• Biomaterials and Biomechanics in Bioengineering
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• 제4권1호
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• pp.33-44
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• 2019

This paper presents a novel structural composition for artificial bone scaffolds with an appropriate biocompatibility and biodegradability capability. To achieve this aim, carbon nanotubes, due to their prominent mechanical properties, high biocompatibility with the body and its structural similarities with the natural bone structure are selected in component of the artificial bone structure. Also, according to the piezoelectric properties of natural bone tissue, the barium titanate, which is one of the biocompatible material with body and has piezoelectric property, is used to create self-healing ability. Furthermore, due to the fact that, most of the bone tissue is consists of hydroxyapatite, this material is also added to the artificial bone structure. Finally, polycaprolactone is used in synthetic bone composition as a proper substrate for bone growth and repair. To demonstrate, performance of the presented composition, the mechanical behaviour of the bone scaffold is simulated using ANSYS Workbench software and three dimensional finite element modelling. The obtained results are compared with mechanical behaviour of the natural bone and the previous bone scaffold compositions. The results indicated that, the modulus of elasticity, strength and toughness of the proposed composition of bone scaffold is very close to the natural bone behaviour with respect to the previous bone scaffold compositions and this composition can be employed as an appropriate replacement for bone implants.

• 한국CDE학회논문집
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• 제22권2호
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• pp.172-180
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• 2017

The fractal structures, which include Sierpinski and Pascal triangular fractals, have provided many mathematical interests. In this study, the hydrodynamic and mechanical properties of the triangular fractals were investigated, and their application to the design of various artificial bone scaffolds has been implemented via CAD modeling, computational analysis and mechanical testing. The study proved that the Sierpinski and Pascal triangular fractal structures could effectively be applied to bone scaffold design and manufacturing regarding permeability and mechanical stiffness.

• Journal of Chest Surgery
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• 제41권2호
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• pp.160-169
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• 2008

배경: 혈관질환의 수술에 사용되는 인공 도관의 막힘과 문합부위의 좁아짐 등을 개선하기 위한 방법으로 조직공학적인 방법과 자가 세포를 이용한 인공혈관의 제작이 대안으로 대두되고 있다. 저자들은, 생흡수성이 있는 고분자 폴리머 지지체와 자가 골수세포를 이용한 인공혈관으로 생체실험을 시행하였다. 대상 및 방법: 생분해성 고분자 재료인 poly (lactide-co-${\varepsilon}$-caprolactone) (PLCL)과 poly(glycolic acid) (PGA) fiber로 혈관용 지지체를 제작한 후, 피실험 동물의 골수를 채취하여 혈관 내피 세포와 평활근 세포로 분열시켜 배양한 후 혈관 지지체위에 이식하였다. 만들어진 인공 혈관을 잡견의 복부대동맥에 이식한 후 3주 후에 혈관 조영술을 시행하고, 안락사 후에 혈관을 제거하여 조직학적 검사를 시행하였다. 결과: 6마리의 잡견 중 2마리에서 수술 후 10일에 혈관 지지체의 균열에 의한 대량 출혈로 사망하였다. 나머지 4마리의 잡견은 수술 후 3주까지 생존하였으며, 혈관 조영술상 혈관의 막힘이나 좁아짐은 발견되지 않았다. 인공 혈관의 내면은 작은 혈전들이 붙어 있었으며, 조직학 검사에서 정상 혈관과 유사한 3층의 구조를 나타내었다. 또한 면역화학 검사에서 혈관 내피세포와 혈관 평활근 세포가 재생된 것을 확인하였다. 결론: 고분자 폴리머와 자가 골수세포를 이용한 인공혈관은 생체 내에서 정상혈관과 유사한 모양으로 재생이 가능함을 보여주었다. 그러나, 동맥압력에 견디기 위해 혈관 지지체의 물성에 대한 개량과 충분한 양의 혈관 세포를 얻기 위한 연구가 더 필요할 것으로 생각된다.

• Journal of Chest Surgery
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• 제37권3호
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• pp.220-227
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• 2004

관상동맥 질환과 말초혈관 질환의 증가에 따라 직경 6 mm 이하의 소구경 혈관의 필요성이 증가하고 있다. 저자들은 조직공학적 방법을 이용하여 소구경 인공혈관을 제작하여 생체 실험을 시행하였다. 동종 판막을 얻어 이를 탈세포화시킨 후 피실험동물의 골수를 채취하여 탈세포화시킨 혈관용 지지체(scaffold) 위에 이식하였다. 이와 같이 하여 제작된 인공 혈관을 잡견의 양측 경동맥에 이식한 후 혈관이 막히거나, 8주가 되었을 때 이를 제거하여 조직학적 검사를 시행하였다. 자가 세포를 이식하지 않고 지지체만을 이식하였던 대조군 4마리 중 3마리의 혈관은 2주 이내에 모두 막힌 것을 확인하였고 나머지 한 마리의 혈관은 혈관류(aneurysm)가 발생하였다. 그러나 자가 세포를 이식한 실험군 4마리 중 2마리는 각각 4주와 6주까지 혈관의 개통성을 유지하였고, 나머지 2마리는 8주까지 혈관의 개통성을 유지하였다. 조직학적 검사 결과, 8주까지 개통성을 유지하였던 혈관은 정상의 혈관과 거의 유사한 조직학적 구조를 나타내었다. 자가 세포와 탈세포화된 지지체를 이용하여 제작한 인공혈관은 조직학적 검사 결과 정상과 유사한 구조로 재생이 가능함을 보여주었다.

• Macromolecular Research
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• 제16권4호
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• pp.345-352
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• 2008

Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) tubes (5 mm in diameter) were fabricated using an electro spinning method and used as a scaffold for artificial blood vessels through the hybridization of smooth muscle cells (SMCs) and endothelial cells (ECs) differentiated from canine bone marrow under previously reported conditions. The potential clinical applications of these artificial blood vessels were investigated using a canine model. From the results, the tubular-type PLGA scaffolds for artificial blood vessels showed good mechanical strength, and the dual-layered blood vessels showed acceptable hybridization behavior with ECs and SMCs. The artificial blood vessels were implanted and substituted for an artery in an adult dog over a 3-week period. The hybridized blood vessels showed neointimal formation with good patency. However, the control vessel (unhybridized vessel) was occluded during the early stages of implantation. These results suggest a shortcut for the development of small diameter, tubular-type, nanofiber blood vessels using a biodegradable material (PLGA).

• 한국방사선학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.799-805
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• 2022

뼈 조직을 포함한 인체조직의 방사선 치료는 정상적인 조직 재생에 부작용을 수반한다. 왜냐하면, 방사선 조사는 조직을 구성하는 기저세포를 포함한 재생에 필수역할을 하는 줄기세포에 치명적인 파괴 작용을 수반하기 때문이다. 이번 연구는 마우스의 두정부상에 인위적인 방사성뼈괴사 모델을 구현한 후 뼈 재생에 관하여 실험하였다. 뼈 재생 실험 재료는 마우스 두정부위 방사선 뼈 괴사를 극복하기 위해 생체재료로 널리 사용 중인 피브린 지지체 그리고 손상된 장기치료제로 사용 중인 SDF-1(Stromal cell-Derived Factor-1)을 혼합하여 마우스 두정 부위의 방사선 뼈 괴사 부위의 뼈 재생 효과를 검증하고자 하였다. 피브린 지지체를 SDF-1(1 ㎍/ml)의 농도는 뼈 조직의 상승효과를 기대하기 위해 제작하였다. 실험은 마우스 두정 부위에 방사선 뼈 괴사 모델을 만든 후 피브린지지체와 혼합된 SDF-1을 편입하여 뼈 재생 초기 단계인 4주내의 재생효과를 분석하였다. 결론적으로 피브린지지체와 SDF-1의 혼합사용은 방사성 뼈 괴사한 부위의 뼈 재생 효과 가능성이 있는 후보물질이라 사료된다.

• 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.

• 폴리머
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• 제38권2호
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• pp.156-163
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• 2014

하이드록시아파타이트는 골 전도가 우수하고 생체 적합성이 우수하며 염증 반응을 일으키지 않아 임상에서 골이식재로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 하이드록시아파타이트를 함유한 poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) 지지체를 제조하였으며 생체 내/외의 실험을 통하여 골 이식재로서의 응용가능성을 평가하였다. 하이드록시아파타이트/PLGA 지지체는 0, 10, 20, 40 및 60 wt%의 함량으로 제조하였다. 기계적 특성을 알아보기 위하여 압축강도, SEM, FTIR을 측정하였으며 MTT, RT-PCR, FACS, 조직학적 염색(H&E, ED-1)을 실시하였다. 그 결과 하이드록시아파타이트를 함유한 PLGA 지지체에서 염증 반응이 감소하는 것을 확인할 수 있었으며 골 이식재로서의 가능성을 보여주었다.

• KSBB Journal
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• 제30권6호
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• pp.268-274
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• 2015

3D printing technology has been used in various fields such as materials science, manufacturing, education, and medical field. A number of research are underway to improve the 3D printing technology. Recently, the use of 3D printing technology for fabricating an artificial tissue, organ and bone through the laminating of cell and biocompatible material has been introduced and this could make the conformity with the desired shape or pattern for producing human entire organs for transplantation. This special printing technique is known as "3D Bio-Printing", which has potential in biomedical application including patient-customized organ out-put. In this paper, we describe the current 3D bio-printing technology, and bio-materials used in it and present it's practical applications.