Porous hydroxyapatite (HAp) scaffolds have been prepared by using the slurry including HAp and magnesia based on the replication of polymer sponge substrate. The influence of MgO content in slurry on the pore morphology and size, density, porosity, and mechanical strength of porous HAp scaffolds was investigated. The obtained scaffolds with average pore sizes ranging 150 to 300 mm had open, relatively uniform, and interconnected porous structure regardless of MgO content. As the MgO content increased, the pore network frame of scaffolds became to be relatively stronger, even though the pore size was not much changed. The compressive strength of the scaffolds increased rapidly with the increase of MgO content because of increasing the pore wall thickness and density of the scaffolds. As a result, the porosity, density, and compressive strength of the porous HAp scaffolds prepared by the sponge method were significantly affected by the addition of MgO.
본 연구에서는 신경세포인 슈반세포(SC)의 증식에 가장 적합한 생체재료를 연구하였다. 락타이드 글리콜라이드 공중합체(PLGA)에 탈미네랄 골분(demineralized bone particle, DBP), 소장점막하조직(small intestine submucosa, SIS), 그리고 실크를 각각 20% 첨가하여, 용매 증발법으로 각각의 필름을 제조하고, SC세포의 부착과 증식을 확인하기 위해 MTT, SEM 그리고 RT-PCR 분석을 실시하였다. 또한 필름의 친수성을 확인하기 위해 접촉각을 측정하였다. 분석 결과, PLGA/DBP 20% 필름에서 높은 친수성을 보였으며, SC의 부착과 증식률이 다른 군에 비해 크게 증가한 것을 확인할 수 있었다. 따라서 PLGA/DBP 필름은 중추신경재생 재료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
The technology of rapid prototyping (RP) is used for design verification, function test and fabrication of prototype. The current issues in RP are improvement in accuracy and application of various materials. In this paper, a hybrid rapid prototyping system is introduced which can fabricate nano composites using various materials. This hybrid system adopts RP and machining process, so material deposition and removal is performed at the same time in a single station. As examples, micro gears and a composite scaffold were fabricated using photo cured polymer with nano powders such as carbon black and hydroxyapatite. From the micro gear samples the hybrid RP technology showed higher precision than those made by casting or deposition process.
Recombinant human bone morphogenic protein-2 (rhBMP-2), which is known as one of the major local stimuli for osteogenic differentiation, was immobilized on the surface of hyaluronic acid (HA)-modified poly$(\varepsilon-caprolactone)$ (PCL) (HA-PCL) scaffolds to improve the attachment, proliferation, and differentiation of human bone marrow stem cells (hBMSCs) for bone tissue engineering. The rhBMP-2 proteins were directly immobilized onto the HA-modified PCL scaffolds by the chemical grafting the amine groups of proteins to carboxylic acid groups of HA. The amount of covalently bounded rhBMP-2 was measured to 1.6 pg/mg (rhBMP/HA-PCL scaffold) by using a sandwich enzyme-linked immunosorbant assay. The rhBMP-2 immobilized HA-modified-PCL scaffold exhibited the good colonization, by the newly differentiated osteoblasts, with a statistically significant increase of the rhBMP-2 release and alkaline phosphatase activity as compared with the control groups both PCL and HA-PCL scaffolds. We also found enhanced mineralization and elevated osteocalcin detection for the rhBMP-2 immobilized HA-PCL scaffolds, in vitro.
인산칼슘 재료는 하이드록시 아파타이트(Hydroxyapatite)와 트리칼슘 포스페이트(Tricalcium-phosphate)를 포함하고 있으며, 인체 골 조직의 무기성분으로 세포 독성이 없고 생체 적합한 성질을 가지고 골 전도성이 있다. 또한 두 재료가 혼합되어 있는 이상 인산칼슘(Biphasic calcium phosphate) 재료는 골 유도성이 있다고 알려져 있다. 이러한 골 조직 재생에 많은 장점을 가지고 있는 인산칼슘 재료는 파우더 타입으로, 3 차원 자유형상의 인공지지체를 제작하는 데 어려움이 있어 고분자 재료에 첨가하여 사용되었다. 본 연구에서는 자유형상 제작 기술을 이용하여 원하는 내/외부 형상을 가지는 3 차원 인산칼슘 인공지지체를 제작하고, 골 조직 재생용 인공지지체로의 사용이 적합한지를 확인하기 위해 MC3T3-E1 를 이용한 세포 증식, 골 조직 분화 실험을 수행하였다.
Park, Kyung-Min;Joung, Yoon-Ki;Park, Ki-Dong;Lee, Sang-Young;Lee, Myung-Chul
Macromolecular Research
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제16권6호
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pp.517-523
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2008
A RGD (Arg-Gly-Asp) conjugated chitosan hydrogel was used as a cell-supporting scaffold for articular cartilage regeneration. Thermosensitive chitosan-Pluronic (CP) has potential biomedical applications on account of its biocompatibility and injectability. A RGD-conjugated CP (RGD-CP) copolymer was prepared by coupling the carboxyl group in the peptide with the residual amine group in the CP copolymer. The chemical structure of RGD-CP was characterized by $^1H$ NMR and FT IR. The concentration of conjugated RGD was quantified by amino acid analysis (AAA) and rheology of the RGD-CP hydrogel was investigated. The amount of bound RGD was $0.135{\mu}g$ per 1 mg of CP copolymer. The viscoelastic parameters of RGD-CP hydrogel showed thermo-sensitivity and suitable mechanical strength at body temperature for cell scaffolds (a> 100 kPa storage modulus). The viability of the bovine chondrocyte and the amount of synthesized glycosaminoglycans (GAGs) on the RGD-CP hydrogels were evaluated together with the alginate hydrogels as a control over a 14 day period. Both results showed that the RGD-CP hydrogel was superior to the alginate hydrogel. These results show that conjugating RGD to CP hydro gels improves cell viability and proliferation, including extra cellular matrix (ECM) expression. Therefore, RGD conjugated CP hydrogels are quite suitable for a chondrocyte culture and have potential applications to the tissue engineering of articular cartilage tissue.
폴리우레탄(PU) 폼과 같은 가연성 고분자 건축자재의 화재 안전성을 개선하기 위한 새로운 접근의 나노코팅 기술이 개발되었다. 산화 그래핀 (Graphene oxide, GO)과 같은 2차원 소재는 용액상에서 자기 정렬 및 점탄성적 특성을 보이는 액정성(Liquid Crystalline properties, LC)을 나타내며, 이를 이용하면 특정 농도 범위에서 3차원의 다공성 폼을 포함한 다양한 표면에 균일한 코팅이 가능하다. 또한, GO의 액정성을 이용하여 기능성 복합소재의 나노코팅을 위한 골격 구조체(Scaffold)를 형성할 수 있으며, 여기에 도파민(Dopamine)과 같은 무독성의 항산화성 저분자를 도입 후 폴리도파민(polydopamine, PDA)로의 중합을 유도하여 고난연성의 폴리도파민/산화그래핀 (PDA/GO) 나노복합체 코팅층을 형성할 수 있다. 또한 최종적으로 형성된 PDA/GO 코팅은 GO의 2차원 판상구조로 인하여 균일하게 적층된 나노시트 구조로 안정화되며, 이러한 구조적 특성으로 인하여 가스상의 유해 연소생성물의 발생과 확산을 효과적으로 저감할 수 있는 가스 차폐 효과도 유도할 수 있다. 이러한 2차원 소재의 액정성을 활용한 난연성 나노복합소재 코팅 기술은 다양한 유형의 고분자 건축 자재의 화재 안전성을 효과적으로 개선할 수 있는 친환경적이고 새로운 기술적 접근방식이 될 수 있다.
Nano-hydroxyapatite (N-HAp)has shown the pivotal role in producing bone-regenerative materials since it has similarity to natural bone minerals in terms of size, morphology, and the composition. Currently, the combination of biopolymers and N-HAp is recognizedas an attractive approach in generating hybrid scaffolds for bone tissueengineering. Surface engineering is an important issue since it determines whether cells can effectively adhere and proliferate on porous scaffolds. We aim to develop a synthetic approach to porous 3D scaffolds by immobilizing N-HAp on pore surfaces. The discrete nano-level anchoring of N-HAp on the scaffold pore surface is achieved using surface-repellent stable colloidal N-HAp with surface phosphate functionality. This rational surface engineering enables surface-anchored N-HAp to express its overall intrinsic bioactivity,since N-HAp is not phase-mixed with the polymers. The porous polymer scaffolds with surface-immobilized N-HAp provide more favorable environments thanconventional bulk phase-mixed polymer/N-HAp scaffolds in terms of cellular interaction and growth. In vitro biological evaluation using alkalinephosphatase activity assay supports that immobilized N-HAp on pore surfaces of polymer scaffolds contributed to the more enhanced in vitro osteogenicpotential. Besides, the scaffolds with surface-exposed N-HAp provide favorable environments for enhanced in vivo bone tissue growth, estimated by characteristic biomarkers of bone formation such as collagen. The results suggest that newly developed hybrid scaffolds with surface-immobilized N-HApmay serve as a useful 3D substrate with pore surfaces featuring excellent bonetissue-regenerative properties. Acknowledgement. This research was supported by a grant (code #: 2009K000430) from 'Center for Nanostructured Materials Technology' under '21st Century Frontier R&D Programs' of the Ministry of Education, Science and Technology, Korea.
Khang, Gilson;Rhee, John M.;Shin, Philkyung;Kim, In Young;Lee, Bong;Lee, Sang Jin;Lee, Young Moo;Lee, Hai Bang;Lee, Ilwoo
Macromolecular Research
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제10권3호
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pp.158-167
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2002
In order to endow with new bioactive functionality from small intestine submucosa (SIS) powder as natural source to poly (L-lactide) (PLA) and poly (lactide-co-glycolide) (PLGA) synthetic biodegradable polymer, porous SIS/PLA and SIS/PLGA as natural/synthetic composite scaffolds were prepared by means of the solvent casting/salt leaching methods for the possibility of the application of tissue engineered bone and cartilage. A uniform distribution of good interconnected pores from the surface to core region was observed the pore size of 40~500 ${\mu}{\textrm}{m}$ independent with SIS amount using the solvent casting/salt leaching method. Porosities, specific pore areas as well as pore size distribution also were almost same. After the fabrication of SIS/PLA hybrid scaffolds, the wetting properties was greatly enhanced resulting in more uniform cell seeding and distribution. Five groups as PGA non-woven mesh without glutaraldehyde (GA) treatment, PLA scaffold without or with GA treatment, and SIS/PLA (Code No.3 ; 1 : 12 of salt content, (0.4 : 1 of SIS content, and 144 ${\mu}{\textrm}{m}$ of median pore size) without or with GA treatment were implanted into the back of nude mouse to observe the effect of SIS on the induction of cells proliferation by hematoxylin and eosin, and von Kossa staining for 8 weeks. It was observed that the effect of SIS/PLA scaffolds with GA treatment on bone induction are stronger than PLA scaffolds, that is to say, in the order of PLA/SIS scaffolds with GA treatment > PLA/SIS scaffolds without GA treatment > PGA nonwoven > PLA scaffolds only with GA treatment = PLA scaffolds only without GA treatment for the osteoinduction activity. The possible explanations are (1) many kinds of secreted, circulating, and extracellular matrix-bound growth factors from SIS to significantly affect critical processes of tissue development and differentiation, (2) the exposure of SIS to GA resulted in significantly calcification, and (3) peri-implant fibrosis due to covalent bonding between collagen molecule by crosslinking reaction. In conclusion, it seems that SIS plays an important role for bone induction in SIS/PLA scaffolds for the application of tissue engineering area.
High-density micromass culture was needed to take three dimensions culture with ASCs(adipose derived stromal cells) and chondrogenesis. However, the synthetic polymer has hydrophobic character and low affinity to cells and other biomolecules. Therefore, the surface modification without changes of physical and chemical properties is necessary for more suitable condition to cells and biomolecules. This study was performed to investigate the effect of surface modification of poly (lactic-co-glycolic acid)(PLGA) scaffold by plasma treatment (P(+)) on the adhesion, proliferation and chondrogenesis of ASCs, and not plasma treatment (P(-)). ASCs were isolated from human subcutaneous adipose tissue obtained by lipectomy and liposuction. At 1 hour 30 minutes and 3days after cell seeding onto the P(-) group and the P(+) group, total DNA amount of attached and proliferated ASCs markedly increased in the P(+) group (p < 0.05). The changes of the actin under confocal microscope were done for evaluation of cellular affinity, at 1 hour 30 minutes, the shape of the cells was spherical form in all group. At 3rd day, the shape of the cells was fiber network form and finely arranged in P(+) group rather than in P(-) group. RT-PCR analysis of cartilage-specific type II collagen and link protein were expressed in 1, 2 weeks of induction. Amount of Glycoaminoglycan (GAG) markedly increased in P(+) group(p < 0.05). In a week, extracellular matrix was not observed in the Alcian blue and Safranin O staining. However in 2 weeks, it was observed that sulfated proteoglycan increased in P(+) group rather than in P(-) group. In conclusion, we recognized that plasma treatment of PLGA scaffold could increase the hydrophilic property of cells, and provide suitable environment for high-density micromass culture to chondrogenesis
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[게시일 2004년 10월 1일]
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