있어 인공지지체는 손상된 조직 및 기관의 기능을 재생하기 위한 거푸집으로 제공되며 3 차원 구조물이다. 인공지지체의 재료 중에서 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL)과 삼인산칼슘(${\beta}$-tricalcium phosphate, ${\beta}$-TCP)은 생분해성과 생체적합성을 가지고 있다. 본 연구에서는 다축 인공지지체 제작 시스템을 이용하여 3 차원 PCL, blended PCL(60 wt %)/${\beta}$-TCP(40 wt %), 그리고 ${\beta}$-TCP 인공지지체를 제작하였다. 제작된 인공지지체는 주사전자현미경 분석을 통해 $600{\pm}20{\mu}m$의 공극 크기로 잘 제작되었다. 기계적 특성 평가를 통해 3 차원 PCL, blended PCL(60 wt %)/${\beta}$-TCP(40 wt %), 그리고 ${\beta}$-TCP 인공지지체의 효과는 분석되었다. 게다가 Saos-2 세포를 이용한 in vitro 연구를 수행하여 세포 증착 및 증식과 같은 세포 거동에 의한 3 차원 인공지지체의 효과를 확인하였다. 요컨대 3D blended PCL(60 wt %)/${\beta}$-TCP(40 wt %) 인공지지체가 압축 강도와 생체적합성 그리고 골전도성에 있어서 인체의 해면골에 더욱 적합하였다. 따라서 3D 인공지지체의 제작에 있어 PCL과 ${\beta}$-TCP를 혼합하는 것은 효과적인 골 재생을 위해 촉망되는 전략이 될 것이다.

• 폴리머
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• 제30권2호
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• pp.168-174
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• 2006

기존의 고분자 지지체의 소수성 및 세포친화성을 향상시켜 조직공학용 고기능성 지지체로 사용하기 위해서 여러 가지 플라스마 처리와 카복실기를 함유한 아크릴산(AA)을 직접 chamber내에서 in situ 그래프트 결합을 행하여 최적의 친수성을 갖는 생분해성 poly(L-lactic acid) (PLLA) 필름 및 이중기공 지지체를 제조하였다. 표면분석 결과, 표면개질된 비다공성 PLLA 필름 및 이중기공 지지체 표면은 미처리 PLLA control에 비해서 접촉각의 감소와 카복실기 함량의 증가로 친수성이 크게 증가하였다. 특히 여러 가지 표면개질 방법 중 Ar(아르곤)/AA 시료나 Ar+TP(열중합) 시료보다는 Ar 플라스마와 AA를 차례로 처리한 Ar+AA+AA 시료가 다른 시료들보다 접촉각이 낮고 카복실기가 많아서 최적의 표면 친수화 처리조건임을 알 수 있었으며, 표면개질된 PLLA 필름 및 이중기공 지지체의 경우 친수성이 증가함에 따라서 연골세포의 점착과 증식도 크게 향상되었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제27권5호
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• pp.235-242
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• 2017

기공 제어가 가능한 다공질 인공 지지체를 제조하기 위해 HA 분말에 기공형성제 역할을 하는 PMMA 분말을 첨가하여 TBA를 용매로 한 slurry를 합성한 후 동결주조와 소결을 거쳐 주상형 기공채널이 상호 연결되어 있는 다공질 HA 지지체를 제조하였다. PMMA 분말의 첨가량에 따른 HA 지지체의 결정구조는 XRD로 측정하였고 SEM을 통하여 지지체의 표면 및 내부 단면을 관찰하였는데, 소결과정에서 PMMA의 탈지가 지지체의 내부구조와 HA 분말의 결정성에 영향을 미치는 것으로 결과가 나타났다. 또한 지지체의 물리적 및 기계적 특성을 평가하여 기공형성제의 첨가량을 조절함으로써 기공률 및 기공 크기와 압축 강도의 제어가 가능하였다. 본 연구 결과, HA 지지체가 천연 해면골과 구조 및 특성이 유사하였으며 이를 통해 PMMA 첨가 다공질 HA 지지체가 조직공학용 인공 골지지체로서 자가골을 대체하여 사용이 가능한 것으로 판단된다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회A
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• pp.1458-1460
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• 2008

Tissue engineering is an interdisciplinary field that utilizes the principles of engineering and life sciences toward the creation of biological substitutes. Traditionally, major components of tissue engineering are cells, scaffolds, growth factors and recently biomechanical aspects have been given much attention. A large number of studies have reported that mechanical signals are of particular interest in either encouraging or inhibiting cellular responses. In tissue engineering, cell adhesion is a very important step, because quality of adhesion may determine a cell fate in the future. Elasticity of cell-adhesive substrate is found critical in regulating stem cell differentiation. Cells exert different contractile forces for cell migration, depending on substrate mechanics. Though tissue engineering is very interactive with diverse expertise, for a breakthrough, principles of biomechanics in tissue and cell level needs to be fully understood.

• BMB Reports
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• 제56권1호
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• pp.32-42
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• 2023

Heart disease is one of the major life-threatening diseases with high mortality and incidence worldwide. Several model systems, such as primary cells and animals, have been used to understand heart diseases and establish appropriate treatments. However, they have limitations in accuracy and reproducibility in recapitulating disease pathophysiology and evaluating drug responses. In recent years, three-dimensional (3D) cardiac tissue models produced using tissue engineering technology and human cells have outperformed conventional models. In particular, the integration of cell reprogramming techniques with bioengineering platforms (e.g., microfluidics, scaffolds, bioprinting, and biophysical stimuli) has facilitated the development of heart-on-a-chip, cardiac spheroid/organoid, and engineered heart tissue (EHT) to recapitulate the structural and functional features of the native human heart. These cardiac models have improved heart disease modeling and toxicological evaluation. In this review, we summarize the cell types for the fabrication of cardiac tissue models, introduce diverse 3D human cardiac tissue models, and discuss the strategies to enhance their complexity and maturity. Finally, recent studies in the modeling of various heart diseases are reviewed.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제29권1호
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• pp.52-58
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• 2008

The object of this study is to investigate the effects of intermittent cyclic stretching on the smooth muscle cells (SMCs) seeded onto aligned multi-layered fibrous scaffold. To make multi-layered fibrous scaffold, polyurethane (PU) and poly(ethylene oxide) (PEO) were electrospun alternatively, then were immersed into distilled water to extract PEO. Various types of scaffolds were fabricated depending on fiber directions, i.e., aligned or randomly oriented. The direction of stretching was either parallel or vertical to the fiber direction for the aligned scaffolds. The stretching was also applied to the randomly aligned scaffolds. The duration of stretching was 2 min with 15 min resting period. During the stretching, the maximum and minimum strain was adjusted to be 10 and 7%, respectively with the frequency of 1 Hz. The bioactivities of cells on the scaffolds were assessed by quantifying DNA, collagen, and glycosaminoglycan (GAG) levels. And the cell morphology was observed by staining F-actin. SMCs under parallel stretching to the fiber direction responded more positively than those in other conditions. From the results, we could explain the morphological effect of a substrate on cellular activities. In addition the synergistic effects of substrate and mechanical stimuli effects were confirmed.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.51-52
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• 2009