We describe herein a three-dimensionally diverse micropatterning of poly(lactic acid), as a biopolymer, using 1-butyl-3-methylimidazolium-based room-temperature ionic liquids (bmim-based RTILs), [bmim]X (X = $SbF_6$, $PF_6$, $NTf_2$, Cl). Utilizing the hydrophobic bmim-based RTILs, [bmim]X (X = $SbF_6$, $PF_6$, $NTf_2$) and a phase separation technique, we were able to produce white and opaque membranes with a three-dimensional structure closely packed with particles ($10-50{\mu}m$ in diameter). The particlulate structure, made by the assistance of [bmim]$NTf_2$ and DCM, interestingly transformed to a fibrous structure by using a cosolvent, e.g., DCM/$CF_3CH_2OH$. When we used an increased amount of [bmim]$NTf_2$, the particles were effectively detached and macrosized ($100-500{\mu}m$ in diameter) and the oval-shaped beads were obtained in a powder form. By varying the counter-anion type of the imidazolium-based RTIL, for example from $NTf_2^-$ to $Cl^-$, the particulate 3D-morphology was once more transformed to a porous structure. These reserch results could be potentially useful, as a method to fabricate particulate scaffolds, fibrous or porous scaffolds, and beads as a biopolymer device in diverse fields including drug delivery, tissue regeneration, and biomedical engineering.
Bacterial cellulose (BC) is generated from citrus gel by Gluconacetobacter hansenii TL-2C. BC has good properties such as high-burst pressure, high-water contact and the ultrafine highly nanofibrous structure of mimic natural extracellular matrix (ECM) for tissue engineering. In this study, acrylic acid (AAc) was grafted onto BC surfaces under aqueous conditions using gamma-ray irradiation, and then immobilized gelatin onto AAc-g-BC. The characterization of scaffolds was performed by scanning electron microscopy (SEM), attenuated total reflectance-Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR), toluidine blue O (TBO) assay. Morphology of gelatin and AAc incorporation onto BC nanofibers did not changed. Our study suggests that gelatin-immobilized BC nanofibers scaffold has a potentiality to fabricate 3D nanofibrous scaffolds for tissue engineering.
Background: Injectable hydrogels have been extensively researched for the use as scaffolds or as carriers of therapeutic agents such as drugs, cells, proteins, and bioactive molecules in the treatment of diseases and cancers and the repair and regeneration of tissues. It is because they have the injectability with minimal invasiveness and usability for irregularly shaped sites, in addition to typical advantages of conventional hydrogels such as biocompatibility, permeability to oxygen and nutrient, properties similar to the characteristics of the native extracellular matrix, and porous structure allowing therapeutic agents to be loaded. Main body: In this article, recent studies of injectable hydrogel systems applicable for therapeutic agent delivery, disease/cancer therapy, and tissue engineering have reviewed in terms of the various factors physically and chemically contributing to sol-gel transition via which gels have been formed. The various factors are as follows: several different non-covalent interactions resulting in physical crosslinking (the electrostatic interactions (e.g., the ionic and hydrogen bonds), hydrophobic interactions, ${\pi}$-interactions, and van der Waals forces), in-situ chemical reactions inducing chemical crosslinking (the Diels Alder click reactions, Michael reactions, Schiff base reactions, or enzyme-or photo-mediated reactions), and external stimuli (temperatures, pHs, lights, electric/magnetic fields, ultrasounds, or biomolecular species (e.g., enzyme)). Finally, their applications with accompanying therapeutic agents and notable properties used were reviewed as well. Conclusion: Injectable hydrogels, of which network morphology and properties could be tuned, have shown to control the load and release of therapeutic agents, consequently producing significant therapeutic efficacy. Accordingly, they are believed to be successful and promising biomaterials as scaffolds and carriers of therapeutic agents for disease and cancer therapy and tissue engineering.
Kwon, Seong Gyu;Kwon, Yang Woo;Lee, Tae Wook;Park, Gyu Tae;Kim, Jae Ho
생체재료학회지
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제22권4호
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pp.311-318
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2018
Background: Tissue regeneration includes delivering specific types of cells or cell products to injured tissues or organs for restoration of tissue and organ function. Stem cell therapy has drawn considerable attention since transplantation of stem cells can overcome the limitations of autologous transplantation of patient's tissues; however, it is not perfect for treating diseases. To overcome the hurdles associated with stem cell therapy, tissue engineering techniques have been developed. Development of stem cell technology in combination with tissue engineering has opened new ways of producing engineered tissue substitutes. Several studies have shown that this combination of tissue engineering and stem cell technologies enhances cell viability, differentiation, and therapeutic efficacy of transplanted stem cells. Main body: Stem cells that can be used for tissue regeneration include mesenchymal stem cells, embryonic stem cells, and induced pluripotent stem cells. Transplantation of stem cells alone into injured tissues exhibited low therapeutic efficacy due to poor viability and diminished regenerative activity of transplanted cells. In this review, we will discuss the progress of biomedical engineering, including scaffolds, biomaterials, and tissue engineering techniques to overcome the low therapeutic efficacy of stem cells and to treat human diseases. Conclusion: The combination of stem cell and tissue engineering techniques overcomes the limitations of stem cells in therapy of human diseases, and presents a new path toward regeneration of injured tissues.
뇌 추출 신경성장인자(BDNF)의 서방성 전달체로써 락타이드-글리콜라이드 공중합체(PLGA) 용액에 탈미네랄화된 골분(DBP) 및 히알루론산(HA)를 균일하게 혼합하여 얼음입자추출법으로 다공성 지지체를 제조하였다. ELISA로 BDNF 방출량을 확인하였으며 SEM으로 방출에 따른 지지체의 다공 특성을 관찰하였다. PLGA지지체와 비교시 DBP/HA/PLGA 지지체에서 지속적으로 일정량이 방출됨을 확인하였으며 BDNF의 양이 증가할수록 빠르고 많은 양이 방출되는 패턴을 보였다. 얼음입자추출법으로 제조된 DBP/HH/PLGA 지지체는 BDNF 등의 수용성 사이토카인의 포접이 용이하고, 생분해성 고분자분해 특성에 의해서 방출이 조절되며, 신경손상부분에 이식시 BDNF가 서방화되어 신경재생에 도움을 줄 것으로 기대된다.
We synthesized eight G8 molecular transporters (MTs) based on 4 different monosaccharide scaffolds, and studied their biological properties with a special focus on possible mitochondrial targeting and tissue selectivity. The mitochondrial affinity of these MTs was found to be clearly related to the scaffold stereochemistry and also tenuously with the lipophilicity. It may be suggested that in the practical delivery strategy of drugs for the brain and mitochondrial diseases the BBB permeability and mitochondrial affinity should be considered as key parameters, and that an enhanced mitochondrial affinity appears possible by further research on the structure-property relationship of guanidine-rich molecular transporters.
There are many different approaches to healing of acute and chronic ulcer and large skin defect, such as burn. Currently available wound covers fall into two categories. Permanent covering, such as autografts, and temporary ones, such as allograft including de-epidermized cadaver skin, bioartificial skin, xenografts, and synthetic dressings. Autologous skin grafting in the form of split- or full-thickness skin is still the good standard. Following on from developments in the 1980s involving the use of cultured keratinocyte grafts in wound healing, the last decade has been great progress in the fabrication of composite bioartificial skin grafts. However, two bottleneck on producing cultured bioartificial skin, whether of the simple epithelial cell sheet type, or the more complex composite type, continue to be the generation of sufficient keratinocytes cheaply and quickly and develop biocompatible dermal scaffolds. This article covers the development, clinical application, and current research directions associated with bioartificial skin.
이프리플라본은 이소플라본의 파생물로서 골의 재흡수를 방지하여 골의 재형성을 방해함으로써 골 형성에 도움을 준다. 이프리플라본은 칼슘의 양을 안정적으로 증가시킴과 함께 골수 줄기 세포의 작용으로 세포층에 칼슘을 침착시킨다. 조직공학적 골을 형성시키기 위해 락타이드-글리를라이드 공중합체 (PLGA)에 이프리플라본을 함유시킨 지치체를 용매 캐스팅/염 추출법으로 제조하였다. 수은 다공도계, 주사 전자 현미경, 시차 주사 열량계, X선 회절기를 이용하여 특성결정을 수행하였고, 이프리플라본이 함유된 지지체와 이프리플라본이 함유되지 않은 지지체를 면역이 결핍된 쥐의 피하에 삽입하여 이들의 골 형성을 비교하였다. 조직을 hematoxylin & eosin, 본쿠사 염색과 면역화학적 염색법인 콜라겐 I 형과 오스테오칼신 염색을 하였다. 이프리플라본이 함유된 담체의 다공도는 91.7% 이상이었고, 평균 다공 크기도 101 $\mu\textrm{m}$였다. PLGA로만 제조된 지지체와 이프리플라본을 50% 함유시킨 지지체를 동물 실험을 수행한 결과 이프리플라본은 피하 층과 다른 연조직에서 미분화 줄기 세포가 칼슘 침착, 골아 세포, 골상으로의 유도에 더 많은 영향을 주는 것을 관찰하였다. 결론적으로 이프리플라본을 함유한 지지체에서 이프리플라본이 골형성에 중요한 요인으로 작용한다고 사료된다.
The central strategy in tissue engineering involves a biomaterial scaffold as a delivery carrier of cells and a depot to deliver bioactive molecules. The ability of scaffolds to control cellular response to direct particular repair and regeneration processes is essential to obtain functional tissue engineering constructs. Therefore, many efforts have been made to understand local interactions of cells with their extracellular matrix (ECM) microenvironment and exploit these interactions for designing an ideal scaffold mimicking the chemical, physiological, and structural features of native ECM. ECM is composed of a number of biomacromolecules including proteins, glycosaminoglycans, and proteoglycans, which are assembled together to form complex 3-dimensional network. Electrospinning is a process to generate highly porous 3-dimensional fibrous structure with nano to micro scaled-diameter, which can closely mimic the structure of ECM. In this presentation, our approaches to develop biomimetic electrospun fibers for modulation of cell function will be discussed.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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제48권1호
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pp.1-12
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2024
Silk sericin, a natural protein from silkworm cocoons, is emerging as a multifunctional biomaterial in biomedicine, particularly in tissue engineering and wound healing. Recent studies have highlighted its biocompatibility, biodegradability, and potential for chemical modification, which allows it to be incorporated into various scaffold architectures. This review article synthesizes current research, including the development of sericin-based hydrogel scaffolds for tissue engineering and sericin's role in enhancing wound healing. Key findings demonstrate sericin's ability to refine scaffold porosity and mechanical strength, expedite tissue healing, and reduce bacterial load in wounds. The integration of sericin into novel bioactive dressings and its use in peripheral nerve injury repair are also discussed, showcasing its adaptability and efficacy. The convergence of these studies illustrates the broad applications of sericin, from scaffold design to clinical interventions, making it a promising material in regenerative medicine and tissue engineering, with the potential to improve patient outcomes significantly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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