줄기세포 탑재 3차원 프린팅 polycarprolactone 스캐폴드 (Stem cell attached 3-dimentional printed polycarprolactone scaffold)

줄기세포를 기반으로 한 세포치료제는 생체 이식시 생착률이 낮아서 치료효과를 기대하기 어렵다. 이를 극복하기 위하여 줄기세포를 탑재할 수 있는 다양한 세포담체들이 개발되어 활용되고 있다. 이렇게 개발된 세포담체를 3-dimentional (3D) 프린팅하여 스캐폴드를 만들 경우, 환자의 손상부위 맞춤형 이식재를 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 줄기세포를 탑재하여 손상부위를 기계적으로 보완하는 동시에 세포치료제로서의 효과도 얻을 수 있다. Polycaprolactone (PCL)은 저렴할 뿐 아니라 현재 가장 널리 쓰이고 있는 3D 프린팅 소재이기 때문에, PCL을 프린팅하여 세포담체로 활용할 경우 빠르고 경제적인 기술발전을 도모할 수 있다. 하지만 PCL 소재는 세포담체로서의 성능이 우수하지 못하여, 극히 일부의 세포만이 PCL 표면에서 생존한다. 본 연구에서는 이를 극복하기 위해서 PCL 소재에 세포의 탑재능력을 극대화되는 조건을 찾고자 하였다. PCL의 표면에 플라즈마를 처리하는 조건, PCL 표면을 콜라겐 코팅처리, PCL의 3D 프린팅 형상, 세포배양방법 변경 등 다양한 조건을 바탕으로 하여 PCL 소재에 인간 중간엽줄기세포의 세포탑재능력을 확인하였다. 세포탑재능력을 향상시킨다고 알려진 콜라겐 코팅과 플라즈마 처리를 적용하여, 플라즈마 처리 후 3% 콜라겐 코팅을 하였을 때 세포탑재능력이 가장 우수함을 확인하였고, 세포탑재능력에 영향을 줄 수 있는 세포배양방법과 스캐폴드의 구조변화를 적용하여, spheroid 세포배양시 기존의 단일세포배양법보다 탑재능력이 우수함을 확인하였으며, 스캐폴드의 구조는 세포탑재능력에 영향을 주지 못함을 확인하였다. 이를 바탕으로 PCL 소재를 세포담체로 활용한 다양한 연구를 시도하고자 한다.

Stem cell therapy is not expected to bestow any therapeutic benefit because of the low engraftment rates after transplantation.Various cell-carrying scaffolds have been developed in order to overcome this problem. When the scaffold is formed by 3-dimensional (3D) printing, it is possible to create various shapes of scaffolds for specific regions of injury. At the same time, scaffolds provide stem cells as therapeutic-agents and mechanically support an injured region. PCL is not only cost effective, but it is also a widely used material for 3D printing. Therefore, rapid and economical technology development can be achieved when PCL is printed and used as a cell carrier. Yet PCL materials do not perform well as cell carriers, and only a few cells survive on the PCL surface. In this study, we tried to determine the conditions that maximize the cell-loading capacity on the PCL surface to overcome this issue. By applying a plasma treated condition and then collagen coating known to improve the cell loading capacity, it was confirmed that the 3% collagen coating after plasma treatment showed the best cell engraftment capacity during 72 hours after cell loading. By applying the spheroid cell culture method and scaffold structure change, which can affect the cell loading ability, the spheroid cell culture methods vastly improved cell engraftment, and the scaffold structure did not affect the cell engraftment properties. We will conduct further experiments using PCL material as a cell carrier and as based the excellent results of this study.