Kim Soon Hee;Yun Sun Jung;Jang Ji Wook;Kim Moon Suk;Khang Gilson;Lee Hai Bang
Polymer(Korea)
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v.30
no.1
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pp.14-21
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2006
Tissue engineering techniques require the use of a porous biodegradable/bioresorbable scaffold, which server as a three-dimensional template for initial cell attachment and subsequent tissue formation in both in vitro and in vivo. Small intestinal submucosa (SIS) has been investigated as a source of collagenous tissue with the potential to be used as biomaterials because of its inherent strength and biocompatibility. SIS-loaded poly(L-lactide-co-glicolide)(PLGA) scaffolds were prepared by solvent casting/particle leaching. Characterizations of SIS/PLGA scaffold were carried out by SEM, mercury porosimeter, and so on. Muscle-derived stem cells can be differentiated in culture into osteoblasts, chondrocytes, and even myoblasts by the controlling the culture environment. Cellular viability and proliferation were assayed by 3-(4,5-dimethylthiazole-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium-bromide(MTT) test. Osteogenic differential cells were analyzed by alkaline phosphatase(ALP) activity. SIS/PLGA scaffolds were implanted into the back of athymic nude mouse to observe the effect of SIS on the osteoinduction compared with controlled PLGA scaffolds. Thin sections were cut from paraffin embedded tissues and histological sections were conducted hematoxylin and eosin (H&E), Trichrome, and von Kossa. We observed that bone formatioin of SIS/PLGA hybrid scaffold as natural/synthetic scaffold was better thean that of only PLGA scaffold. It canb be explained that SIS contains various kinds of bioactive molecules for osteoinduction.
Polymer hydrogel has attracted considerable interest as a soft material which is finding expanding applications in pharmaceutics and various biomedical fields. In this work, modified PNVP hydrogels were synthesized by crosslinking polymerization of NVP monomer in the presence of PEG macromer with a methoxy end. The effect of the tethered PEG chain on the properties of the hydrogel was investigated in terms of its swelling capacity, compression gel strength, and the morphology of the resulting hydrogels. These PEG-modified PNVP hydrogels possessed good biocompatibility and a decreased protein (fibrinogen) adsorption, thereby indicating their potential as novel drug delivery matrices and scaffold for tissue engineering.
The electrospinning process was established as a promising method to fabricate nano and micro-textured scaffolds for tissue engineering applications. A BCP-loaded PCL micro-textured scaffold thus can be a viable option. The biocompatibility as well as the mechanical properties of such scaffold materials should be optimized for this purpose. In this study, a composite scaffold of poly ($\varepsilon$-caprolactone) (PCL)-biphase calcium phosphate (BCP) was successfully fabricated by electrospinning. EDS and XRD data show successful loading of BCP nano particles in the PCL fibers. Morphological characterization of fibers shows that with a higher loaded BCP content the fiber surface was rougher and the diameter was approximately 1 to 7 ${\mu}m$. Tensile modulus and ultimate tensile stress reached their highest values in the PCL- 10 wt% BCP composite. When content of nano ceramic particles was low, they were dispersed in the fibers as reinforcements for the polymer matrix. However, at a high content of ceramic particles, the particles tend to agglomerate and lead to decreasing tensile modulus and ultimate stress of the PCL-BCP composite mats. Therefore, the use of nano BCP content for distribution in fiber polymer using BCP for reinforcement is limited. Tensile strain decreased with increasing content of BCP loading. From in vitro study using MG-63 osteoblast cells and L-929 fibroblast like cells, it was confirmed that electrospun PCL-BCP composite mats were biocompatible and that spreading behavior was good. As BCP content increased, the area of cell spreading on the surface of the mats also increased. Cells showed the best adherence on the surface of composite mats at 50 wt% BCP for both L-929 fibroblast-like cells and MG-63 osteoblast cell. PCL- BCP composites are a promising material for application in bone scaffolds.
PLLA scaffold loaded with gentamicin sulfate (GS) was prepared by emulsion freeze-drying method for the prevention of infection and the improvement of wettability. i.e., the cell- and tissue-compatibility. GS-loaded PLLA scaffolds were characterized by scanning electron microscopy (SEM), mercury porosimetry and blue dye intrusion, and the GS release pattern was analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC). GS-loaded PLLA scaffolds with porosity above 50%, medium pore size ranging from 30 to 57 ${\mu}{\textrm}{m}$ (with larger pore diameters greater than 150 ${\mu}{\textrm}{m}$), and specific pore area in the range of 35 to 75($m^2$ /g )were manufactured by varying processing parameter as GS concentration. It was observed that GS-loaded PLLA scaffolds were highly porous with good interconnections between pores for allowing cell adhesion and growth. These scaffolds may be applicable for scaffold as structures that facilitate either tissue regeneration or repair during reconstructive operations.
Kim, Geun-Hyung;Yoon, Hyeon;Lee, Haeng-Nam;Park, Gil-Moon
Polymer(Korea)
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v.32
no.5
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pp.458-464
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2008
A successful scaffold should have a highly porous structure and good mechanical stability. High porosity and appropriate pore size provide structural matrix for initial cell attachment and proliferation enabling the exchange of nutrients between the scaffold and environment. In this paper the highly porous scaffold of poly(${\varepsilon}$-caprolactone) electrospun nanofibers could be manufactured with an auxiliary electrode and chemical blowing agent (BA) under several processing conditions, such as the concentration of PCL solution, weight percent of a chemical blowing agent, and decomposition time of a chemical blowing agent. To attain stable electrospinnability and blown nanofiber mats having high microporosity and large pore, a processing condition, 8wt% of PCL solution and 0.5wt% of a chemical blowing agent under $100^{\circ}C$ and decomposition time of $2{\sim}3\;s$, was used. The growth characteristic of human dermal fibroblasts cells cultured in the mats showed the good adhesion and proliferation on the blown mat compared to a normal electrospun mat.
Bakcground: To treat anastomosis site stenosis and occlusion of the artificial vessels used in vascular surgery, tissue-engineered artificial vessels using autologous cells have been constructed. We developed artificial vessels using a polymer scaffold and autologous bone marrow cells and performed an in vivo evaluation. Material and Method: We manufactured a vascular scaffold using biodegradable PLCL (poly lactide-co-${\varepsilon}$-caprolactone) and PGA (poly glycolic acid) fibers. Then we seeded autologous bone marrow cells onto the scaffold. After implantation of the artificial vessel into the abdominal aorta, we performed an angiography 3 weeks after surgery. After the dogs were euthanized we retrieved the artificial vessels and performed histological analysis. Result: Among the six dogs, 2 dogs died of massive bleeding due to a crack in the vascular scaffold 10 days after the operation. The remaining four dogs lived for 3 weeks after the operation. In these dogs. the angiography revealed no stenosis or occlusion at 3 weeks after the operation. Gross examination revealed small thrombi on the inner surface of the vessels and the histological analysis showed three layers of vessel structure similar to the native vessel. Immunohistochemical analysis demonstrated regeneration of the endothelial and smooth muscle cell layers. Conclusion: A tissue engineered vascular graft was manufactured using a polymer scaffold and autologous bone marrow cells that had a structure similar to that of the native artery. Further research is needed to determine how to accommodate the aortic pressure.
Tissue engineering and regenerative medicine strategies could offer new hope for patients with serious tissue injuries or end-stage organ failure. Scientists are now applying the principles of cell transplantation, material science, and engineering to create biological substitutes that can restore and maintain normal function in diseased or injured tissues/organs. Specifically, creation of engineered tissue construct requires a polymeric biomaterial scaffold that serves as a cell carrier, which would provide structural support until native tissue forms in vivo. Even though the requirements for scaffolds may be different depending on the target applications, a general function of scaffolds that need to be fulfilled is biodegradability, biological and mechanical properties, and temporal structural integrity. The scaffold's internal architecture should also enhance the permeability of nutrients and neovascularization. In addition, the stem cell field is advancing, and new discoveries in tissue engineering and regenerative medicine will lead to new therapeutic strategies. Although use of stem cells is still in the research phase, some therapies arising from tissue engineering endeavors that make use of autologous adult cells have already entered the clinic. This review discusses these tissue engineering and regenerative medicine strategies for various tissues and organs.
Regular and highly interconnected macroporous poly(L-lactic acid) (PLLA) scaffolds with pore size of 10∼300 ㎛ were fabricated through thermally induced phase separation of a PLLA-dioxane-water ternary system in the presence of a small amount of Pluronics. Addition of Pluronics to the ternary system raised the cloud-point temperature curve in the order of P-123< F-68< F-127. The Pluronics act as nuclei for the phase separation. This assistance is enhanced with increasing length of the hydrophilic PEO blocks in the Pluronics molecules. Liquid-liquid spinodal phase separation was induced at higher temperatures in the systems containing Pluronics because the spinodal region is raised to higher temperature. The absorption of Pluronics onto the interface stabilizes a macro scale structure and increases the interconnection of pores.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.10a
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pp.231-235
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2005
Most tissue engineering strategies for creating functional replacement tissues or organs rely on the application of temporary three-dimensional scaffolds to guide the proliferation and spread of seeded cells in vitro and in vivo. Scaffolds should be satisfied following requirements; macrostructure to promote cell proliferation, pore interconnectivity, pore size ranging from 200 to $400{\mu}m$, surface chemistry and mechanical properties. Rapid prototyping techniques have often been used as an useful process that fabricates scaffolds with complex structures. In this study, a new process to fabricate a three-dimensional scaffolds using bio-compatible polymer has been developed. It employs a highly accurate three-dimensional positioning system with pressure-controlled syringe to deposit biopolymer structures. The pressure-activated microsyringe is equipped with fine-bore nozzles of various inner-diameters. In order to examine relationships between line width and process parameters such as nozzle height, applied pressure, and speed of needle, experiments were carried out. Based on the experimental results, three-dimensional scaffold was fabricated using the apparatus. It shows the validity of the proposed process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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