• Journal of Korean Neurosurgical Society
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• 제48권1호
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• pp.1-7
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• 2010

Objective : Notochordal cells in the intervertebral disc interact with nucleus pulposus (NP) cells and support the maintenance of disc homeostasis by regulation of matrix production. However, the influence of notochordal cells has not been evaluated in the annulus fibrosus (AF), which is the primary pain generator in the disc. We hypothesized that the notochordal cell has the capacity to modulate inflammatory mediators secreted by AF cells secondary to stimulation. Methods : Notochordal and AF cells were isolated from adult New Zealand white rabbits. AF pellets were cultured with notochordal cell clusters or in notochordal cell-conditioned media (NCCM) for 24 or 48 hours with proinflammatory cytokines at varying concentrations. Gene expression in AF pellets were assayed for nitric oxide synthase (iNOS), cyclo-oxygenase (COX)-2, and interleukin (IL)-6 by real time reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR). Results : AF pellet in NCCM significantly decreased the iNOS and COX-2 messenger ribonucleic acid (mRNA) levels compared to AF pellets alone and AF pellets with notochordal cells (p < 0.05). AF pellet resulted in dose-dependent iNOS and COX-2 expression in response to IL-$1{\beta}$, stimulation, demonstrating that 1 ng/ml for 24 hours yielded a maximal response. AF pellet in NCCM significantly decreased the expression of iNOS and COX-2 in response to 1ng/ml IL-$1{\beta}$, stimulation at 24 hours (p < 0.05). There was no difference in IL-6 expression compared to AF pellets alone or AF pellets with notochordal cell clusters. Conclusion : We conclude that soluble factors from notochordal cells mitigate the gene expression of inflammatory mediators in stimulated AF, as expected after annular injury, suggesting that notochordal cells could serve as a novel therapeutic approach in symptomatic disc development.

• 폴리머
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• 제34권3호
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• pp.282-288
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• 2010

소장점막하조직(SIS)은 면역반응이 없어 생체물질로 널리 사용되고 있다. 히알루론산(HA)은 천연 보습제라 불릴 정도로 친수성이 매우 뛰어나고 조직을 수복하기 위한 체내이식용 구조물로써 널리 사용되고 있는 천연고분자이다. 본 연구에서는 섬유륜세포를 이용한 조직공학 디스크 재생을 위해 HA를 함유한 SIS/HA 스폰지를 제조하였다. 제조된 스폰지 내부의 전자현미경 관찰 결과 열린 다공구조를 하고 있음을 확인하였고, FTIR 분석을 통해 C-O 관능기가 관찰 되어 SIS/HA 스폰지 내부의 HA가 빠져나가지 않고 고르게 분포되어 있음을 확인하였다. 결론적으로 SIS/HA 스폰지는 SIS와 HA 각각의 특성을 유지하며 섬유륜세포의 성장에 유익한 환경을 제공함을 확인하였고, 이는 HA의 우수한 생체적합성 및 수분 보유능력에 기인된 것으로 사료된다.

• 폴리머
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• 제32권1호
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• pp.26-30
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• 2008

추간판 디스크의 섬유륜(AF)조직 재생에 적합한 다양한 담체를 평가하기 위해 천연재료인 소장점막하조직(SIS)과 탈미네랄화된 골분(DBP)을 폴리(락타이드-글리콜라이드) 공중합체(PLGA)와 혼합하여 담체(PLGA/SIS, PLGA/DBP, PLGA/SIS/DBP)를 제조하였으며, PLGA담체, PGA 메쉬, SIS 스폰지와 비교하였다. 제조된 담체의 압축강도 및 AF 세포를 담체에 파종하여 콜라겐 양과 DNA량을 측정하였으며, 이를 누드마우스 피하에 이식 후 적출하여 육안관찰과 조직학적인 평가를 수행하였다. 압축강도 측정에서 PLGA와 유사하게 PLGA/SIS, PLGA/DBP 에서도 충분한 강도를 나타내었다. DNA 증가량에 따른 콜라겐 양은 PLGA/SIS 에서 가장 높게 나타났고, 면역화학 염색을 통해 PLGA/SIS, PLGA/SIS/DBP 에서 글라이코스아미노글라이칸과 콜라겐 발현량이 높음을 확인하였다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제39권1호
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• pp.22-29
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• 2018

Intervertebral disc(IVD) mainly consists of Annulus fibrosus(AF) and Nucleus pulposus(NP), playing a role of distributing a mechanical load on vertebral body. IVD tissue engineering has been developed the methods to achieve anatomic morphology and restoration of biological function. The goal of present study is to identify the possibilities for creating a substitute of IVD the morphology and biological functions are the same as undamaged complete IVD. To fabricate the AF and NP combine biphasic IVD tissue, AF tissue scaffolds have been printed by 3D bio-printing system with natural biomaterials and NP tissues have been prepared by scaffold-free culture system. We evaluated whether the combined structure of 3D printed AF scaffold and scaffold-free NP tissue construct could support the architecture and cell functions as IVD tissue. 3D printed AF scaffolds were printed with 60 degree angle stripe patterned lamella structure(the inner-diameter is 5mm, outer-diameter is 10 mm and height is 3 mm). In the cytotoxicity test, the 3D printed AF scaffold showed good cell compatibility. The results of histological and immunohistochemical staining also showed the newly synthesized collagens and glycosaminoglycans, which are specific makers of AF tissue. And scaffold-free NP tissue actively synthesized glycosaminoglycans and type 2 collagen, which are the major components of NP tissue. When we combined two engineered tissues to realize the IVD, combined biphasic tissues showed a good integration between the two tissues. In conclusion, this study describes the fabrication of Engineered biphasic IVD tissue by using enable techniques of tissue engineering. This fabricated biphasic tissue would be used as a model system for the study of the native IVD tissue. In the future, it may have the potential to replace the damaged IVD in the future.

• 폴리머
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• 제32권6호
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• pp.516-522
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• 2008

생분해성 고분자인 poly(L-lactide-co-glycolide) (PLGA)를 이용한 조직공학용 다공성 지지체에서의 공극률, 공극의 크기, 공극의 모양 등은 주입된 세포들이 안착하여 증식하는데 있어서 중요한 요건 중 하나이다. 본 연구에서는 섬유를 세포와 다공크기와의 관계를 파악하고자 다공형성물질인 염화나트륨을 다섯 개의 범위로 분류하여 용매캐스팅/염추출법을 이용한 다양한 다공크기를 갖는 다공성 지지체를 제조하였다. (3-(4,5-dimethylthiazole-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium-bromide) (MMT) 분석방법을 이용하여 제조된 지지체에 파종된 섬유륜 세포의 생존율과 증식률을 확인하였으며, in vitro 환경에서의 콜라겐 양과 DNA량을 측정하였다. In vitro 환경에의 세포간의 발생하는 여러 상호작용을 확인하기 위하여 면역결핍 쥐의 피하에 섬유륜 세포가 파종된 지지체를 이식하여 sulfated g1ycosaminoglycan(SGAG)의 합성정도와 조직학적인 평가를 수행하였다. 결론적으로 $180{\sim}250{\mu}m$ 다공크기를 갖는 지지체에서 높은 세포 생존율과 체내에서의 원할한 세포외기질의 형성을 보임으로써 여타의 지지체보다 섬유를 조직 재생에 적절할 것으로 사료된다.

• 폴리머
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• 제31권1호
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• pp.14-19
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• 2007

탈미네랄화된 골분(demineralized bone particle, DBP)은 골/연골 형성의 강력한 유도인자로 사용된다. 본 연구에서는 용매 캐스팅/염 추출법을 이용해 함량별 DBP와 PLGA가 하이브리드화된 다공성 지지체를 실제 디스크 형태와 유사하게 제조하였다. 제조된 지지체의 특성을 분석하기 위하여 다공도, 표면 젖음성 및 물 흡수성을 측정하였다. 디스크 세포인 섬유륜 및 수핵 세포는 토끼로부터 분리하여 제조된 지지체에 각각 파종한 후, 지지체를 재조합하여 배양하였다. 지지체에 파종된 디스크 세포의 생존율과 증식률은 MTT(3-(4,5-dimethylthiazole-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium-bromide) 분석 방법을 이용하였고, 면역결핍 쥐의 피하에 삽입하여 이들의 디스크 조직 형성 정도를 확인하였다. 피하에 이식된 지지체를 적출하여 육안으로 관찰하고 모폴로지의 변화를 확인한 후, 조직을 파라핀으로 고정시켜 슬라이드를 제조하여 hematoxylin과 eosin 염색을 수행하였다. 천연/합성 하이브리드 담체로서의 DBP/PLGA 담체가 PLGA 단독으로 사용하였을 때와 비교하여 볼 때 디스크 조직의 형성이 우수하였으며, 특히 20, 40%의 DBP가 함유된 지지체가 세포의 성장과, 디스크 조직화에 유리함을 확인하였다.

• 폴리머
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• 제32권2호
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• pp.109-115
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• 2008

탈미네랄화된 골분(DBP)은 사이토카인과 같은 다양한 생리활성분자를 가지기 때문에 조직공학분야에서 널리 사용되는 생체재료이다. 본 연구에서는 DBP를 함유한 2차원적 DBP/PLGA 필름이 추간판디스크 세포의 부착, 증식 및 표현형유지에 미치는 영향에 대해 연구하였다. DBP 함량에 따른 DBP/PLGA 필름은 용매증발법으로 제조하였으며 제조된 PLGA 및 DBF/PLGA 필름은 시차주사현미경을 통해 표면을 분석하였다. PLCA 필름은 매끄러운 표면을 가지며, DBF의 함량이 증가할수록 DBP/PLGA 필름의 표면은 거침도가 증가하는 것을 확인하였다. 섬유륜(AF) 및 수핵(NP)세포를 PLGA 및 DBP/PLCA 필름 표면에 파종하여 배양한 후, 세포의 계수 및 SEM 관찰을 통하여 이들의 부착과 증식을 평가하였다. 세포 계수와 SEM 관찰 결과, DBP의 함량이 10 및 20%인 DBP/PLGA 필름에서 높은 초기부착도 및 증식률을 보였다. 세포 계수 결과를 바탕으로 RT-PCR을 통하여 DBF 10%와 20%의 DBP/PLGA 필름에서의 디스크 세포의 특이적 유전자 발현확인 결과, DBF의 함량이 20%인 DBP/PLCA 필름에서 세포의 표현형이 유지되며 지속적인 세포외기질이 발현될 것으로 예상되었다. 따라서 적절한 천연재료의 함량이 세포의 부착과 증식에 더욱 적합하며 이는 조직공학적 디스크 재생의 기초 자료로 사용될 것으로 사료된다.

• Journal of Korean Neurosurgical Society
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• 제44권5호
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• pp.327-333
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• 2008

Objective: The purpose of this study is to verify the usefulness of the rabbit model for disc degeneration study. Materials: The L1-L2, L2-L3, L3-L4. or L4-L5 lumbar intervertebral disc (IVD) of 9 mature male New Zealand White rabbits were injured by inserting a 16-gauge needle to a depth of 5 mm in the left anterolateral annulus fibrosus while leaving L5-L6 IVD uninjured. Three other rabbits also received intradiscal injections of rabbit disc cells transfected with adenovirus and bone morphogenetic protein-2 (ad-BMP-2) at L4-L5 in addition to injury by 16-gauge needle at the L1-L2 level. Using digitized radiographs, measurements of IVD height were made and analyzed by using the disc height index (DHI). Magnetic resonance imaging (MRI) scans of the injured discs, injected discs, and uninjured L5-L6 discs were performed at 15 weeks post surgery and compared with preoperative MRI scans. Results: All twelve rabbits showed consistent results of disc degeneration within 15 weeks following annular puncture. DHIs of injured discs were significantly lower than that of the uninjured L5-L6 discs (p<0.05). The mean value of disc degeneration grade of injured discs was significantly higher than that of uninjured discs (p<0.05). The injection of disc cell transfected with ad-BMP-2 did not induce disc regeneration at 15 weeks after injection. Conclusion: This study showed that the injured disc had a significant change in DHI on simple lateral radiograph and disc degeneration grade on MRI scans within 15 weeks in all rabbits. Rabbit annular puncture model can be useful as a disc degeneration model in vivo.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제28권4호
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• pp.512-519
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• 2007

The purpose of this study is to investigate the potential of a novel tissue engineering approach to regenerate intervertebral disc. In this study, thermosensitive scaffold (chitosan-Pluronic hydrogel) and nanofiber were used to replace the nucleus pulposus (NP) and annulus fibrosus of a degenerated intervertebral disc, leading to an eventual regeneration of the disc using the minimally invasive surgical procedure and organ culture. In preliminary study, disc cells were seeded into the scaffolds and cellular responses were assessed by MTT assay and scanning electron microscopy (SEM). Based on these results, we could know that tissue engineered scaffolds might provide favorable environments for the regeneration of tissues. Organ culture was performed in fresh porcine spinal motion segments with endplates on both sides. These spinal motion segments were classified into three groups: control (Intact), injured NP (Defect), and inserting tissue engineered scaffolds (Insert). The specimens were cultivated for 7 days, subsequently structural stability, cell proliferation and morphological changes were evaluated by the relaxation time, quantity of DNA, GAG and histological examination. In these results, inserting group showed higher relaxation time, reduced decrement of DNA contents, and accumulated GAG amount. Consequently, the tissue engineered scaffolds used in this study seen to be a promising base scaffolds for regenerative intervertebral disc due to its capacity to absorb external dynamic loading and the possible ideal environment provided for disc cell growing.