KR20200060037A - Polymer film used for adhering bioprostheses and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
생체인공삽입물 접착용 고분자 필름 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명은 생체인공삽입물 시술 시 생체 내의 삽입 부위의 세포의 접착성 및 퍼짐성을 증대시키고, 생체적합성을 증대시키도록 세포와 접착하는 고분자 필름의 제1 표면에 형성된 세포의 거동에 따라 세포와의 접착성을 조절하는 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체를 포함함으로써, 생체인공삽입물이 생체 내 삽입 부위의 세포와 안정한 상태를 유도하여 체내 이식 시술의 성공률을 높일 수 있다.Disclosed is a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert and a method for manufacturing the same. The present invention increases the adhesiveness and spreadability of cells at the insertion site in a living body during the procedure for inserting a bio-artificial insert, and adhesion to cells according to the behavior of cells formed on the first surface of the polymer film that adheres to the cells to increase biocompatibility. By including a nano-structure having a nano-pattern of a predetermined shape to control sex, the artificial prosthesis can induce a stable state with cells at the insertion site in vivo, thereby increasing the success rate of the implantation procedure in the body.
Description
본 발명은 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 생체인공삽입물을 생체 내에 삽입시킨 후 삽입 부위에서 세포가 정상적인 세포 활동을 할 수 있도록 세포를 초기에 생체인공삽입물과 접착시켜 성장시키는 고분자 필름 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer film for adhesion to a bio-artificial insert and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a polymer film and a method for manufacturing a cell that is initially grown by adhering a cell with a bio-artificial insert so that cells can perform normal cell activity at the insertion site after the bio-insert is inserted into the body.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시 예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information for the present embodiment, and do not constitute a prior art.
최근 인구의 고령화로 인하여 사고 및 노화로 인한 임플란트 시술뿐만 아니라 건강을 위한 치아 시술이 증가하고 있으며, 페이스메이커와 같은 생체 삽입형 기기의 착용을 위한 시술도 급속히 증가하고 있다.Recently, due to the aging of the population, dental procedures for health as well as implant procedures due to accidents and aging are increasing, and procedures for wearing bio-insertable devices such as pacemakers are also rapidly increasing.
이러한 시술이 실패하는 경우 시술 부위가 아물지 않아 생체 내에 삽입된 생체 인공삽입물이 밖으로 노출될 수 있으며, 이에 따라 피시험자는 감염의 위험이 있으며, 다시 재수술을 하게 되는 경우 이미 시술에 실패하였으므로 재수술의 실패율은 더욱 높아지게 되는 문제점이 있다.If such a procedure fails, the treatment site does not heal, and a bio-artificial implant inserted in the living body may be exposed to the outside. Accordingly, the subject is at risk of infection, and if the procedure is performed again, the failure rate of the reoperation has already failed. There is a problem that becomes higher.
종래의 코팅, 식각 등과 같은 생체인공삽입물의 표면을 처리하는 방법은 특정한 구조를 만들어서 적용하기에는 어려운 문제점이 있으며, 또한 생체인공삽입물의 표면에 기능성을 줄 수 있는 범위가 한정적인 문제점이 있다.Conventional methods of treating the surface of a bio-artificial insert, such as coating and etching, have a problem in that it is difficult to apply a specific structure, and there is also a limited range in which functionality can be provided to the surface of the bio-artificial insert.
본 발명은 생체인공삽입물을 생체 내에 이식하는 경우 시술의 실패를 방지하고 생체인공삽입물 표면에 생체적합성 향상과 같은 기능성을 부여하는 고분자 필름에 세포의 국소접착(focal adhesion, FA)을 통한 세포의 부착 및 퍼짐성을 조절할 수 있는 나노 구조체를 형성하여 세포 내 골격의 배치 그리고 세포 내 신호 전달 체계에 영향을 미치는 세포의 부착 및 퍼짐을 조절함으로써, 시술 초기에 세포의 접착을 유도하고 안정적인 세포 재생을 위해 세포의 퍼짐성을 조절할 수 있는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름 및 그 제조방법을 제공함에 있다.The present invention prevents the failure of the procedure when a bio-artificial implant is implanted in vivo, and attaches cells through focal adhesion (FA) of cells to a polymer film that provides functionality such as improving biocompatibility on the surface of the bio-insert. And by forming a nano-structure that can control the spreadability of cells by controlling the placement and spread of cells affecting the intracellular signal transduction system, by inducing adhesion of cells at the beginning of the procedure and cells for stable cell regeneration It is to provide a polymer film and a method for manufacturing a bio-artificial insert adhesion that can control the spreadability of.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체에 삽입되는 생체인공삽입물과 부착하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름은 상기 생체인공삽입물이 상기 생체 내의 삽입 부위에 위치하는 세포와 접착하도록 상기 세포의 거동에 따라 상기 세포와의 접착성을 조절하는 상기 세포와 접착하는 제1 표면에 형성된 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the polymer film for adhesion of a bio-artificial insert to be attached to a bio-artificial insert inserted in a living body according to an embodiment of the present invention is such that the bio-artificial insert adheres to cells located at an insertion site in the body. It may include a nano-structure having a predetermined pattern of nano-patterns formed on the first surface that adheres to the cells that control the adhesion to the cells according to the behavior of the cells.
바람직하게, 상기 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체의 크기 또는 상기 나노 패턴에 따른 상기 나노 구조체 간 간격은 상기 세포가 상기 나노 구조체에 접착하면서 상기 나노 구조체들 간의 사이의 공간을 메우도록 상기 세포의 내 외부를 연결하고 상기 세포의 외부로부터의 신호를 상기 세포의 내부로 전달하며 상기 세포의 접착을 유지하는 국소접착(Focal Adhesion, FA)의 크기를 조절하여 상기 세포가 상기 나노 구조체에 접착하면서 퍼지는 정도인 세포 퍼짐성(Cell Spreading)을 직접적으로 제어하도록 조절될 수 있다.Preferably, the size of the nano-structure having the nano-pattern of the predetermined shape or the gap between the nano-structures according to the nano-pattern while the cells adhere to the nano-structure while filling the space between the nano-structures It connects the inside and outside of the cell, transmits a signal from the outside of the cell to the inside of the cell, and controls the size of a focal adhesion (FA) that maintains the adhesion of the cell, while the cell adheres to the nanostructure It can be controlled to directly control cell spreading, which is the degree of spreading.
바람직하게, 상기 세포의 형태에 따라 상기 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체는 홈 어레이(groove array), 릿지 어레이(ridge array), 홀 어레이(hole array), 기둥 어레이(pillar array) 및 직교형의 메쉬(mesh) 형태 중에서 선택된 어느 하나의 형태일 수 있다.Preferably, the nano-structure having the nano-pattern of the predetermined shape according to the shape of the cell is a groove array (groove array), ridge array (ridge array), hole array (hole array), pillar array (pillar array) and orthogonal It may be any one selected from the type of mesh (mesh) type.
바람직하게, 상기 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체의 크기 또는 상기 나노 패턴에 따른 상기 나노 구조체간 간격은 상기 국소접착의 크기로부터 상기 세포 퍼짐성을 제어하도록 상기 세포의 평균 면적과 상기 국소접착(FA)의 평균 면적이 반비례하는 관계를 고려하여 조절될 수 있다.Preferably, the size of the nano-structure having the nano-pattern of the predetermined shape or the spacing between the nano-structures according to the nano-pattern is the average area of the cells and the local adhesion (to control the cell spreadability from the size of the local adhesion ( The average area of FA) can be adjusted in consideration of the inverse relationship.
바람직하게, 상기 생체인공삽입물의 표면 에너지와의 차이를 조절하여 상기 생체인공삽입물의 표면과 부착하도록 상기 나노 구조체가 형성된 제1 표면 외에 상기 생체인공삽입물과 부착하려는 제2 표면에 고분자 단량체가 성장된 고분자 사슬이 형성될 수 있다.Preferably, a polymer monomer is grown on the second surface to be attached to the bio-artificial insert in addition to the first surface on which the nanostructure is formed to adjust the difference from the surface energy of the bio-artificial insert to adhere to the surface of the bio-artificial insert. Polymer chains can be formed.
바람직하게, 상기 고분자 단량체는 락티드(lactide), 락틱산(lactic acid), 글리코라이드(glycolide), 글리콜산(glycolic acid), 카프로락톤(caprolactone), 카프로락틱산(caprolactic acid), 트리메틸렌(trimethylene) 및 카보네이트(carbonate)로 구성된 군에서 선택될 수 있다.Preferably, the polymer monomer is lactide (lactide), lactic acid (lactic acid), glycolide (glycolide), glycolic acid (glycolic acid), caprolactone (caprolactone), caprolactic acid (caprolactic acid), trimethylene ( trimethylene) and carbonate.
바람직하게, 상기 고분자 사슬은 상기 생체인공삽입물을 삽입하려는 피시험자로부터 추출된 염기 서열에 따라 상보적으로 결합하는 생체 고분자인 DNA 또는 RNA일 수 있다.Preferably, the polymer chain may be DNA or RNA, which is a biopolymer that complementarily binds according to a base sequence extracted from a subject to insert the bio-insert.
바람직하게, 상기 나노 구조체가 상기 생체 내의 삽입 부위에 위치하는 상기 세포와 접착한 이후 상기 생체 내에서 상기 고분자 필름이 생분해되도록 필폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 폴리-L-락트산(poly(L-lactic acid)), 폴리락트산-글리콜산 (polylactic-co-glycolic acid, PLGA), 폴리글리콜산(polyglycolic acid, PGA), 폴리락타이드(polylactide, PLA), 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 키토산(chitosan), 폴리트리메틸렌 카보네이트(Polytrimethylenecarbonate, PTMC) 또는 상기 고분자 군에서 선택된 둘 이상의 혼합물인 생체적합성을 가진 합성 고분자 군을 포함할 수 있다.Preferably, after the nanostructure adheres to the cells located at the insertion site in the living body, so that the polymer film is biodegraded in the living body, poly (ethylene glycol), poly-L-lactic acid (poly (L-lactic) acid)), polylactic-co-glycolic acid (PLGA), polyglycolic acid (PGA), polylactide (PLA), polycaprolactone (PCL), chitosan ( chitosan), polytrimethylene carbonate (PTMC) or a synthetic polymer group having biocompatibility, which is a mixture of two or more selected from the polymer group.
바람직하게, 상기 고분자 필름이 상기 생체 내에서 생분해되기 전 상기 생체인공삽입물이 상기 생체 내에 이식된 이후 상기 생체 내의 삽입 부위에서 상기 세포가 재생하면서 상기 생체인공삽입물이 상기 삽입 부위에 고정되도록 상기 나노 구조체가 상기 재생하는 세포와 접착한 이후 상기 고분자 필름이 상기 생체 내에서 생분해될 수 있다.Preferably, before the biofilm is biodegraded in vivo, the nanostructure is such that the bioprosthesis is fixed to the insertion site while the cells are regenerated at the insertion site in the body after the bioinsert is implanted in the body. The polymer film can be biodegraded in vivo after the adhesion to the regenerating cells.
바람직하게, 상기 생체인공삽입물은 관절, 척추, 판막 등 정형외과용 임플란트, 치과용 임플란트, 혈관계 스텐트, 비혈관계 스텐트, 삽입형 주사장치, 페이스 메이커(pace maker) 및 인공 장기로 구성된 군에서 선택될 수 있다.Preferably, the bio-artificial implant can be selected from the group consisting of orthopedic implants such as joints, spine, and valves, dental implants, vascular stents, non-vascular stents, implantable injection devices, pace makers, and artificial organs. have.
바람직하게, 상기 생체인공삽입물은 티타늄, 스테인레스 스틸, 코발트, 금, 은, 백금, 마그네슘 또는 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택될 수 있다.Preferably, the bio-artificial insert can be selected from the group consisting of titanium, stainless steel, cobalt, gold, silver, platinum, magnesium or alloys thereof.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 생체에 삽입되는 생체인공삽입물과 부착하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름의 제조방법은 상기 생체인공삽입물이 상기 생체 내의 삽입 부위에 위치하는 세포와 접착하도록 상기 세포의 거동에 따라 상기 세포와의 접착성을 조절하는 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체를 몰드 재료(mold material) 표면에 형성하는 단계; 및 상기 몰드 재료에 형성된 나노 구조체를 상기 고분자 필름에 전사하여 상기 세포와 접착하는 고분자 필름의 제1 표면에 상기 나노 구조체를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention for achieving the above object, a method of manufacturing a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert to be attached to a bio-artificial insert inserted in a living body, wherein the bio-artificial insert is located at an insertion site in the body Forming a nanostructure on a surface of a mold material having a nano-pattern of a predetermined shape that controls adhesion to the cell according to the behavior of the cell to adhere to the cell; And transferring the nanostructure formed in the mold material to the polymer film to form the nanostructure on the first surface of the polymer film that adheres to the cells.
바람직하게, 상기 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체의 크기 또는 상기 나노 패턴에 따른 상기 나노 구조체 간 간격은 상기 세포가 상기 나노 구조체에 접착하면서 상기 나노 구조체들 간의 사이의 공간을 메우도록 상기 세포의 내 외부를 연결하고 상기 세포의 외부로부터의 신호를 상기 세포의 내부로 전달하며 상기 세포의 접착을 유지하는 국소접착(Focal Adhesion, FA)의 크기를 조절하여 상기 세포가 상기 나노 구조체에 접착하면서 퍼지는 정도인 세포 퍼짐성(Cell Spreading)을 직접적으로 제어하도록 조절될 수 있다.Preferably, the size of the nano-structure having the nano-pattern of the predetermined shape or the gap between the nano-structures according to the nano-pattern while the cells adhere to the nano-structure while filling the space between the nano-structures It connects the inside and outside of the cell, transmits a signal from the outside of the cell to the inside of the cell, and controls the size of a focal adhesion (FA) that maintains the adhesion of the cell, while the cell adheres to the nanostructure It can be controlled to directly control cell spreading, which is the degree of spreading.
바람직하게, 상기 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체의 크기 또는 상기 나노 패턴에 따른 상기 나노 구조체간 간격은 상기 국소접착의 크기로부터 상기 세포 퍼짐성을 제어하도록 상기 세포의 평균 면적과 상기 국소접착(FA)의 평균 면적이 반비례하는 관계를 고려하여 조절될 수 있다.Preferably, the size of the nano-structure having the nano-pattern of the predetermined shape or the spacing between the nano-structures according to the nano-pattern is the average area of the cells and the local adhesion (to control the cell spreadability from the size of the local adhesion ( The average area of FA) can be adjusted in consideration of the inverse relationship.
바람직하게, 상기 나노 구조체를 형성하는 단계는 나노 임프린트 리소그래피 공정을 이용하여 상기 몰드 재료에 형성된 나노 구조체로부터 고분자 몰드에 나노핏(nanopit)을 형성하는 단계; 상기 나노핏이 형성된 고분자 몰드에 고분자 전구체(precursor)를 붓고 분리가능한 겉필름을 덮어 경화시키는 단계; 상기 경화된 고분자 전구체를 덮는 상기 겉필름을 제거하는 단계; 및 상기 겉필름이 제거된 고분자 전구체를 상기 고분자 몰드로부터 분리시키는 단계;를 포함할 수 있다.Preferably, the step of forming the nanostructure comprises forming a nanopit in a polymer mold from the nanostructure formed in the mold material using a nanoimprint lithography process; Pouring a polymer precursor (precursor) into the polymer mold on which the nano-pit is formed and covering the separable outer film to cure; Removing the outer film covering the cured polymer precursor; And separating the polymer precursor from which the outer film is removed from the polymer mold.
바람직하게, 상기 제1 표면에 상기 나노 구조체가 형성된 고분자 필름을 상기 생체인공삽입물에 부착하는 단계를; 더 포함하고, 상기 고분자 필름을 상기 생체인공삽입물에 부착하는 단계는 상기 고분자 필름의 표면 및 상기 생체인공삽입물의 표면을 각각 물리적 방법 또는 화학적 방법을 이용하여 활성화하는 단계; 상기 각각 활성화된 생체인공삽입물의 표면 및 고분자 필름의 표면에 고분자 단량체를 형성하는 단계; 상기 생체인공삽입물의 표면 및 고분자 필름의 표면에 각각 형성된 고분자 단량체를 성장시켜 고분자 사슬을 성장시키는 단계; 및 상기 생체인공삽입물의 표면 및 상기 고분자 필름의 표면에 각각 성장된 고분자 사슬을 결합시키는 단계;를 포함할 수 있다.Preferably, attaching the polymer film having the nano-structure on the first surface to the bio-artificial insert; Further comprising, the step of attaching the polymer film to the bio-artificial insert comprises activating the surface of the polymer film and the surface of the bio-artificial insert using physical or chemical methods, respectively; Forming a polymer monomer on the surface of each activated bio-artificial insert and the surface of the polymer film; Growing a polymer chain formed on the surface of the bio-insert and the polymer film, respectively, thereby growing a polymer chain; And bonding the grown polymer chains to the surface of the bio-artificial insert and the surface of the polymer film, respectively.
바람직하게, 상기 활성화하는 단계는 수산화 리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 수산화 칼슘과 같은 염기성 용액에 상기 생체인공삽입물 및 상기 고분자 필름을 각각 담그어 화학적인 방법을 이용하여 상기 생체인공삽입물의 표면과 상기 고분자 필름의 표면을 각각 활성화할 수 있다.Preferably, the activating step of dipping the bio-artificial insert and the polymer film in a basic solution such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide or calcium hydroxide, respectively, using a chemical method to surface the bio-artificial insert and the polymer. Each surface of the film can be activated.
바람직하게, 상기 활성화하는 단계는 아르곤, 산소, 질소, 수증기 및 암모니아 중에서 선택된 어느 하나 혹은 이들의 혼합으로 이루어진 기체를 이용하여 플라즈마 또는 이온빔으로 처리하는 물리적인 방법을 이용하여 상기 생체인공삽입물의 표면과 상기 고분자 필름의 표면을 각각 활성화할 수 있다.Preferably, the activating step is performed using a physical method of treating with a plasma or an ion beam using a gas consisting of any one or a mixture of argon, oxygen, nitrogen, water vapor and ammonia, and the surface of the bio-artificial implant. Each surface of the polymer film may be activated.
이상과 같은 본 발명의 실시 예에 따르면 고분자 필름에 형성된 나노 구조체를 이용하여 세포의 국소접착을 조절함으로써, 세포의 접착 및 퍼짐을 조절하여 생체인공삽입물이 생체 내의 삽입 부위에서 안정한 상태를 유도하므로, 시술의 성공률을 높일 수 있다.According to the embodiment of the present invention as described above, by controlling the local adhesion of cells by using the nano-structure formed on the polymer film, by controlling the adhesion and spread of the cell, the artificial insert induces a stable state at the insertion site in the living body, It can increase the success rate of the procedure.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 나노 구조 표면이 형성된 생분해성 고분자 필름은 몰드를 이용하여 제작하므로, 종래에 상용화되어 있는 생체 삽입형 제품들에 별도의 처리 없이 직접 적용가능하므로 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, since the biodegradable polymer film having a nano-structured surface is manufactured using a mold, it is possible to directly reduce the cost because it can be directly applied to commercially available bio-insertable products without separate treatment. There are advantages.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 생분해성 고분자 필름은 생체삽입물 표면에서 기능성을 제공한 후 조직 재생과 동시에 체내에서 서서히 분해되어 다른 시술 없이 생체 내에서 안정적으로 제거할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the biodegradable polymer film provides functionality on the surface of a bio-insert, and then decomposes slowly in the body at the same time as tissue regeneration and can be stably removed in vivo without other procedures.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물에 부착되는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고분자 필름의 표면에 형성된 미리 설정된 형태의 나노 패턴 또는 마이크로 패턴의 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름의 표면에 코팅된 기능기를 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)과 생체인공삽입물의 표면을 활성화는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름에 형성된 나노기둥 어레이와 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)가 상호작용하는 모습을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 국소접착(FA)의 형성에 따른 세포와의 접착에서, 세포가 나노 구조체의 표면에 접착하는 유효접촉면적을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조에 의해 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)의 형태학적 변화가 유도되는 것을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 국소접착(FA)의 평균 면적과 나노 구조체의 크기의 관계를 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노기둥 어레이에 의해 조절된 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)의 국소접착(FA)의 크기와 세포의 퍼짐성과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고분자 필름의 표면에 나노 구조체를 형성하는 구체적인 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름의 제조 방법을 구체적으로 설명하는 도면을 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체가 형성된 고분자 필름을 생체인공삽입물에 부착하는 구체적인 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a view showing the structure of a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert attached to a bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining an example of a nano pattern or a micro pattern in a preset form formed on the surface of a polymer film according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a functional group coated on the surface of a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing the structure of a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert according to another embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining a method of activating the surface of the bio-artificial insert and the
7 is a view for explaining a state in which the nano-pillar array formed on the polymer film for adhesion of a bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention interacts with adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs).
8 is a view for explaining an effective contact area in which cells adhere to the surface of a nanostructure in adhesion with cells according to formation of a local adhesion (FA) according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining that the morphological change of adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) is induced by the nano-structure according to an embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining the relationship between the average area of the local adhesive (FA) and the size of the nanostructure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a view showing the relationship between the size of local adhesion (FA) of fat-derived mesenchymal stem cells (ASCs) regulated by a nanopillar array and spreadability of cells according to an embodiment of the present invention.
12 is a view for explaining a method for manufacturing a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention.
13 is a flowchart illustrating a specific method of forming a nanostructure on the surface of a polymer film according to an embodiment of the present invention.
14 is a view for explaining in detail a method of manufacturing a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert according to another embodiment of the present invention.
15 is a flowchart illustrating a specific method of attaching a polymer film formed with a nanostructure to a bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only the embodiments allow the publication of the present invention to be complete, and general knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same components throughout the specification.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used as meanings commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. In addition, terms defined in the commonly used dictionary are not ideally or excessively interpreted unless specifically defined.
본 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.In this specification, terms such as “first” and “second” are for distinguishing one component from other components, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
본 명세서에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In this specification, the identification numbers (for example, a, b, c, etc.) in each step are used for convenience of explanation, and the identification numbers do not describe the order of each step, and each step is clearly in context. Unless a specific order is specified, it may occur differently from the specified order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
본 명세서에서, “가진다”, “가질 수 있다”, “포함한다” 또는 “포함할 수 있다”등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.In this specification, expressions such as “have”, “can have”, “includes” or “can contain” indicate the existence of a corresponding feature (eg, a component such as a numerical value, function, operation, or part). Indicates, does not exclude the presence of additional features.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름의 구조를 도시한 도면이다.1 is a view showing the structure of a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물에 부착되는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert attached to a bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 표면에는 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체(110)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1, a
본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 표면(100)에 형성된 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체를 포함하는 고분자 필름(10)은 생체에 삽입되는 생체인공삽입물이 삽입 부위에 위치시켜 생체인공삽입물의 생체 안정성을 향상시키도록 삽입 부위에 위치하는 세포와 생체인공삽입물의 결합을 용이하게 하기 위한 용도를 가질 수 있다.The
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 삽입 부위에 위치하는 세포와 부착하도록 제1 표면(100)에 형성된 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체(110)를 포함하는 고분자 필름(10)과 부착된 생체인공삽입물은 삽입 시술 후 생체 내의 삽입 부위가 회복될 때까지 삽입 부위에 위치될 수 있다.Accordingly, the
구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)은 세포의 거동에 따라 세포와의 접착성을 조절하기 위한 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체(110)가 형성된 나노 구조를 가지는 고분자 필름(10)일 수 있으며, 상술한 나노 구조의 고분자 필름(10)이 생체인공삽입물과 결합함으로써, 생체인공삽입물이 생체에 삽입되면서 생체인공삽입물과 결합한 상술한 나노 구조의 고분자 필름(10)은 삽입 위치에 존재하는 세포와 생체인공삽입물을 부착시키도록 사용될 수 있다.Specifically, the
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 두께는 응용 환경에 따라 수십 내지 수백 마이크로미터(μm)일 수 있으나, 상술한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.The thickness of the
도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물(20)은 관절, 척추, 판막 등 정형외과용 임플란트, 치과용 임플란트, 혈관계 스텐트, 비혈관계 스텐트, 삽입형 주사장치, 페이스 메이커(pace maker) 및 인공 장기로 구성된 군에서 선택될 수 있으나, 상술한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 2 together, the
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물(20)은 티타늄, 스테인레스 스틸, 코발트, 금, 은, 백금, 마그네슘 또는 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택될 수 있으나, 상술한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.The
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 미리 설정된 형태의 나노/마이크로 패턴을 가지는 나노/마이크로 구조체가 형성된 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)은 생체인공삽입물(20) 표면에 이식하는 방식이므로, 기존에 사용되던 생체인공삽입물(20)에 바로 사용할 수 있다. 따라서, 기존에 체내에 삽입하는 생체인공삽입물(20) 표면을 따로 처리할 필요가 없으므로 본 발명의 일 실시 예에 따른 미리 설정된 형태의 나노/마이크로 패턴을 가지는 나노/마이크로 구조체(110)가 형성된 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)을 이용하는 경우 비용 절감이 가능한 장점이 있다.Therefore, the
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 표면에는 세포와 접착하여 상호작용을 가능하도록 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체(110)가 형성될 수 있다.On the surface of the
구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 표면 중 생체인공삽입물(20)과 부착하려는 표면인 부착면 이외의 표면인 제1 표면(100)에 세포와 접착하여 상호작용을 가능케하는 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체(110)를 형성할 수 있다. 상술한 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)은 나노 구조 또는 마이크로 구조를 가짐으로써, 세포의 반응성을 조절할 수 있다.Specifically, among the surfaces of the
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 제1 표면(100)에는 세포의 국소접착(FA)을 조절하여 접착과 퍼짐성을 제어할 수 있도록 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체(110)가 형성될 수 있다.The nano-pattern in a preset form to control adhesion and spreadability by controlling the local adhesion (FA) of cells on the
구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 접착용 고분자 필름(10)의 제1 표면(100)에는 세포의 국소접착(FA)을 조절하여 세포의 초기 생착을 조절함으로써 삽입 부위에 위치하는 세포를 안정적으로 성장시킬 수 있으며, 상술한 생착은 세포의 접착 및 퍼짐성 등의 반응을 포함한다.Specifically, the
상술한 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체(110)는 나노기둥 어레이(nanopillar array)의 형태일 수 있으며, 상술한 나노기둥의 크기 및 나노기둥 어레이의 간격의 조절을 통해 세포가 형성하는 국소접착(FA)의 크기를 조절하여 세포가 접착하여 퍼지는 정도인 세포의 퍼짐성(Spreading)을 직접적으로 제어할 수 있다.The nano-
상술한 국소접착(FA)은 세포의 내 외부를 연결하고, 세포의 외부로부터의 신호를 세포의 내부로 전달하며 세포의 접착을 유지하는 것을 나타내고, 상술한 국소접착의 크기는 세포가 나노 구조체(110)에 접착하면서 나노 구조체(110)들의 표면에서 간극을 뛰어넘어 접착이 이루어지도록 조절될 수 있다.The above-described topical adhesion (FA) indicates that cells connect to the inside and outside of the cell, transmit signals from the outside of the cell to the inside of the cell, and maintain adhesion of the cells. While adhering to 110), the adhesion may be adjusted so that the adhesion is made over the gap on the surface of the
상술한 국소접착(FA)의 크기를 조절하는 것은 세포의 성장, 분열, 생존 또는 분화가 가능하도록 세포로의 신호전달매개체 역할을 하는 인테그린-세포외기질복합체(integrin-ECM binding complex)의 크기를 기반으로 조절할 수 있다.Controlling the size of the above-described local adhesion (FA) is to increase the size of the integrin-ECM binding complex, which acts as a signal transduction medium to cells to enable cell growth, division, survival, or differentiation. Can be adjusted based.
상술한 국소접착(FA)의 크기는 나노 구조체(110) 간 사이의 공간을 연결하는 다리를 형성하면서 증가하게 되며, 구체적으로 상술한 국소접착(FA)의 크기 조절은 나노 구조체(110)의 표면비에 의해 조절될 수 있다.The size of the above-described topical adhesive (FA) is increased while forming a bridge connecting the space between the
상술한 나노 구조체(110)의 표면비에 의해 조절되는 국소접착(FA)의 크기는 나노 구조체(110)의 표면 사이의 공간을 채우지 않고 다리를 형성하며 증가할 수 있다.The size of the local adhesive (FA) controlled by the surface ratio of the
상술한 국소접착(FA)의 크기가 증가하는 것은 일정이상의 세포의 접착면적을 확보하기 위하는 것으로 후술하는 도 7(c), 도 8 및 도 10에서 확인할 수 있다.Increasing the size of the above-described topical adhesion (FA) is to secure an adhesion area of a certain number of cells or more, and can be confirmed in FIGS. 7 (c), 8, and 10 described later.
세포가 나노 구조체에 접착하면서, 나노 구조체와 접착하는 접착 부위에 따른 기계 화학적 신호(mechanochemical signal)의 변화를 세포 내의 세포골격(cytoskeleton)에서 인지할 수 있다. 국소접착(FA)의 변화는 세포 내의 세포골격의 변화를 가져오고 이는 세포가 나노 구조체에 부착된 부착점으로부터의 신호 전달을 변화시킬 수 있다. 결과적으로, 국소접착(FA)의 변화는 세포 내의 신호 전달을 변경시킴으로써 단백질 발현(expression)에 영향을 주므로 세포의 활성과 같은 세포 활동에 영향을 미칠 수 있다.As cells adhere to the nanostructure, changes in the mechanochemical signal according to the adhesion sites that adhere to the nanostructure can be recognized in the cytoskeleton within the cell. A change in local adhesion (FA) results in a change in the cytoskeleton within the cell, which can change the signal transduction from the attachment point where the cell is attached to the nanostructure. As a result, changes in local adhesion (FA) affect protein expression by altering signal transduction within cells, and thus can affect cell activity, such as cell activity.
상술한 국소접착(FA)은 세포 내 골격구조를 형성하는 단백질에 해당하는 F-액틴(filamentous actin, F-actin)을 통해 세포핵과 연결될 수 있다. 상술한 과정을 통해 국소접착(FA)에서 느낄 수 있는 구조 및 물질의 경도, 방향성 등의 정보가 세포 시그널링 분자들에 의해 핵으로 전달되어 단백질 합성을 변화시키고, 궁극적으로 세포의 거동 및 기능이 변화하게 된다.The above-described topical adhesion (FA) may be connected to the cell nucleus through F-actin (F-actin) corresponding to a protein forming a skeletal structure in the cell. Through the above-described process, information such as the hardness and directionality of structures and substances that can be felt in the local adhesion (FA) is transferred to the nucleus by cell signaling molecules to change protein synthesis, and ultimately, the behavior and function of cells are changed. Is done.
상술한 국소접착(FA)의 변화에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.A detailed description of the above-described change in the local adhesion (FA) will be described later.
일반적으로, 세포의 종류에 따라 세포의 표면에 존재하는 단백질이 다르므로 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 제1 표면(100)에는 세포의 표면에 존재하는 단백질과 접착하기에 적합하도록 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체(110)가 형성될 수 있다.In general, the protein present on the surface of the cell is different depending on the type of cell, so the
즉, 상술한 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체(110)가 형성된 고분자 필름(10)이 세포와 직접적으로 접착하고, 고분자 필름(10)과 부착된 생체인공삽입물(20)은 결국 고분자 필름(10)에 의해 세포와 간접적으로 접착한 상태가 되므로, 고분자 필름(10)은 생체인공삽입물(20)이 삽입 위치에 고정될 수 있도록 생체인공삽입물(20)과 세포의 중간에서 접착시키기 위한 매개체 역할을 할 수 있다.That is, the
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 표면에는 심근의 형태에 맞도록 릿지 어레이(ridge array)를 가지는 나노 구조체(110)가 형성될 수 있다.In addition, a
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 표면은 신경 세포의 방향성을 조절하도록 미리 설정된 형태의 마이크로 패턴을 가지는 마이크로 구조체가 형성될 수 있다.In addition, a microstructure having a micro-pattern of a predetermined shape may be formed on the surface of the
상술한 나노 구조체(110)의 미리 설정된 형태의 나노 패턴은 도 3를 함께 참조하여 설명하도록 한다.The nano-pattern of a predetermined shape of the above-described
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고분자 필름의 표면에 형성된 미리 설정된 형태의 나노 패턴 또는 마이크로 패턴의 예시를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining an example of a nano pattern or a micro pattern in a preset form formed on the surface of a polymer film according to an embodiment of the present invention.
도 3(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 미리 설정된 형태의 나노 패턴 또는 마이크로 패턴은 이용하려는 조직과 세포의 형태에 따라서 홀 어레이(hole array) 형태의 환형과 같은 형태일 수 있다.Referring to FIG. 3 (a), the nano-pattern or the micro-pattern in a preset form according to an embodiment of the present invention may have a shape such as a ring array-like annular shape depending on the type of tissue and cells to be used. have.
또한 도 3(b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 미리 설정된 형태의 나노 패턴 또는 마이크로 패턴은 이용하려는 조직과 세포의 형태에 따라서 기둥 어레이(pillar array) 형태와 같은 환형 형태일 수 있다.Also, referring to FIG. 3 (b), the nano-pattern or the micro-pattern in a preset form according to an embodiment of the present invention may be an annular form, such as a pillar array form, depending on the type of tissue and cells to be used. have.
또한 도 3(c)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 미리 설정된 형태의 나노 패턴 또는 마이크로 패턴은 이용하려는 조직과 세포의 형태에 따라서 홈 어레이(groove array) 형태와 같은 선형 형태일 수 있다.In addition, referring to FIG. 3 (c), the nano-pattern or the micro-pattern in a preset form according to an embodiment of the present invention may be a linear form such as a groove array form depending on the type of tissue and cells to be used. have.
또한, 상술한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 상술한 미리 설정된 형태의 나노 패턴 또는 마이크로 패턴은 릿지 어레이(ridge array) 형태의 선형과 같은 형태일 수 있다.In addition, the above-described example is only an example for explaining an embodiment of the present invention, and is not limited thereto, and the above-described nano-pattern or micro-pattern in the form of a ridge array (ridge array) in the form of a linear form Can be.
또한 도 3(d)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 미리 설정된 형태의 나노 패턴 또는 마이크로 패턴은 이용하려는 조직과 세포의 형태에 따라서 메쉬(mesh) 형태의 직교형과 같은 형태일 수 있다.In addition, referring to FIG. 3 (d), the nano-pattern or the micro-pattern in a preset form according to an embodiment of the present invention may have a form such as an orthogonal form of a mesh depending on the type of tissue and cells to be used have.
단, 상술한 미리 설정된 형태의 나노 패턴 또는 마이크로 패턴에 대한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며 세포 조직과 세포의 형태에 따라서 다양한 형태일 수 있다.However, the above-described examples of the nano-patterns or micro-patterns in the preset form are merely examples for explaining an embodiment of the present invention and are not limited thereto, and may be in various forms depending on cell tissues and cell types.
다시 도 1 및 2를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)은 나노 구조 또는 마이크로 구조를 가짐으로써 세포의 거동을 조절할 수 있는 기능성, 나노 파티클의 함유에 따른 기능성 또는 기능기 부착에 따라 목적을 가진 약물의 전달(drug delivery)을 위한 기능성을 가질 수 있다.Referring again to FIGS. 1 and 2, the
상술한 약물 전달은 부작용을 최소화하고 효능 및 효과를 극대화하기 위하여 필요한 양의 약물을 치료 부위에 선택적으로 전달함으로써, 건강한 조직을 약물에 노출시키지 않음과 동시에 소량의 약물만으로도 우수한 치료효과를 낼 수 있도록 효율적으로 전달하는 것을 나타낸다.The above drug delivery selectively delivers the required amount of drug to the treatment site in order to minimize side effects and maximize efficacy and effectiveness, so that healthy tissue is not exposed to the drug and at the same time, an excellent therapeutic effect can be achieved with only a small amount of drug. Shows efficient delivery.
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)에 기능성을 부여하도록 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 표면 중 제1 표면(100)에 형성된 다양한 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체 일 부분에 생체 친화적인 기능기를 어레이(array) 형태로 부착할 수 있으며, 이에 따라 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 표면에 형성된 다양한 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체를 이용하여 정밀하게 세포 접착(cell adhesion)을 조절할 수 있다.Various types of nano patterns formed on the
상술한 기능기를 어레이 형태로 부착하는 경우 세포의 종류에 따라 기능기의 어레이를 조절할 수 있다. 구체적으로, 세포막의 인지질 분포와 단백질 조합 여부를 매핑하고, 매핑된 결과에 따라 생체 친화적 기능기의 간격 및 어레이 밀도를 조절할 수 있다.When the above-described functional groups are attached in the form of an array, the array of functional groups can be adjusted according to the type of cells. Specifically, the phospholipid distribution of the cell membrane and the combination of proteins can be mapped, and the spacing and array density of bio-friendly functional groups can be adjusted according to the mapped result.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생분해성 고분자가 생체 내에서 분해 중 항생물질 또는 분화인자와 같이 세포에 영향을 미칠 수 있는 물질들을 분비하기 위한 기능기가 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)에 임베딩 될 수 있다.In addition, the biodegradable polymer according to an embodiment of the present invention has a functional group for secreting substances that can affect cells, such as antibiotics or differentiation factors during decomposition in vivo. Can be embedded in
상술한 고분자 필름의 표면에 코팅된 기능기에 대하여 도 4를 함께 참조하여 설명하도록 한다.The functional groups coated on the surface of the above-described polymer film will be described with reference to FIG. 4 together.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름의 표면에 코팅된 기능기를 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.4 is a view for explaining a functional group coated on the surface of a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 표면에는 세포 접착(cell adhesion)의 선택성을 주기 위한 생체친화적인 기능기(300)가 코팅될 수 있다.Referring to FIG. 4, a bio-friendly
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)은 세포 외 기질 단백질의 아미노산 서열 RGD(Arg-Gly-Asp) 등을 이용하여 인테그린(Integrin) 단백질과 직접 접촉할 수 있다. 상술한 RGD는 인테그린을 통해 세포의 외부에 붙여지면서 다른 세포를 인식할 수 있는 기능을 가질 수 있다.In addition, the
상술한 인테그린은 반교소체를 구성하는 막단백질로서, 기저세포와 기저막을 연결하는 매듭역할을 하여 표피와 진피 사이의 결합을 조절하는 기능이 있으며, 또한 ECM(extracellular matrix)으로부터 세포로의 신호전달매개체 역할을 하여 세포 성장, 분열, 생존, 분화 등에 관여하는 기능이 있다. The above-described integrin is a membrane protein constituting an anti-crosslinked body, and has a function of regulating the bond between the epidermis and the dermis by acting as a knot connecting the basement cell and the basement membrane. It plays a role, and has functions involved in cell growth, division, survival, and differentiation.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)은 생체인공삽입물과 접착하도록 상술한 고분자 필름의 표면에는 RNA 또는 DNA와 같은 상보적인 결합이 가능한 고분자 사슬을 코팅하여 형성할 수 있다. 상술한 고분자 사슬을 코팅하는 방법은 후술하도록 한다.In addition, the
다시 도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 세포의 형태 또는 줄기세포(stem cells)의 경우 분화하고자 하는 세포의 종류에 따라 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 나노 구조를 구성하는 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체(110)의 크기 및 나노 구조체(110) 간 간격은 각각 수 나노미터(nm) 내지 수 마이크로미터(μm)까지 조절될 수 있다.Referring back to Figures 1 and 2 together, in the case of a cell form or stem cells (stem cells) according to the type of cells to differentiate according to one embodiment of the present invention, the biofilm insert
상술한 줄기세포는 미분화 상태를 유지하며 무한히 증식(proliferation)할 수 있지만, 일정한 환경과 조건이 주어질 경우 특정 기능과 형태를 갖도록 분화할 수 있는 세포를 나타낸다.The above-described stem cells represent cells capable of differentiating to have a specific function and morphology while maintaining an undifferentiated state and capable of proliferation indefinitely, but given a certain environment and conditions.
구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)에 형성된 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체(110)의 크기는 이용하려는 조직과 세포의 배열상태를 조절하기 위해 세포의 상태 및 세포 소기관에 따라 수 내지 수백 나노미터(nm)로 조절될 수 있다.Specifically, the size of the nano-
또는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)에 형성된 미리 설정된 형태의 마이크로 패턴을 가지는 마이크로 구조체의 크기는 이용하려는 조직과 세포의 크기에 따라서 수 내지 수십 마이크로미터(μm) 또는 수십 내지 수백 마이크로미터(μm)까지 조절될 수 있다.Alternatively, the size of the microstructure having a micro pattern of a predetermined shape formed on the
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 표면에 형성된 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체(110) 간 간격은 수 내지 수백 나노미터(nm)일 수 있고, 세포막의 국소접착(FA)을 조절하여 생체 내의 역학적전이(Mechanotransduction) 메커니즘을 기반으로 한 세포 분화 또는 세포 생착과 같은 세포활동을 조절할 수 있다. 상술한 생체 내의 역학적전이(Mechanotransduction)는 세포에게 기계적 자극을 가하면, 생체화학적 신호로 전환되는 에너지 변환의 일환을 나타낸다.In addition, the spacing between
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 미리 설정된 형태의 나노/마이크로 패턴을 가지는 나노/마이크로구조체가 형성된 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)은 생분해성 또는 흡수성의 성질을 가질 수 있다.The
구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물(20) 및 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10) 각각의 재료는 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 폴리-L-락트산(poly(L-lactic acid)), 폴리락트산-글리콜산 (polylactic-co-glycolic acid, PLGA), 폴리글리콜산(polyglycolic acid, PGA), 폴리락타이드(polylactide, PLA), 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 키토산(chitosan), 폴리트리메틸렌 카보네이트(Polytrimethylenecarbonate, PTMC) 또는 상술한 고분자 군에서 선택된 둘 이상의 혼합물인 생체적합성을 가진 합성 고분자 군을 포함할 수 있다.Specifically, the material of each of the
단, 상술한 생체인공삽입물(20) 및 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 재료는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 생체인공삽입물(20) 및 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 재료는 생분해성을 가지는 모든 고분자를 포함할 수 있다.However, the materials of the above-described
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 미리 설정된 형태의 나노/마이크로 패턴을 가지는 나노/마이크로구조체가 형성된 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 생분해성 성질로 인하여, 생체인공삽입물(20)과 부착된 고분자 필름(10)이 생체 내에 삽입되어 삽입 위치에 있는 세포와 접착할 수 있고, 세포와 접착 이후 일정한 시간이 지난 후 생분해되면서 생체인공삽입물(20)과 부착된 고분자 필름(10)만 제거될 수 있으며, 이에 따라 고분자 필름(10)이 생분해되기 전인 생체 내의 삽입 위치에 세포가 안정적으로 재생할 때까지 세포가 고분자 필름(10)에 퍼진상태로 고분자 필름(10)과 접착하고 있으므로 이에 따라 생체인공삽입물(20)이 삽입부위에 위치한 세포가 안정적으로 성장할때까지 삽입부위에 위치할 수 있다. 따라서, 고분자 필름(10)은 세포와 생체인공삽입물(20)을 접착시키기 위한 접착 용도로 사용되며, 자연스럽게 생체 내에서 생분해되어 제거될 수 있으므로, 생체인공삽입물(20)의 생체 삽입 성공률을 높일 수 있다.Therefore, due to the biodegradable nature of the biofilm insert
구체적으로, 생체인공삽입물(20)이 생체 내에 이식된 삽입 부위에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 미리 설정된 나노/마이크로패턴을 가지는 나노/마이크로구조체가 형성된 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)이 생분해되기 전 생체인공삽입물(20)이 생체 내에 이식된 이후 생체 내의 삽입 부위에서는 세포가 재생하며, 세포가 재생하는 도중에 생체인공삽입물(20)의 위치가 고정되지 않아 이식 시술에 실패하는 문제점을 해결하도록 세포가 재생하면서 생체인공삽입물(20)이 삽입 부위에 고정되도록 상술한 나노/마이크로 구조체가 삽입 부위에서 재생하는 세포와 접착할 수 있고, 고분자 필름(10)은 상술한 재생하는 세포와 접착한 이후 서서히 생분해되어 세포 재생이 안정적으로 완료된 이후 생체인공삽입물(20)이 삽입 부위에 위치할 수 있다.Specifically, the
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)이 생체인공삽입물(20)과 부착하는 경우, 생체인공삽입물(20)의 표면에 따라서 고분자 필름(10)을 부착하기 위해 표면 에너지 조절이 요구되며, 상술한 표면 에너지 조절을 위해 고분자 필름(10)의 표면을 코팅하거나 고분자 필름(10)의 표면에 미세 구조를 형성할 수 있다.When the
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물(20)과 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)을 부착하는 방법으로 생체인공삽입물(20)의 표면과 고분자 필름(10)의 표면이 맞닿는 면의 표면적을 넓히고 표면 에너지를 조절하기 위한 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS)과 같은 패터닝 기술을 이용할 수 있다.In addition, the surface of the
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물(20)과 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)을 부착하기 위한 방법으로 고분자 필름(10)의 표면 중 생체인공삽입물(20)의 표면에 부착하려는 부착면에 기능기를 코팅하여 표면 에너지를 조절함으로써 부착능을 높일 수 있다.In addition, as a method for attaching the
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물(20)과 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)을 부착하기 위한 방법으로 고분자 필름(10)의 표면에 거칠기를 형성하거나 미세구조를 형성하여 고분자 필름(10)의 표면 에너지를 조절함으로써 생체인공삽입물(20) 표면의 표면 에너지 차이를 조절하여 부착능을 높이는 방법을 이용하여 생체인공삽입물(20)의 표면에 상술한 고분자 필름(10)을 부착할 수 있다.In addition, as a method for attaching the
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 상술한 표면 에너지 조절하는 방법으로 생체인공삽입물(20)의 표면과 고분자 필름(10)의 표면이 맞닿는 부착면에 사슬순서에 따라 상보적인 결합이 가능한 고분자의 단량체를 중합시킴으로써 표면에너지를 조절할 수 있다.In addition, as a method of controlling the surface energy described above according to another embodiment of the present invention, complementary bonding is possible according to the chain order on the attachment surface where the surface of the
상술한 생체인공삽입물(20)과 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)을 부착시키는 구체적인 방법은 도 5 및 도 6에서 후술하도록 한다.The detailed method of attaching the above-described
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름의 구조를 도시한 도면이다.5 is a view showing the structure of a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert according to another embodiment of the present invention.
도 5(a) 및 도 5(b)를 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물과 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)을 부착하기 위한 방법으로 생체인공삽입물의 표면과 고분자 필름(10)의 표면인 양 부착면에 각각 고분자를 형성하여 고분자의 커플링을 이용하는 방법을 이용할 수 있다.5 (a) and 5 (b), the surface of the bio-artificial insert as a method for attaching the
구체적으로, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 표면 중 세포와 접착하려는 제1 표면(100)에는 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체(110)가 형성될 수 있고, 또한 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 표면 중 생체인공삽입물과 부착하려는 부착면(200)에 해당하는 제2 표면(200)에는 생체인공삽입물과 부착하기 위한 고분자 단량체가 성장된 고분자 사슬(210)이 형성될 수 있다.Specifically, among the surfaces of the
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 표면에 국소접착(FA)을 조절하기 위해 나노 구조체(110)가 형성된 표면인 세포 접착면인 제1 표면 이외의 생체인공삽입물과 부착하려는 부착면에 해당하는 제2 표면에 RNA 또는 DNA와 같이 상보적인 결합이 가능한 고분자 사슬(210)을 형성할 수 있으며, 형성된 고분자 사슬(210)에 의해 고분자 필름(10)은 생체인공삽입물과 부착될 수 있다.In order to control the local adhesion (FA) on the surface of the
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)과 생체인공삽입물의 부착방법은 상술한 고분자 필름(10)과 생체인공삽입물 각각의 표면을 물리적 또는 화학적 방법을 이용하여 활성화하고, 각각 활성화된 생체인공삽입물의 표면 및 고분자 필름의 표면에 고분자 단량체를 형성하며, 각각의 생체인공삽입물의 표면 및 고분자 필름의 표면에 형성된 고분자 단량체를 성장시킨 후 성장된 고분자 사슬(210)을 결합함으로써, 고분자 필름(10)과 생체인공삽입물을 부착할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the method of attaching the
상술한 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)과 생체인공삽입물의 표면을 활성화는 구체적인 방법은 도 6을 함께 참조하여 설명하도록 한다.The detailed method of activating the surface of the bio-artificial insert for attaching the
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)과 생체인공삽입물의 표면을 활성화는 방법을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining a method of activating the surface of the bio-artificial insert and the
도 6(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 표면을 아르곤, 산소, 질소, 수증기 및 암모니아 중에서 선택된 어느 하나 혹은 이들의 혼합으로 이루어진 기체(200a)를 이용하여 플라즈마 또는 이온빔으로 처리하는 물리적인 방법을 이용하여 활성화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 제2 표면은 물리적인 방법에 의해 활성화된 상태의 표면(201)이 될 수 있다.Referring to Figure 6 (a), the surface of the
상술한 플라즈마 또는 이온빔으로 처리하여 활성화하는 경우, 전압은 500[V] 내지 100[kV], 바람직하게는 1[kV] 내지 100[kV], 전력은 50[W] 내지 10[kW], 바람직하게는 50[W] 내지 200[W], 시간은 1초 내지 1시간, 바람직하게는 10초 내지 10분일 수 있다. 단, 상술한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.When activated by treatment with the above-described plasma or ion beam, the voltage is 500 [V] to 100 [kV], preferably 1 [kV] to 100 [kV], and power is 50 [W] to 10 [kW], preferably Preferably, 50 [W] to 200 [W], and the time may be 1 second to 1 hour, preferably 10 seconds to 10 minutes. However, the above-described example is only an example for explaining an embodiment of the present invention, but is not limited thereto.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물의 표면 또한 상술한 물리적 방법과 동일한 방법을 이용하여 활성화할 수 있다.In addition, the surface of the bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention can also be activated using the same method as the above-described physical method.
도 6(b)를 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면 수산화 리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 수산화 칼슘과 같은 염기성 용액(200b)에 고분자 필름을 담그는 화학적 방법을 이용하여 고분자 필름(10)의 표면을 활성화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름(10)의 제2 표면은 화학적인 방법에 의해 활성화된 상태의 표면(202)이 될 수 있다.Referring to Figure 6 (b), according to another embodiment of the present invention, the polymer film using a chemical method of dipping the polymer film in a basic solution (200b) such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide or calcium hydroxide ( 10) can activate the surface. Therefore, the second surface of the
상술한 염기성 용액(200b)의 pH는 9 내지 12일 수 있으며, 이때 온도는 상온 내지 150 ℃, 바람직하게는 60 ℃ 내지 100 ℃일 수 있다. 단, 상술한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.The pH of the
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물의 표면 또한 상술한 화학적 방법과 동일한 방법을 이용하여 활성화할 수 있다.In addition, the surface of the bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention can also be activated using the same method as the above-described chemical method.
다시 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 활성화된 생체인공삽입물의 표면 및 고분자 필름의 표면 각각에 형성된 고분자 단량체는 락티드(lactide), 락틱산(lactic acid), 글리코라이드(glycolide), 글리콜산(glycolic acid), 카프로락톤(caprolactone), 카프로락틱산(caprolactic acid), 트리메틸렌(trimethylene) 및 카보네이트(carbonate) 중에서 선택된 어느 하나의 단량체일 수 있으나, 상술한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.Referring back to FIG. 5, the polymer monomers formed on the surfaces of the activated bio-artificial insert and the polymer film according to an embodiment of the present invention are lactide, lactic acid, and glycolide. ), Glycolic acid, caprolactone (caprolactone), caprolactic acid (caprolactic acid), may be any one selected from trimethylene (trimethylene) and carbonate (carbonate), but the above example is This is only an example for explaining an embodiment, but is not limited thereto.
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물의 표면 및 고분자 필름의 표면에 각각 형성된 고분자 사슬의 일부를 이황화 결합하기 위한 성질을 가지는 고분자 또는 원자로 치환하거나 특정한 사슬순서에 따라 상보적으로 결합이 가능한 고분자 또는 원자로 치환할 수 있다.A polymer capable of disulfide-bonding a part of a polymer chain formed on the surface of a bio-artificial insert and a polymer film according to an embodiment of the present invention, or a polymer capable of complementarily bonding according to a specific chain order. Or it can be substituted with an atom.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상술한 사슬순서에 따라 상보적인 결합이 가능한 고분자 단량체는 DNA 또는 RNA 서열과 같은 생체재료를 포함할 수 있다. 상술한 DNA 또는 RNA와 같은 생체재료는 생체 삽입을 시도하려는 피시험자로부터 추출된 DNA 또는 RNA 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, polymer monomers capable of complementary binding according to the above-described chain sequence according to an embodiment of the present invention may include biomaterials such as DNA or RNA sequences. The above-described biomaterial such as DNA or RNA may be DNA or RNA extracted from a test subject attempting bio-insertion, but is not limited thereto.
따라서, 상술한 방법에 의해 생체인공삽입물의 표면에 형성된 고분자 사슬과 고분자 필름(10)의 제2 표면(200)에 형성된 고분자 사슬(210)에서 각각 치환된 고분자 또는 원자가 결합되면서 생체인공삽입물과 고분자 필름이 부착될 수 있다.Thus, the polymer chains or atoms substituted on the polymer chains formed on the
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 부착 방법으로 반데르발스 인력을 이용하거나 고분자 사슬의 정전기적 인력을 유도하여 고분자 필름을 생체인공삽입물 표면에 부착할 수 있으나, 상술한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the polymer film may be attached to the surface of the bio-insert by using van der Waals attraction or inducing electrostatic attraction of the polymer chain as an attachment method according to another embodiment of the present invention. It is only an example for describing an embodiment of the present invention, but is not limited thereto.
상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 고분자 필름(10)에 형성된 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체(110)에 따라 실제 세포의 부착성 및 퍼짐성의 조절이 가능한지 여부를 확인하기 위해 우선 지방 유래 중간엽 줄기 세포(adipose-derived mesenchymal stem cells, ASC)를 배양하고 시딩하는 과정을 설명하도록 한다.First, in order to check whether or not control of adhesion and spreadability of actual cells is possible according to the
본 실험에서 지방 유래 중간엽 줄기 세포(ASC)는 5 % CO2와 37 ℃의 로우 글루코스 DMEM 기저 배양액(low-glucose DMEM basal media)에서 배양되었다.In this experiment, adipose-derived mesenchymal stem cells (ASC) were cultured in 5% CO2 and low-glucose DMEM basal media at 37 ° C.
상술한 조건에서 배양된 인체 지방 유래 중간엽 줄기 세포(ASCs)는 모든 실험에 대해 계대수(passage) 6에서 사용되었고, 나노기둥 기판이 놓여진 12- 웰 플레이트(12 well-plate)에 접종(seeding)하였다. 2 × 104 세포의 세포 부유액(cell suspension)을 피펫팅하고 일정한 시간이 지난 후에 제거하여 기판 상에 세포만을 부착시킨 채로 유지시켰다. 배양한지 24 시간 이후, 세포를 인산염완충용액(PBS)으로 세척하고 세척된 세포를 면역 형광 염색(immunofluorescence staining) 및 MTT(3-(4,5-디메틸티아졸-2-일)-2,5-디페닐테트라졸리움 브로마이드) 세포 증식 분석법(proliferation assay)을 평가하기 위해 사용 하였다.Human adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) cultured under the above conditions were used in
상술한 MTT 세포 증식 분석법은 일반적으로 세포의 생존력과 독성을 평가하는데 사용하지만, 본 실험에서는 MTT로 평가된 세포의 생존력을 사용하여 검량선을 통해 나노기둥이 형성된 기판상에서 생존력을 가지는 세포의 접착률을 측정하였다.The above-described MTT cell proliferation assay is generally used to evaluate the viability and toxicity of cells, but in this experiment, the viability of cells evaluated with MTT is used to determine the adhesion rate of cells having viability on a nanopillar formed substrate through a calibration curve. It was measured.
검량선을 플롯하기 위해, 1 x 103 내지 1 x 106 (세포/mL)의 부유액을 준비하고, 세포를 37 ℃에서 12 시간 동안 밤새 배양 하였다. MTT 시약 500㎕가 분배된 후 세포는 추가적으로 3 시간 동안 배양되었다.To plot the calibration curve, 1 x 103 to 1 x 106 (cells / mL) suspension was prepared and the cells were incubated overnight at 37 ° C. for 12 hours. Cells were incubated for an additional 3 hours after 500 μl of the MTT reagent was dispensed.
보라색 침전물이 광학 현미경을 사용하여 관찰될 때, 세제 시약(detergent reagent) 200(μl)를 조심스럽게 첨가하고 효소면역기법(enzyme linked immunosorvent assay, ELISA) 플레이트로 옮겼다. 570(nm) 파장 필터에서 마이크로 플레이트 판독기를 사용하여 각 웰에서의 흡광도를 측정하였다. 고분자 필름(10)에 형성된 나노기둥에 부착된 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)의 흡광도는 동일한 프로토콜을 얻었고 접착 세포를 계산하는 검량 곡선과 비교하였다.When the purple precipitate was observed using an optical microscope, 200 (μl) of detergent reagent was carefully added and transferred to an enzyme linked immunosorvent assay (ELISA) plate. The absorbance in each well was measured using a microplate reader in a 570 (nm) wavelength filter. The absorbance of adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) attached to the nanopillars formed on the
본 실험에서는 고분자 필름에 형성된 나노기둥 기판에 상기 세포를 24 시간 동안 배양한 후, 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)가 Karnovsky 고정액(2% 파라포름 알데하이드(Paraformaldehyde), 2% 글루타르알데하이드(Glutaraldehyde))으로 고정되고, 상술한 샘플들을 에탄올(ascending gradual series, 50~100%)을 이용하여 탈수하였다.In this experiment, after culturing the cells on a nanopillar substrate formed on a polymer film for 24 hours, fat-derived mesenchymal stem cells (ASCs) were Karnovsky fixative (2% Paraformaldehyde), 2% glutaraldehyde (Glutaraldehyde). )), And the samples described above were dehydrated using ethanol (ascending gradual series, 50-100%).
세포 배양 전후의 나노구조를 포함하는 샘플들을 클러스터 시스템에서 스퍼터를 사용하여 금층(gold layer)으로 스퍼터링 한 후 주사 전자 현미경(Scanning electron microscopy, SEM)으로 관찰하였다.Samples containing nanostructures before and after cell culture were sputtered into a gold layer using sputtering in a cluster system, and then observed with a scanning electron microscopy (SEM).
주사전자현미경(SEM)은 전자 현미경의 또 다른 형태로, 예시적으로 전자 빔은 한 점에 집속되고 표본(specimen)의 표면에 스캔된다. 검출기는 후방 산란된 반사된 2차 전자들 또는 표면으로부터의 전자들을 수집하여 수집된 전자들을 표본의 실제 3차원 이미지를 생성하는데 사용되는 신호로 변환한다. 상술한 스캐닝 프로세스 동안, 검출기는 표면의 함몰로부터 더 작은 전자를 받을 수 있고, 따라서 표면의 하위 영역은 생성된 이미지에서 더 어둡게 보인다. 주사전자현미경은 대략 200,000배까지 확대를 제공할 수 있으며, 더 높을 수도 있다.Scanning electron microscopy (SEM) is another form of electron microscopy, in which an electron beam is focused on a point and scanned on the surface of a specimen. The detector collects back-scattered reflected secondary electrons or electrons from the surface and converts the collected electrons into a signal used to generate a real three-dimensional image of the specimen. During the scanning process described above, the detector can receive smaller electrons from the depression of the surface, so the sub-regions of the surface appear darker in the generated image. The scanning electron microscope can provide magnification up to approximately 200,000 times, and may be higher.
샘플들의 횡단면을 관찰하기 위해, 집속 이온 빔(Focused Ion Beam, FIB)을 이용하여 샘플들을 후속 처리하였다.To observe the cross-section of the samples, the samples were subsequently processed using a focused ion beam (FIB).
집속 이온 빔(FIB)은 이온 빔이 샘플에 스캔되는 것 외에는 전자 빔을 사용하는 주사 전자 현미경과 유사하다. 상술한 이온 빔은 약 10 nm보다 작은 스폿 크기를 갖는 액체 금속 이온 소스(예, 갈륨)로부터 방출될 수 있다.The focused ion beam (FIB) is similar to a scanning electron microscope using an electron beam, except that the ion beam is scanned into the sample. The above-described ion beam can be emitted from a liquid metal ion source (eg, gallium) having a spot size smaller than about 10 nm.
본 실험에서 인산염완충용액(Phosphate-Buffered Saline, PBS)으로 세척 한 후, 실온에서 20 분 동안 인산염완충용액(PBS) 중의 4 % 파라포름 알데하이드로 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)를 고정시켰다.In this experiment, after washing with phosphate buffer solution (Phosphate-Buffered Saline, PBS), the mesenchymal stem cells (ASCs) derived from fat in 4% paraform aldehyde in phosphate buffer solution (PBS) were fixed for 20 minutes at room temperature.
염색하기 전에, 고정된 세포를 투과성화 시약(permeabilization agent) (0.5% Triton X-100)으로 5 분 동안 투과성화 시키고 상온(RT) 60분 동안 인산염완충용액(PBS) 중 5 % BSA(Bovine serum albumin)에서 차단시켰다.Before staining, the immobilized cells are permeabilized with a permeabilization agent (0.5% Triton X-100) for 5 minutes and 5% BSA (Bovine serum) in phosphate buffer solution (PBS) for 60 minutes at room temperature (RT). albumin).
샘플들을 37 ℃에서 1 시간 동안 BSA에서 5 %로 희석한 1 차 항체와 함께 배양시켰다. 샘플들을 인산염완충용액(PBS)로 3 번 세척하여 과잉을 제거한 후, 상온(RT)에서 30분 동안 BSA에서 5 % 희석된 형광으로 표지된 2 차 항체와 함께 배양시켰다.Samples were incubated with primary antibody diluted 5% in BSA for 1 hour at 37 ° C. Samples were washed 3 times with phosphate buffer (PBS) to remove excess, and then incubated with secondary antibody labeled with
마지막 단계에서, 세포 핵을 4′,6′디아미노-2-페닐인돌(4′,6-diamidino-2-phenylindol, DAPI)를 포함하는 용액으로 염색시켰다. 형광 이미지는 공초점 현미경(confocal microscope) 을 사용하여 획득하였다.In the last step, the cell nuclei were stained with a solution containing 4 ', 6' diamino-2-phenylindol (4 ', 6-diamidino-2-phenylindol, DAPI). Fluorescence images were acquired using a confocal microscope.
본 실험에서는 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)의 형광 이미지를 분석하여, 국소접착(FA)의 형태학적 파라미터인 형태 및 크기를 연산하고, 퍼짐성의 정도로서 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)의 면적 또한 측정하였다. 형광 이미지의 데이터를 분석한 결과는 평균 ± 표준 편차(SD)로 나타내었다.In this experiment, fluorescence images of adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) are analyzed to calculate the shape and size, which are morphological parameters of local adhesion (FA), and the area of adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) as a degree of spreadability. It was also measured. The result of analyzing the data of the fluorescence image is expressed as the mean ± standard deviation (SD).
이하 상술한 방법에 의해 배양된 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs) 및 상술한 분석 방법을 이용하여 고분자 필름(10)에 형성된 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체(110)에 따라 실제 세포의 부착성 및 퍼짐성을 조절이 가능한지 여부를 도 7 내지 도 11에서 후술하도록 한다.The actual cells according to the adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) cultured by the above-described method and the nano-
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름에 형성된 나노기둥 어레이와 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)가 접착한 모습을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.7 is a view for explaining a state in which the nano-pillar array formed on the polymer film for adhesion of a bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention adheres to adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs).
도 7(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름의 제1 표면에 형성된 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체의 형태가 나노기둥 어레이인 형태로, 상술한 나노기둥 어레이의 직경(diameters)(nm), 간격(spacing)(nm), 나노기둥의 상부 표면적(μm2) 및 나노기둥 어레이 면적 분율(%)에 따라 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름을 제1 내지 제3 샘플로 분류한 것을 나타낸 것이다.Figure 7 (a) is a nanostructure having a nano-pattern of a predetermined shape formed on the first surface of the polymer film for bio-artificial insert adhesion according to an embodiment of the present invention in the form of a nano-column array, the above-described nano Depending on the diameter (nm) of the columnar array (nm), spacing (nm), the upper surface area (μm2) of the nanopillar and the area fraction of the nanopillar array (%), the polymer film for adhesion of bio-artificial inserts is 1 to 1 It shows the classification by 3 samples.
도 7(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 국소접착(FA) 크기가 제1 샘플에서의 나노기둥의 상부 표면적보다 더 큰 것을 나타낸다. 상술한 결과는 국소접착(FA)은 나노 구조체들 간의 간격을 뛰어넘어 크기가 증가하며, 국소접착(FA)의 실제적인 접촉 면적은 제안된 관측치보다 더 작을 수 있음을 나타낸다. 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)의 유효 접촉 면적 분율은 하나의 나노 기둥의 상부 표면적을 따라 선형적으로 증가하는 경향을 확인할 수 있다.Referring to Figure 7 (a), it shows that the size of the local adhesive (FA) according to an embodiment of the present invention is larger than the upper surface area of the nanopillar in the first sample. The above results indicate that the local adhesion (FA) increases in size over the space between the nanostructures, and the actual contact area of the local adhesion (FA) may be smaller than the proposed observation. The effective contact area fraction of adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) can be confirmed to increase linearly along the upper surface area of one nanopillar.
도 7(b)는 제1 내지 제3 샘플에 부착된 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)를 주사전자현미경(SEM)으로 획득한 이미지를 나타낸 것이다.7 (b) shows images obtained by scanning electron microscopy (SEM) of adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) attached to the first to third samples.
구체적으로, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노기둥 어레이가 형성된 고분자 필름에 세포 접착을 위한 ECM 리간드를 제공하도록 고분자 필름에 형성된 나노기둥에 피브로넥틴의 ECM 단백질로 코팅하여 세포막에 위치한 인테그린과 결합시킨 결과를 나타낸 것이다.Specifically, FIG. 7 (b) is coated with a fibronectin ECM protein on a nanopillar formed on a polymer film to provide an ECM ligand for cell adhesion to a polymer film formed with a nanopillar array according to an embodiment of the present invention. It shows the result of combining with integrin located.
도 7(b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)(30)가 24 시간 배양 후 고분자 필름에 형성된 나노기둥 어레이(110)의 상부 표면에 접착됨으로써, 나노기둥 어레이(110)에 따른 세포의 접착성과 퍼짐성의 정도를 나타내는 세포의 생착여부를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7 (b), the adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) 30 according to an embodiment of the present invention are adhered to the upper surface of the
상술한 24 시간 배양 후 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)(30)의 밀도는 제1 샘플에서 28 ± 3(cells/mm2), 제2 샘플에서 26 ± 1(cells/mm2) 및 제3 샘플에서 32 ± 9 (cells/mm2)로 측정되었다. 상술한 결과는 시딩 세포의 밀도가 약 50 (cells/mm2)이기 때문에 나노기둥 어레이(110)와 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)(30)의 접착율이 약 55 % -60 % 인 것으로 해석할 수 있다. 따라서, 이산적인 나노 구조의 다양한 크기의 영향이 줄기 세포의 접착률에서는 매우 작음을 확인할 수 있다.The density of adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) 30 after the above-described 24 hour culture is 28 ± 3 (cells / mm2) in the first sample, and 26 ± 1 (cells / mm2) and the third sample in the second sample. At 32 ± 9 (cells / mm2). The above results indicate that the seeding cell density is about 50 (cells / mm2), so the adhesion rate between the
구체적으로, 도 7(b)에서 하단에 1 마이크로미터(μm)로 확대된 도면은 집속 이온 빔(Focused Ion Beam, FIB)을 이용하여 부착된 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)(30)의 단면을 관찰한 것을 나타낸 것으로, 관찰 결과 제1 내지 제3 샘플 모두에서 나노기둥 어레이(110) 간 틈이 관찰되었고, 이에 따라 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)(30)가 나노기둥 어레이(110)의 상부 표면에서만 세포가 접착하고 있으며, 즉 나노기둥 어레이(110)의 상부 표면만 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)(30)와 상호작용 하는 것을 확인할 수 있다.Specifically, in FIG. 7 (b), an enlarged view of 1 micrometer (μm) at the bottom of the adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) 30 attached using a focused ion beam (Focused Ion Beam, FIB) As a result of observing the cross section, as a result of observation, a gap between the
상술한 결과는 인테그린-ECM 클러스터링을 보여주는 접착 부위의 국소화에 대한 필수적인 전제 조건이었으며, 나노기둥 어레이(110)가 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)(30)에 이산적으로 접착 부위를 제공한다는 것을 확인할 수 있다.The above results were essential prerequisites for localization of the adhesion sites showing integrin-ECM clustering, and that the
따라서, 상술한 결과는 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)(30)가 나노기둥 어레이(110)의 표면에서만 접착하고 나노기둥 어레이(110) 간 간격의 빈 공간에 해당하는 틈새로 들어가지 않는 것을 확인할 수 있다.Therefore, the above results indicate that the adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) 30 adhere only to the surface of the
도 7(c)는 도 7(b)에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 샘플 및 제3 샘플 각각에 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)(30)가 접착된 모습을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것으로, 국소접착(FA)의 크기에 따라서 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)(30)의 퍼짐성이 변하는 것을 나타내는 도면이다. 7 (c) is a view for explaining a state in which adipocyte-derived mesenchymal stem cells (ASCs) 30 are attached to each of the first sample and the third sample according to an embodiment of the present invention in FIG. 7 (b). It is a diagram showing that the spreadability of adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) 30 changes according to the size of a local adhesion (FA).
도 7(b)에서 제1 샘플에 해당하는 나노기둥 어레이(110)과 제3 샘플에 해당하는 나노기둥 어레이(110)에 각각 접착된 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)(30)의 퍼짐성이 다른 것을 확인할 수 있으며, 도 7(c)은 상술한 제1 샘플 및 제3 샘플 각각에 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)(30)가 접착된 모습을 도시한 것으로 도 7(c)를 참조하면 상술한 제1 및 제3 샘플에 해당하는 각각의 나노기둥 어레이(110) 표면에서 국소접착(FA)의 크기가 크면 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)(30)의 퍼짐이 덜하고, 이와 반대로 국소접착(FA)의 크기가 작으면 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)(30)가 더 많이 퍼질 수 있다.In FIG. 7 (b), the spreadability of adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) 30 adhered to the
이때 나노기둥 어레이(110)가 국소접착(FA)의 크기를 조절할 수 있는 것은 인테그린-ECM 결합의 수를 나노기둥 어레이(110) 표면의 크기에 상관없이 비슷하게 형성하기 위해서다.At this time, the
국소접착(FA)을 형성하는 단백질 복합체의 크기가 나노기둥 어레이(110) 구조의 간격을 뛰어넘으면서 나노기둥 어레이(110) 간 사이에 해당하는 빈 공간에 다리를 형성하면서 증가하기 때문이다.This is because the size of the protein complex forming the local adhesion (FA) increases while forming a bridge in an empty space between the
이에 따라 상술한 국소접착(FA)과 나노기둥 어레이(110)가 인테그린-ECM 결합을 하면서 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)(30)가 제1 및 제3 샘플 각각에서 접착될 수 있으며, 상술한 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)(30)의 F-액틴과 α-액틴으로부터 국소접착(FA)을 확인할 수 있다. Accordingly, while the above-described topical adhesion (FA) and the
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 국소접착(FA)의 형성에 따른 세포와의 접착에서, 세포가 나노 구조체의 표면에 접착하는 유효접촉면적을 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining an effective contact area in which cells adhere to the surface of a nanostructure in adhesion to cells according to formation of a local adhesion (FA) according to an embodiment of the present invention.
도 8(a)는 국소접착(FA)에 따른 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)와 나노기둥 어레이(110) 간의 유효 접촉 면적을 나타낸 것이다.8 (a) shows the effective contact area between the adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) and the
상술한 나노기둥 어레이(110)에 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)가 부착하는 경우, 유효 접촉 면적은 국소접착(FA)의 면적 중 국소접착(FA)에 의해 가려진 나노기둥 어레이(110) 간 빈 공간(120)을 제외한 실제 나노기둥 어레이(110)의 면적과 접촉하는 면적을 나타낸다.When adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) are attached to the above-described
도 8(a)를 참조하면, 상술한 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)와 나노 구조체 간의 유효 접촉 면적을 이용하여 표 1에서 제1 내지 제3 샘플들 각각의 나노기둥 어레이의 면적 비율(%)을 산출할 수 있으며, 상술한 유효접촉면적은 도 7(a) 및 후술하는 도 11(a)에서 확인할 수 있다.Referring to Figure 8 (a), using the effective contact area between the above-mentioned adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) and nanostructures, the area ratio (%) of the nanopillar array of each of the first to third samples in Table 1 ) Can be calculated, and the above-described effective contact area can be confirmed in FIG. 7 (a) and FIG. 11 (a) described later.
도 8(b)는 국소접착(FA)의 유효 접촉 면적이 계산된 결과를 나타낸 것이다.8 (b) shows the result of calculating the effective contact area of the local adhesive (FA).
도 8(b)를 참조하면, 제1 내지 제3 샘플 간 국소접착(FA)의 평균 크기 차이는 상당히 감소했으며, 국소접착(FA)의 유효 접촉 면적은 제1 샘플에서 0.77 ± 0.52(μm2), 제2 샘플에서 0.63 ± 0.39(μm2) 및 제3 샘플에서 0.82 ± 0.47(μm2)인 것을 확인할 수 있다. 상술한 결과는 국소접착(FA)의 크기 정도가 나노기둥의 면적 분율과 관련이 있는 것을 나타낸다.Referring to FIG. 8 (b), the average size difference of the local adhesion (FA) between the first and third samples was significantly reduced, and the effective contact area of the local adhesion (FA) was 0.77 ± 0.52 (μm2) in the first sample. , It can be seen that 0.63 ± 0.39 (μm2) in the second sample and 0.82 ± 0.47 (μm2) in the third sample. The above results indicate that the degree of local adhesion (FA) is related to the area fraction of the nanopillar.
도 7(c)와 함께 참조하면 상술한 실험 결과는 나노기둥 어레이(110)의 표면에 형성되는 인테그린-ECM 복합체의 실제 면적 및 나노기둥 어레이(110) 표면의 유효접촉면적에 의해서 국소접착(FA)의 크기가 조절됨을 확인할 수 있으며, 이에 의헤 견인력을 발생할 수 있는 액틴 필라멘트들(actin filaments)와 같은 세포 내 골격의 형성에 따라서 세포의 퍼짐성이 조절되는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7 (c), the above-described experimental results show local adhesion (FA) by the actual area of the integrin-ECM complex formed on the surface of the
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조에 의해 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)의 형태학적 변화가 유도되는 것을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.9 is a view for explaining that the morphological change of adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) is induced by the nano-structure according to an embodiment of the present invention.
도 9(a)는 세포의 형태와 세포접착에 연관된 단백질인 F-액틴와 빈쿨린의 발현 및 분포를 확인하기 위해, 형광염색된 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)를 나타낸 것이다.FIG. 9 (a) shows fluorescently stained adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) to confirm the expression and distribution of F-actin and vinculin, proteins related to cell morphology and cell adhesion.
상술한 F-액틴은 세포 내 골격구조를 형성하는 역할을 하며 국소접착(FA)과 연결되어 국소접착(FA)으로부터의 신호를 세포 내로 전달하고, 세포의 형태를 유지할 수 있다.The above-described F-actin serves to form a skeletal structure in the cell and is connected to a local adhesion (FA) to transmit a signal from the local adhesion (FA) into the cell and maintain the shape of the cell.
상술한 빈쿨린은 국소접착(FA)이라 불리는 단백질복합체를 이루는 단백질의 종류 중 하나로, 국소접착(FA)은 세포의 내 외부를 연결하고, 세포 외부로부터의 신호를 내부로 전달하고, 세포의 접착을 유지하는 역할을 할 수 있다.The above-described Vinculin is one of the types of proteins constituting a protein complex called a local adhesion (FA), and the local adhesion (FA) connects the inside and outside of the cell, transmits a signal from outside the cell to the inside, and adheres to the cell. It can serve to maintain.
본 실험에서는 세포의 면적을 세포 내 골격구조를 형성하는 F-액틴 단백질의 분포를 통하여 측정하였다. In this experiment, the area of the cells was measured through the distribution of F-actin proteins that form the intracellular skeletal structure.
도 9(b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 형광 이미지로부터 측정 된 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)의 평균 면적은 제1 샘플에서 1894 ± 602(μm2), 제2 샘플에서 2457 ± 1146(μm2) 및 제3 샘플에서 3001 ± 1237(μm2)인 것을 확인할 수 있다. 세포의 퍼짐성은 제1 샘플에서 제3 샘플로 갈수록 증가하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9 (b), the average area of adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) measured from a fluorescence image according to an embodiment of the present invention is 1894 ± 602 (μm2) in the first sample, and in the second sample It can be seen that 2457 ± 1146 (μm2) and 3001 ± 1237 (μm2) in the third sample. It can be seen that the spreadability of the cells increases from the first sample to the third sample.
도 9(c) 및 도 9(d)는 복수 개의 샘플들 간의 F-액틴 및 빈쿨린 발현의 차이를 나타낸 도면이다. 상술한 단백질 발현은 세포 면적 당 평균 픽셀 강도에 기초하여 비교하였으며, 이때 한 픽셀의 최대 강도는 255에 해당하는 경우를 나타낸다.9 (c) and 9 (d) are views showing differences in F-actin and vinculin expression among a plurality of samples. The above-described protein expression was compared based on the average pixel intensity per cell area, where the maximum intensity of one pixel corresponds to 255.
도 9(c) 및 도 9(d)를 참조하면, F-액틴과 빈쿨린 모두에 대한 단백질 발현은 제1 샘플의 표면에서 가장 높은 것을 확인할 수 있으며, 나노 구조가 커질수록 F-액틴과 빈쿨린 모두에 대한 단백질 발현이 약간씩 감소되는 것을 확인할 수 있다.9 (c) and 9 (d), it can be seen that protein expression for both F-actin and vinculin is highest on the surface of the first sample, and as the nanostructure becomes larger, F-actin and bin It can be seen that protein expression for all of the coolins is slightly decreased.
상술한 제1 내지 제3 샘플들 간 형태학적 변화의 현저한 차이는 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)의 가장자리 쪽에 있는 국소접착(FA)의 크기였다.A significant difference in the morphological changes between the above-described first to third samples was the size of the local adhesion (FA) at the edge of adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs).
국소접착(FA)인 단백질복합체의 요소에 해당하는 빈쿨린이 인테그린 접착과 액틴 세포골격 간의 연관성을 만들었으므로, F-액틴과 빈쿨린이 대개 국소접착(FA)를 확인하는데 사용되었다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 국소접착(FA)의 크기는 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs) 가장자리에서 빈쿨린의 면적에 의해 특정지을 수 있다.F-actin and vinculin were usually used to confirm local adhesion (FA), as vinculin, a component of the protein complex that is a local adhesion (FA), made an association between integrin adhesion and actin cytoskeleton. The size of the local adhesion (FA) according to an embodiment of the present invention may be specified by the area of vinculin at the edge of adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs).
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 국소접착(FA)의 평균 면적과 나노 구조체의 크기의 관계를 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.10 is a view for explaining the relationship between the average area of the local adhesive (FA) and the size of the nanostructure according to an embodiment of the present invention.
도 10(a)를 참조하면, 상술한 세포 퍼짐성은 가장자리에 위치한 국소접착(FA) 복합체와 관련이 있으므로, 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)가 나노 구조체와 접착하면서 나타나는 세포의 가장자리에 위치하여 세포내 골격구조를 확인하는데 사용되는 F-액틴과 연결된 국소접착(FA)을 확인할 수 있다.Referring to Figure 10 (a), since the above-mentioned cell spreadability is related to the local adhesion (FA) complex located at the edge, the fat-derived mesenchymal stem cells (ASCs) are located at the edge of the cell appearing while adhering to the nanostructure. Local adhesion (FA) associated with F-actin, which is used to identify intracellular skeletal structures, can be identified.
도 10(b)를 참조하면, 국소접착(FA)의 평균 면적은 나노 구조체의 크기가 증가함에 따라 감소하는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 제1 샘플 내지 제3 샘플에서 나노 구조의 크기가 커짐에 따라 국소접착(FA)의 면적 분포가 좁아졌으며, 국소접착(FA)의 평균 면적은 제1 샘플에서 3.00 ± 2.03(μm2), 제2 샘플에서 2.30 ± 1.42(μm2) 및 제3 샘플에서 1.73 ± 0.79(μm2)인 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 10 (b), it can be seen that the average area of the local adhesive (FA) decreases as the size of the nanostructure increases. Specifically, the area distribution of the local adhesive (FA) was narrowed as the size of the nanostructure increased in the first to third samples, and the average area of the local adhesive (FA) was 3.00 ± 2.03 (μm2) in the first sample. , 2.30 ± 1.42 (μm2) in the second sample and 1.73 ± 0.79 (μm2) in the third sample.
따라서, 표면적이 큰 나노 기둥에서 국소접착(FA)의 크기 변화가 작았으며, 고분자 필름에 형성된 크기가 작은 나노 기둥은 국소접착(FA)의 크기 정도를 유도했으므로, 상술한 국소접착(FA)의 면적 분포 및 평균 크기의 결과는 고분자 필름에 형성된 나노기둥이 크기가 큰 경우 보다 안정적으로 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)가 접착할 수 있는 접착 부위를 제공했음을 나타낸다.Therefore, the size change of the local adhesion (FA) in the nano-pillar having a large surface area was small, and the nano-pillar having a small size formed on the polymer film induced the size of the local adhesion (FA), so that the above-described local adhesion (FA) was The results of the area distribution and the average size indicate that, when the nanopillar size formed on the polymer film is large, a fat-derived mesenchymal stem cell (ASCs) is provided with an adhesion site capable of adhesion.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노기둥 어레이에 의해 조절된 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)의 국소접착(FA)의 크기와 세포의 퍼짐성과의 관계를 나타낸 도면이다.11 is a view showing the relationship between the size of the local adhesion (FA) of fat-derived mesenchymal stem cells (ASCs) regulated by the nanopillar array according to an embodiment of the present invention and the spreadability of the cells.
도 11(a)는 나노기둥의 유효 접촉 면적과 나노기둥의 상부 표면적과의 관계를 나타낸 도면으로, 도 11(a)를 참조하면 선형 회귀 분석에서 결정 계수 r2는 0.99를 나타내며, 나노기둥의 유효 접촉 면적이 증가할수록 나노기둥의 상부 표면적도 증가하는 비례관계로 제1 샘플의 경우 나노기둥의 유효 접촉 면적과 나노기둥의 상부 표면적 모두 가장 작으므로 제3 샘플의 경우 나노기둥의 유효 접촉 면적과 나노기둥의 상부 표면적 모두 제1 샘플 및 제2 샘플보다 큰 것을 확인할 수 있다.FIG. 11 (a) is a view showing the relationship between the effective contact area of the nanopillar and the upper surface area of the nanopillar. Referring to FIG. 11 (a), the coefficient of determination r2 in the linear regression analysis shows 0.99, and the effectiveness of the nanopillar As the contact area increases, the upper surface area of the nanopillar also increases, so the effective contact area of the nanopillar and the upper surface area of the nanopillar are the smallest for the first sample. It can be seen that both the upper surface areas of the pillars are larger than the first sample and the second sample.
도 11(b)는 나노기둥의 상부 표면적과 국소접착(FA)의 평균 면적간의 관계를 나타낸 도면으로, 도 11(b)를 참조하면, 나노기둥의 상부 표면적이 증가할수록 국소접착(FA)의 평균 면적이 감소하는 반비례 관계인 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 나노기둥의 상부 표면적이 가장 작은 제1 샘플이 제2 및 제3 샘플보다 국소접착(FA)의 평균 면적이 크며, 나노기둥의 상부 표면적이 가장 큰 제3 샘플이 제1 및 제2 샘플보다 국소접착(FA)의 평균 면적이 작은 것을 확인할 수 있다.FIG. 11 (b) is a view showing the relationship between the upper surface area of the nanopillar and the average area of the local adhesive (FA). Referring to FIG. 11 (b), as the upper surface area of the nanopillar increases, the local adhesive (FA) It can be seen that the average area is inversely proportional to decrease, and accordingly, the first sample having the smallest upper surface area of the nanopillar has a larger average area of local adhesion (FA) than the second and third samples, and the upper surface area of the nanopillar It can be seen that the largest third sample has a smaller average area of local adhesion (FA) than the first and second samples.
도 11(c)를 참조하면, 선형 회귀 분석에서 결정 계수 r2는 0.97을 나타내며, 지방 유래 중간엽 줄기세포(ASCs)의 평균 면적이 국소접착(FA)의 평균 면적에 반비례하는 것을 확인할 수 있다. 상술한 상관 관계는 국소접착(FA) 크기 측정을 통해 세포 퍼짐성에 대한 예측이 가능하며 이를 통하여 나노 구조를 이용하여 세포의 거동을 조절할 수 있다.Referring to FIG. 11 (c), in the linear regression analysis, the determination coefficient r2 represents 0.97, and it can be confirmed that the average area of adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) is inversely proportional to the average area of local adhesion (FA). The above-described correlation can predict cell spreadability through measurement of local adhesion (FA) size, and through this, the behavior of cells can be controlled using a nanostructure.
따라서, 상술한 도 7 내지 도 11의 실험 결과에 따라 나노기둥 어레이가 국소접착(FA) 형성을 위한 초기 단계인 인테그린 결합을 위한 제한된 접착 부위를 제공하는 것을 확인할 수 있으며, 세포 퍼짐성은 줄기 세포를 다양한 세포주로 분화시키는 것과 관련이 있으므로 상술한 나노기둥 어레이를 가지는 고분자 필름은 줄기 세포의 접착, 생존력 및 분화를 조절할 수 있는 기능성을 가지므로, 상술한 나노기둥 어레이가 형성된 고분자 필름이 생체인공삽입물과 부착되어 상술한 기능성을 생체인공삽입물에 제공할 수 있다.Accordingly, it can be confirmed that the nanopillar array provides a limited adhesion site for integrin binding, which is an initial step for forming a local adhesion (FA), according to the experimental results of FIGS. Since it is related to differentiation into various cell lines, the polymer film having the nanopillar array described above has a function of controlling adhesion, viability, and differentiation of stem cells, and thus the polymer film formed with the nanopillar array described above is a bio-artificial insert. It can be attached to provide the above-described functionality to the bio-insert.
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름의 나노 구조는 줄기세포에 적용하는 경우 나노 구조를 이용하여 줄기세포의 분화 과정을 조절할 수 있다. 예를 들어, 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름의 표면에 형성한 나노 스케일의 나노 접점의 간격에 따라 줄기 세포의 분화 능력이 달라질 수 있으며, RGD 단백질의 나노 간격에 따라 줄기 세포의 조골세포 및 지방 세포로의 분화능이 달라질 수 있다.The nanostructure of the polymer film for adhesion of a bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention can control the differentiation process of stem cells using a nanostructure when applied to stem cells. For example, the differentiation ability of stem cells may vary according to the spacing of nano-scale nano-contacts formed on the surface of the polymer film for adhesion of a bio-artificial insert, and osteoblasts and adipocytes of stem cells according to the nano-gap of RGD protein Differentiation capacity of the furnace may vary.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.12 is a view for explaining a method for manufacturing a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 생체인공삽입물이 생체 내의 삽입 부위에 위치하는 세포와 접착하도록 세포의 거동에 따라 세포와의 접착성을 조절하는 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체를 몰드 재료(mold material) 표면에 형성한다(S1210).Referring to FIG. 12, a nanostructure having a nano-pattern of a predetermined shape that controls adhesion to a cell according to the behavior of the cell so that the bio-artificial insert adheres to the cell located at the insertion site in the living body is a mold material (mold material) ) Is formed on the surface (S1210).
상술한 나노 패턴을 가지는 나노 구조체를 몰드 재료 표면에 형성하는 구체적인 방법은 도 14에서 후술하도록 한다.A detailed method of forming the nanostructure having the above-described nano pattern on the surface of the mold material will be described later in FIG. 14.
몰드 재료에 형성된 나노 구조체를 고분자 필름에 전사하여 세포와 접착하는 고분자 필름의 제1 표면에 나노 구조체를 형성한다(S1220).The nanostructure formed in the mold material is transferred to the polymer film to form a nanostructure on the first surface of the polymer film that adheres to the cells (S1220).
구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상술한 몰드 재료 표면에 형성된 나노 구조체를 고분자 필름으로 전사하는 방법으로, 소프트 리소그래피(Soft lithography), 모세관력 리소그래피(capillary force lithography, CFL) 또는 마이크로/나노 임프린팅(Micro/Nano imprinting)과 같은 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 공정을 나노 공정으로 대체하는 제조 방법을 이용하여 상술한 몰드 재료 표면에 형성된 나노 구조체를 고분자 필름으로 전사할 수 있다.Specifically, according to an embodiment of the present invention, as a method of transferring a nanostructure formed on the surface of the mold material to a polymer film, soft lithography, capillary force lithography (CFL) or micro / nano The nano-structure formed on the surface of the mold material described above may be transferred to a polymer film using a manufacturing method that replaces a microelectromechanical system (MEMS) process such as imprinting (Micro / Nano imprinting) with a nano-process.
상술한 소프트 리소그래피는 유연한 유기질 재료인 탄성 중합체 스탬프나 몰드(mold)로 미세패턴을 만들어 기판으로 전이하는 방법을 나타낸다.The above-described soft lithography shows a method of making a fine pattern with an elastic polymer stamp or mold, which is a flexible organic material, and transferring it to a substrate.
상술한 방법에 의해 제1 표면에 형성된 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체를 포함하는 고분자 필름은 생체에 삽입되는 생체인공삽입물이 삽입 부위에 위치되도록 삽입 부위에 위치하는 세포와 생체인공삽입물의 결합을 용이하게 하기 위한 용도를 가질 수 있다.The polymer film including the nano-structure having a nano-pattern of a predetermined shape formed on the first surface by the above-described method, the bio-insert of the cell and the bio-insert inserted in the insertion site so that the bio-insert inserted in the body is located in the insertion site It can have a use for facilitating bonding.
상술한 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체의 형태는 도 3에서 전술한바와 같이 다양한 형태일 수 있으며 자세한 설명은 생략하도록 한다.The shape of the nano-structure having the nano-pattern of a predetermined shape as described above may be various shapes as described above in FIG. 3, and a detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름의 제조 방법은 세포 제어의 기능을 가진 나노구조 특성을 가진 유연성 몰드를 제작하고, 제작된 유연성 몰드에 고분자 전구체(precursor)를 붓고 분리가능한 필름을 덮어 경화시킨 후 겉필름을 제거한 후, 커플링 가능한 고분자를 붙인 후 고분자 필름을 몰드에서 떼어내어 상술한 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름을 제조할 수 있다.The method of manufacturing a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention produces a flexible mold having a nanostructure characteristic with a function of cell control, and a polymer precursor (precursor) is poured into the flexible mold and is removable. After the film is covered and cured to remove the outer film, the polymer film for adhesion to the bio-artificial insert can be prepared by removing the polymer film from the mold after attaching the coupling polymer.
상술한 고분자 필름의 제1 표면에 나노 구조체를 형성하는 구체적인 방법은 도 13에서 후술하도록 한다.A detailed method of forming the nanostructure on the first surface of the above-described polymer film will be described later in FIG. 13.
제1 표면에 나노 구조체가 형성된 고분자 필름을 생체인공삽입물에 부착한다(S1230).A polymer film having a nanostructure formed on a first surface is attached to a bio-artificial insert (S1230).
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물은 관절, 척추, 판막 등 정형외과용 임플란트, 치과용 임플란트, 혈관계 스텐트, 비혈관계 스텐트, 삽입형 주사장치, 페이스 메이커(pace maker) 및 인공 장기로 구성된 군에서 선택될 수 있으며, 또한 생체인공삽입물은 티타늄, 스테인레스 스틸, 코발트, 금, 은, 백금, 마그네슘 또는 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택될 수 있으나, 상술한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.The artificial prosthesis according to an embodiment of the present invention is a group consisting of an orthopedic implant such as a joint, a spine, and a valve, a dental implant, a vascular stent, a non-vascular stent, an implantable injection device, a face maker, and an artificial organ It may be selected from, and the bio-artificial insert can also be selected from the group consisting of titanium, stainless steel, cobalt, gold, silver, platinum, magnesium or alloys thereof, but the above-described examples describe one embodiment of the present invention. This is only an example for, but is not limited to.
상술한 고분자 필름을 생체인공삽입물에 부착하는 구체적인 방법은 도 15에서 후술하도록 한다.A specific method of attaching the above-described polymer film to the bio-artificial insert will be described later in FIG. 15.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고분자 필름의 표면에 나노 구조체를 형성하는 구체적인 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.13 is a flowchart illustrating a specific method of forming a nanostructure on the surface of a polymer film according to an embodiment of the present invention.
도 13을 참조하면, 나노 임프린트 리소그래피 공정을 이용하여 몰드 재료에 형성된 나노 구조체로부터 고분자 몰드에 나노핏(nanopit)을 형성한다(S1221).Referring to FIG. 13, a nanopit is formed in a polymer mold from a nanostructure formed in a mold material using a nanoimprint lithography process (S1221).
상술한 고분자 몰드에 나노핏을 형성하는 구체적인 방법은 도 14를 함께 참조하여 설명하도록 한다.A detailed method of forming the nano-fit on the above-described polymer mold will be described with reference to FIG. 14 together.
나노핏이 형성된 고분자 몰드에 고분자 전구체(precursor)를 붓고 분리가능한 겉필름을 덮어 경화시킨다(S1222).A polymer precursor is poured into the polymer mold on which the nano-pit is formed, and a separable outer film is covered and cured (S1222).
본 발명의 일 실시 예에 따른 나노핏 구조의 고분자 몰드 중앙에 폴리우레탄 아크릴레이트(polyurethane acrylate, PUA) 전구체를 몇 방울 떨어뜨릴 수 있다.A few drops of a polyurethane acrylate (PUA) precursor may be dropped in the center of the polymer mold of the nano-pit structure according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시 예에 따른 나노핏 구조의 고분자 몰드 중앙에 떨어진 용액은 더 나은 접착력을 위해 18mm 직경과 약간 에칭된 유리 커버슬립(glass coverslip)으로 덮은 후, 모세관 힘에 의해 나노핏 구조의 몰드와 커버슬립(coverslip) 간의 비어있는 공간이 없도록 만들 수 있다.The solution dropped in the center of the polymer mold of the nano-pit structure according to an embodiment of the present invention is covered with an 18 mm diameter and a slightly etched glass coverslip for better adhesion, and the mold of the nano-pit structure by capillary force It can be made so that there is no empty space between and the coverslip.
상술한 방법에 의해 생성된 본 발명의 일 실시 예에 따른 샘플은 자외선(UV)(300mJ/cm2) 하에서 경화될 수 있다.The sample according to an embodiment of the present invention produced by the above-described method may be cured under ultraviolet light (UV) (300 mJ / cm 2).
단, 상술한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.However, the above-described example is only an example for explaining an embodiment of the present invention, but is not limited thereto.
경화된 고분자 전구체를 덮는 겉필름을 제거한다(S1223).The outer film covering the cured polymer precursor is removed (S1223).
본 발명의 일 실시 예에 따르면 날카로운 면도기를 사용하여 나노핏 구조의 고분자 몰드로부터 경화된 용액을 매우 조심스럽게 벗겨낸 후 샘플을 하룻밤 동안 종결을 위해 추가적으로 경화시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the cured solution can be very carefully peeled from the polymer mold of the nano-fit structure using a sharp razor, and then the sample can be further cured for overnight termination.
겉필름이 제거된 고분자 전구체를 고분자 몰드로부터 분리시킨다(S1224).The polymer precursor from which the outer film is removed is separated from the polymer mold (S1224).
구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 자외선(UV)으로 멸균 후 세포 접착을 위한 ECM 리간드를 제공하도록 피브로넥틴(fibronectin)을 코팅한 후 완전히 경화된 샘플을 에틸 알코올(ethyl alcohol) 및 탈이온수(deionized(DI) water)로 헹굼으로써, 상술한 나노기둥 어레이가 형성된 고분자 필름을 제조할 수 있다.Specifically, according to an embodiment of the present invention, after coating with fibronectin to provide ECM ligand for cell adhesion after sterilization with ultraviolet light (UV), a completely cured sample is treated with ethyl alcohol and deionized water ( By rinsing with deionized (DI) water), a polymer film having the above-described nanopillar array can be prepared.
도 14는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름의 제조 방법을 구체적으로 설명하는 도면을 나타낸 것이다.14 is a view for explaining in detail a method of manufacturing a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름에 형성된 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체가 나노기둥 어레이인 경우에, 고분자 필름을 제조하는 하는 방법을 예를 들어 설명하도록 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.In the case where the nanostructure having a nano-pattern of a predetermined shape formed on a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention is a nanopillar array, a method for manufacturing a polymer film will be described as an example, It is not limited to this.
도 14(a) 내지 도 14(c) 를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 Si, quartz, glass 등의 몰드 재료(mold material)(50) 표면에 나노/마이크로 구조(51)를 형성할 수 있다.14 (a) to 14 (c), according to an embodiment of the present invention, nano /
상술한 몰드 재료(50) 표면에 나노/마이크로 구조(51)를 형성하는 방법으로 포토리소그래피(photolithography), 전자 빔 리소그래피(eletron beam lithography), 건식 및 습식 식각 공정(dry and wet etching process)과 같은 마이크로 전자 기계 시스템(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS) 공정 또는 나노 전자 기계 시스템(Nano Electro Mechanical System, NEMS) 공정을 이용할 수 있으나, 상술한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.As a method of forming the nano /
본 발명의 일 실시 예에 따르면 폴리스티렌 비드(polystyrene bead)(40)를 이용하여 석영 글래스(quart glass)(50)로부터 석영 나노기둥 어레이(51)를 생성할 수 있다. 상술한 석영 나노기둥 어레이(51)에서 나노기둥의 크기와 나노기둥 어레이(51)의 간격은 폴리스티렌 비드(40)의 크기에 의해 조절될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a
상술한 고분자 필름(10)에 나노기둥 어레이(110)를 형성하기 위해 모세관력 리소그래피를 두 번 반복할 수 있다.Capillary force lithography may be repeated twice to form the
도 14(d) 를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상술한 방법에 의해 제조된 석영(quartz) 나노기둥 어레이(51)를 이용하여 나노핏 구조의 고분자 몰드(60)를 생성하는데 첫 번째 리소그래피 공정이 사용될 수 있다.Referring to Figure 14 (d), using the quartz (quartz) nano-
콜로이드 리소그래피(colloidal lithography)를 사용하여 상술한 나노핏 구조의 고분자 몰드(60)를 제조할 수 있다. 상술한 콜로이드 리소그래피를 사용하는 경우 다양한 크기의 나노파티클들(nanoparticles)을 사용하는 나노기둥 어레이에 대한 다양한 피치 제어가 가능한 장점이 있다.The colloidal lithography may be used to manufacture the
도 14(e) 를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 첫 번째 리소그래피 공정에 의해 생성된 나노핏 구조의 고분자 몰드(60)로부터 고분자 필름(10)에 나노기둥 어레이(110)를 형성하도록 두 번째 리소그래피 공정이 사용될 수 있다.Referring to FIG. 14 (e), the
본 발명의 일 실시 예에 따른 몰드 재료(50) 표면에 형성된 나노/마이크로 구조(51)를 고분자 필름(10)으로 전사하는 방법에서 몰드는 Si 웨이퍼(wafer)에 형성된 구조와 상술한 방법에 의해 전사된 고분자 필름에 형성된 구조를 모두 이용할 수 있다.In the method of transferring the nano /
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체가 형성된 고분자 필름을 생체인공삽입물에 부착하는 구체적인 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.15 is a flowchart illustrating a specific method of attaching a polymer film formed with a nanostructure to a bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention.
도 15를 참조하면, 고분자 필름의 표면 및 생체인공삽입물의 표면을 각각 물리적 방법 또는 화학적 방법을 이용하여 활성화한다(S1231).15, the surface of the polymer film and the surface of the bio-artificial insert are activated using a physical method or a chemical method, respectively (S1231).
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름의 표면 및 생체인공삽입물의 표면을 각각 아르곤, 산소, 질소, 수증기 및 암모니아 중에서 선택된 어느 하나 혹은 이들의 혼합으로 이루어진 기체를 이용하여 플라즈마 또는 이온빔으로 처리하는 물리적인 방법을 이용하여 활성화시킬 수 있다.Plasma or the surface of the polymer film for adhesion of the bio-artificial insert and the surface of the bio-artificial insert according to an embodiment of the present invention using a gas consisting of any one or a mixture of argon, oxygen, nitrogen, water vapor and ammonia, respectively, or It can be activated using a physical method of treatment with an ion beam.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면 수산화 리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 수산화 칼슘과 같은 염기성 용액에 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름 및 생체인공삽입물을 각각 담그는 화학적 방법을 이용하여 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름의 표면 및 생체인공삽입물의 표면을 각각 활성화시킬 수 있다.In addition, according to another embodiment of the present invention, a bio-artificial insert using a chemical method of immersing a biofilm and a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert in a basic solution such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide or calcium hydroxide, respectively The surface of the adhesive polymer film and the surface of the bio-insert can be activated, respectively.
상술한 고분자 필름의 표면 및 생체인공삽입물의 표면을 각각 활성화시키는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.Since the specific method of activating the surface of the polymer film and the surface of the bio-artificial insert, respectively, has been described above, a detailed description thereof will be omitted.
각각 활성화된 생체인공삽입물의 표면 및 고분자 필름의 표면에 고분자 단량체를 형성한다(S1232). 상술한 고분자 단량체에 대해서는 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.Polymer monomers are formed on the surfaces of the activated bio-artificial inserts and the polymer film (S1232). Since the above-described polymer monomer has been described above, detailed description will be omitted.
생체인공삽입물의 표면 및 고분자 필름의 표면에 각각 형성된 고분자 단량체를 성장시켜 고분자 사슬을 성장시킨다(S1233). 생체인공삽입물의 표면 및 고분자 필름의 표면에 각각 성장된 고분자 사슬을 결합시킨다(S1234).The polymer chains are grown by growing polymer monomers formed on the surface of the bio-insert and the polymer film (S1233). Each grown polymer chain is bound to the surface of the bio-artificial insert and the surface of the polymer film (S1234).
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체인공삽입물의 표면 및 고분자 필름의 표면에 각각 형성된 고분자 사슬의 일부를 이황화 결합하기 위한 성질을 가지는 고분자 또는 원자로 치환하거나 특정한 사슬순서에 따라 상보적으로 결합이 가능한 고분자 또는 원자로 치환할 수 있다.A polymer capable of disulfide-bonding a part of a polymer chain formed on the surface of a bio-artificial insert and a polymer film according to an embodiment of the present invention, or a polymer capable of complementarily bonding according to a specific chain order. Or it can be substituted with an atom.
상술한 생체인공삽입물과 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름을 결합시키는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.The detailed method of bonding the above-described bio-artificial insert and the polymer film for bonding the bio-artificial insert has been described above, so a detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 일 실시 예에 따른 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체가 형성된 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름은 나노 임프린팅(nanoimpriting) 방법을 적용하여 제조할 수 있고, 이에 따라 롤투롤 공정(roll-to-roll process, R2R process)을 포함하는 대량 생산 방식에 적용할 수 있다.The polymer film for adhesion of a bio-artificial insert having a nano-structure having a nano-pattern of a predetermined shape according to an embodiment of the present invention can be prepared by applying a nanoimprinting method, and accordingly a roll-to-roll process (roll It can be applied to mass production methods including -to-roll process, R2R process).
상술한 롤투롤 공정(R2R process)은 연속 공정 중의 하나로서, 필름과 같은 얇은 소재를 회전 롤러에 감으면서 특정 물질을 도포하거나 소정 부분을 제거함으로써 새로운 기능을 갖게 하는 공정을 나타낸다. 상술한 롤투롤 공정은 대량 생산에 유리하기 때문에, 제조 비용을 낮출 수 있다.The above-described roll-to-roll process (R2R process) is one of continuous processes, and refers to a process in which a thin material such as a film is wound on a rotating roller to apply a specific material or remove a predetermined portion to have a new function. Since the roll-to-roll process described above is advantageous for mass production, it is possible to lower the manufacturing cost.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may make various modifications, changes, and substitutions without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain the scope of the technical spirit of the present invention. . The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims below, and all technical spirits within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
10: 고분자 필름 40: 폴리스티렌 비드
20: 생체인공삽입물 50: 몰드 재료
30: 지방 유래 중간엽 줄기세포 60: 고분자 몰드10: polymer film 40: polystyrene beads
20: bio-artificial insert 50: mold material
30: fat-derived mesenchymal stem cells 60: polymer mold
Claims (18)
상기 생체인공삽입물이 상기 생체 내의 삽입 부위에 위치하는 세포와 접착하도록 상기 세포의 거동에 따라 상기 세포와의 접착성을 조절하는 상기 세포와 접착하는 제1 표면에 형성된 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체를 포함하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름.In the biofilm inserted into the living body and the polymer film attached to,
The bio-artificial insert has a nano-pattern of a predetermined shape formed on a first surface that adheres to the cell that controls the adhesion to the cell according to the behavior of the cell to adhere to the cell located at the insertion site in the living body. A polymer film for adhesion of a bio-artificial insert comprising a nano-structure.
상기 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체의 크기 또는 상기 나노 패턴에 따른 상기 나노 구조체 간 간격은,
상기 세포가 상기 나노 구조체에 접착하면서 상기 나노 구조체 간의 사이의 공간을 메우도록 상기 세포의 내 외부를 연결하고 상기 세포의 외부로부터의 신호를 상기 세포의 내부로 전달하며 상기 세포의 접착을 유지하는 국소접착(Focal Adhesion, FA)의 크기를 조절하여 상기 세포가 상기 나노 구조체에 접착하면서 퍼지는 정도인 세포 퍼짐성(Cell Spreading)을 직접적으로 제어하도록 조절된 것을 특징으로 하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름.According to claim 1,
The size of the nano-structure having the nano-pattern of the preset form or the spacing between the nano-structures according to the nano-pattern,
A topical area that connects the inside and outside of the cell to fill the space between the nanostructures while the cell adheres to the nanostructure, transmits a signal from the outside of the cell to the inside of the cell, and maintains adhesion of the cell A polymer film for adhesion of a bio-artificial insert, by adjusting the size of adhesion (Focal Adhesion, FA) to directly control cell spreading, which is the degree to which the cells spread while adhering to the nanostructure.
상기 세포의 형태에 따라 상기 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체는 홈 어레이(groove array), 릿지 어레이(ridge array), 홀 어레이(hole array), 기둥 어레이(pillar array) 및 직교형의 메쉬(mesh) 형태 중에서 선택된 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름.According to claim 2,
The nano-structure having the nano-pattern of the predetermined shape according to the shape of the cell is a groove array, a ridge array, a hole array, a pillar array and an orthogonal mesh A polymer film for attaching a bio-artificial insert, characterized in that it is any one selected from (mesh) forms.
상기 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체의 크기 또는 상기 나노 패턴에 따른 상기 나노 구조체간 간격은,
상기 국소접착의 크기로부터 상기 세포 퍼짐성을 제어하도록 상기 세포의 평균 면적과 상기 국소접착(FA)의 평균 면적이 반비례하는 관계를 고려하여 조절된 것을 특징으로 하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름.According to claim 2,
The size of the nano-structure having the nano-pattern of the preset form or the spacing between the nano-structures according to the nano-pattern,
A polymer film for bioadhesive adhesion, characterized in that it is adjusted in consideration of a relationship in which the average area of the cells and the average area of the local adhesion (FA) are inversely proportional to control the cell spreadability from the size of the local adhesion.
상기 생체인공삽입물의 표면 에너지와의 차이를 조절하여 상기 생체인공삽입물의 표면과 부착하도록 상기 나노 구조체가 형성된 제1 표면 외에 상기 생체인공삽입물과 부착하려는 제2 표면에 고분자 단량체가 성장된 고분자 사슬이 형성된 것을 특징으로 하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름.According to claim 1,
A polymer chain in which a polymer monomer is grown on a second surface to be attached to the bio-artificial insert in addition to the first surface on which the nano-structure is formed to adjust the difference from the surface energy of the bio-artificial insert to adhere to the surface of the bio-artificial insert. Polymer film for adhesion of a bio-artificial insert, characterized in that formed.
상기 고분자 단량체는 락티드(lactide), 락틱산(lactic acid), 글리코라이드(glycolide), 글리콜산(glycolic acid), 카프로락톤(caprolactone), 카프로락틱산(caprolactic acid), 트리메틸렌(trimethylene) 및 카보네이트(carbonate)로 구성된 군에서 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름.The method of claim 5,
The polymer monomers are lactide, lactic acid, glycolide, glycolic acid, caprolactone, caprolactic acid, trimethylene and A polymer film for attaching a bio-artificial insert, which can be selected from the group consisting of carbonates.
상기 고분자 사슬은 상기 생체인공삽입물을 삽입하려는 피시험자로부터 추출된 염기 서열에 따라 상보적으로 결합하는 생체 고분자인 DNA 또는 RNA인 것을 특징으로 하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름.The method of claim 5,
The polymer chain is a polymer film for attaching a bio-artificial insert, characterized in that the bio-polymer is DNA or RNA that complementarily binds according to a base sequence extracted from a test subject to insert the bio-artificial insert.
상기 나노 구조체가 상기 생체 내의 삽입 부위에 위치하는 상기 세포와 접착한 이후 상기 생체 내에서 상기 고분자 필름이 생분해되도록 필폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 폴리-L-락트산(poly(L-lactic acid)), 폴리락트산-글리콜산 (polylactic-co-glycolic acid, PLGA), 폴리글리콜산(polyglycolic acid, PGA), 폴리락타이드(polylactide, PLA), 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 키토산(chitosan), 폴리트리메틸렌 카보네이트(Polytrimethylenecarbonate, PTMC) 또는 상기 고분자 군에서 선택된 둘 이상의 혼합물인 생체적합성을 가진 합성 고분자 군을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름.According to claim 1,
After the nanostructure adheres to the cells located at the insertion site in the living body, the polymer film is biodegraded in the living body so as to be biodegraded. , Polylactic-co-glycolic acid (PLGA), polyglycolic acid (PGA), polylactide (PLA), polycaprolactone (PCL), chitosan, Polytrimethylene carbonate (Polytrimethylenecarbonate, PTMC) or a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert, characterized in that it comprises a synthetic polymer group having a biocompatibility of a mixture of two or more selected from the polymer group.
상기 고분자 필름이 상기 생체 내에서 생분해되기 전 상기 생체인공삽입물이 상기 생체 내에 이식된 이후 상기 생체 내의 삽입 부위에서 상기 세포가 재생하면서 상기 생체인공삽입물이 상기 삽입 부위에 고정되도록 상기 나노 구조체가 상기 재생하는 세포와 접착한 이후 상기 고분자 필름이 상기 생체 내에서 생분해되는 것을 특징으로 하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름. The method of claim 8,
Before the biofilm is biodegraded in vivo, the nanostructure is regenerated so that the bioartificial insert is fixed to the insertion site while the cells regenerate at the insertion site in the living body after the bioinsert is implanted in the living body. A polymer film for bioadhesive adhesion, characterized in that the polymer film is biodegraded in vivo after adhesion to a cell.
상기 생체인공삽입물은 관절, 척추, 판막 등 정형외과용 임플란트, 치과용 임플란트, 혈관계 스텐트, 비혈관계 스텐트, 삽입형 주사장치, 페이스 메이커(pace maker) 및 인공 장기로 구성된 군에서 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름.According to claim 1,
The bio-artificial insert can be selected from the group consisting of orthopedic implants such as joints, spine, and valves, dental implants, vascular stents, non-vascular stents, implantable injection devices, face makers, and artificial organs. A polymer film for adhesion to a bio-artificial insert.
상기 생체인공삽입물은 티타늄, 스테인레스 스틸, 코발트, 금, 은, 백금, 마그네슘 또는 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름.According to claim 1,
The bio-artificial insert can be selected from the group consisting of titanium, stainless steel, cobalt, gold, silver, platinum, magnesium or alloys thereof.
상기 생체인공삽입물이 상기 생체 내의 삽입 부위에 위치하는 세포와 접착하도록 상기 세포의 거동에 따라 상기 세포와의 접착성을 조절하는 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체를 몰드 재료(mold material) 표면에 형성하는 단계; 및
상기 몰드 재료에 형성된 나노 구조체를 상기 고분자 필름에 전사하여 상기 세포와 접착하는 고분자 필름의 제1 표면에 상기 나노 구조체를 형성하는 단계;를 포함하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름 제조방법.In the manufacturing method of the polymer film to be attached to the bio-artificial insert to be inserted into the living body,
A surface of a mold material is a nanostructure having a nano-pattern of a predetermined shape that controls adhesion to the cell according to the behavior of the cell so that the bio-artificial insert adheres to a cell located at an insertion site in the living body. Forming on; And
A method of manufacturing a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert comprising; transferring the nano-structure formed on the mold material to the polymer film to form the nano-structure on a first surface of the polymer film that adheres to the cells.
상기 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체의 크기 또는 상기 나노 패턴에 따른 상기 나노 구조체 간 간격은,
상기 세포가 상기 나노 구조체에 접착하면서 상기 나노 구조체 간의 사이의 공간을 메우도록 상기 세포의 내 외부를 연결하고 상기 세포의 외부로부터의 신호를 상기 세포의 내부로 전달하며 상기 세포의 접착을 유지하는 국소접착(Focal Adhesion, FA)의 크기를 조절하여 상기 세포가 상기 나노 구조체에 접착하면서 퍼지는 정도인 세포 퍼짐성(Cell Spreading)을 직접적으로 제어하도록 조절된 것을 특징으로 하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름 제조방법.The method of claim 12,
The size of the nano-structure having the nano-pattern of the preset form or the spacing between the nano-structures according to the nano-pattern,
A topical area that connects the inside and outside of the cell to fill the space between the nanostructures while the cell adheres to the nanostructure, transmits a signal from the outside of the cell to the inside of the cell, and maintains adhesion of the cell A method for manufacturing a polymer film for bioadhesive adhesion, by adjusting the size of adhesion (Focal Adhesion, FA) to directly control cell spreading, which is the degree to which the cells spread while adhering to the nanostructure. .
상기 미리 설정된 형태의 나노 패턴을 가지는 나노 구조체의 크기 또는 상기 나노 패턴에 따른 상기 나노 구조체간 간격은,
상기 국소접착의 크기로부터 상기 세포 퍼짐성을 제어하도록 상기 세포의 평균 면적과 상기 국소접착(FA)의 평균 면적이 반비례하는 관계를 고려하여 조절된 것을 특징으로 하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름 제조방법.The method of claim 13,
The size of the nano-structure having the nano-pattern of the preset form or the spacing between the nano-structures according to the nano-pattern,
A method for manufacturing a polymer film for bioadhesive adhesion, characterized in that the average area of the cells and the average area of the local adhesion (FA) are adjusted in consideration of an inversely proportional relationship to control the cell spreadability from the size of the local adhesion.
상기 나노 구조체를 형성하는 단계는,
나노 임프린트 리소그래피 공정을 이용하여 상기 몰드 재료에 형성된 나노 구조체로부터 고분자 몰드에 나노핏(nanopit)을 형성하는 단계;
상기 나노핏이 형성된 고분자 몰드에 고분자 전구체(precursor)를 붓고 분리가능한 겉필름을 덮어 경화시키는 단계;
상기 경화된 고분자 전구체를 덮는 상기 겉필름을 제거하는 단계; 및
상기 겉필름이 제거된 고분자 전구체를 상기 고분자 몰드로부터 분리시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름 제조방법.The method of claim 12,
The step of forming the nanostructure,
Forming a nanopit in a polymer mold from a nanostructure formed in the mold material using a nanoimprint lithography process;
Pouring a polymer precursor (precursor) into the polymer mold on which the nano-pit is formed and covering the separable outer film to cure;
Removing the outer film covering the cured polymer precursor; And
And separating the polymer precursor from which the outer film is removed from the polymer mold.
상기 제1 표면에 상기 나노 구조체가 형성된 고분자 필름을 상기 생체인공삽입물에 부착하는 단계를; 더 포함하고,
상기 고분자 필름을 상기 생체인공삽입물에 부착하는 단계는,
상기 고분자 필름의 표면 및 상기 생체인공삽입물의 표면을 각각 물리적 방법 또는 화학적 방법을 이용하여 활성화하는 단계;
상기 각각 활성화된 생체인공삽입물의 표면 및 고분자 필름의 표면에 고분자 단량체를 형성하는 단계;
상기 생체인공삽입물의 표면 및 고분자 필름의 표면에 각각 형성된 고분자 단량체를 성장시켜 고분자 사슬을 성장시키는 단계; 및
상기 생체인공삽입물의 표면 및 상기 고분자 필름의 표면에 각각 성장된 고분자 사슬을 결합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름 제조방법.The method of claim 12,
Attaching a polymer film having the nano-structure formed on the first surface to the bio-insert; Including more,
The step of attaching the polymer film to the bio-artificial insert,
Activating the surface of the polymer film and the surface of the bio-prosthesis respectively using a physical method or a chemical method;
Forming a polymer monomer on the surface of each activated bio-artificial insert and the surface of the polymer film;
Growing a polymer chain formed on the surface of the bio-insert and the polymer film, respectively, thereby growing a polymer chain; And
A method of manufacturing a polymer film for attaching a bio-artificial insert, comprising: bonding the polymer chain grown to the surface of the bio-artificial insert and the surface of the polymer film, respectively.
상기 활성화하는 단계는,
수산화 리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 수산화 칼슘과 같은 염기성 용액에 상기 생체인공삽입물 및 상기 고분자 필름을 각각 담그어 화학적인 방법을 이용하여 상기 생체인공삽입물의 표면과 상기 고분자 필름의 표면을 각각 활성화하는 것을 특징으로 하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름 제조방법.The method of claim 16,
The activating step,
Soaking the bio-prosthesis and the polymer film in a basic solution such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide or calcium hydroxide, respectively, to activate the surfaces of the bio-prosthesis and the polymer film using chemical methods, respectively. A method of manufacturing a polymer film for adhesion to a bio-artificial insert.
상기 활성화하는 단계는,
아르곤, 산소, 질소, 수증기 및 암모니아 중에서 선택된 어느 하나 혹은 이들의 혼합으로 이루어진 기체를 이용하여 플라즈마 또는 이온빔으로 처리하는 물리적인 방법을 이용하여 상기 생체인공삽입물의 표면과 상기 고분자 필름의 표면을 각각 활성화하는 것을 특징으로 하는 생체인공삽입물 접착용 고분자 필름 제조방법.The method of claim 16,
The activating step,
Activate the surface of the bio-prosthesis and the surface of the polymer film using a physical method of treating with a plasma or an ion beam using a gas composed of any one of argon, oxygen, nitrogen, water vapor and ammonia or a mixture thereof. A method of manufacturing a polymer film for adhesion of a bio-artificial insert, characterized in that.
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