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Aug 06, 2023

3D를 이용한 강화된 뼈 조직 재생

과학 보고서 13권,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3139(2023) 이 기사 인용

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폴리락트산(PLA)의 기계적, 생물학적 특성은 뼈조직공학(BTE)에 활용되기 위해서는 더욱 개선될 필요가 있다. 재료 압출 기술을 활용하여 개방형 기공과 상호 연결된 채널을 갖춘 3차원(3D) PLA-Ti6Al4V(Ti64) 지지체를 성공적으로 제작했습니다. Ti64를 첨가함에 따라 PLA의 유리전이온도가 증가함에도 불구하고 필라멘트의 용융 및 결정화 온도와 열안정성은 약간 감소하였다. 그러나 3~6wt% Ti64를 첨가하면 PLA의 기계적 특성이 향상되어 PLA-3Ti64의 최대 압축 강도와 압축 모듈러스가 각각 49.9MPa 및 1.9GPa로 증가했습니다. 또한 유동성 평가를 통해 모든 복합 필라멘트가 인쇄 요구 사항을 충족하는 것으로 나타났습니다. 지지체의 플라즈마 처리 동안 PLA(1.8 nm)의 Rq(제곱 평균 제곱근)가 60 nm로 증가했을 뿐만 아니라 접촉각(90.4°)도 (46.9°)로 크게 감소했습니다. FTIR 분석을 통해 산소 함유 그룹이 강해질수록 친수성이 높아지는 것을 확인했습니다. Ti64 첨가뿐만 아니라 혈장 처리의 탁월한 역할로 인해 Wharton's Jelly 중간엽 줄기세포 부착, 증식(4',6-diamidino-2-phenylindole 염색) 및 분화(알칼리성 인산분해효소 및 Alizarin)에서 현저한 개선이 관찰되었습니다. 레드 S 염색). 이러한 결과를 바탕으로 제작된 지지체는 BTE에 잠재적으로 응용될 수 있는 것으로 보입니다.

인간의 뼈는 외상, 골다공증, 암과 같은 심각한 질병과 결함을 일으키기 쉽습니다1. 이러한 질병을 치료하기 위해 일반적으로 티타늄과 스테인리스강을 기반으로 하는 비생분해성 금속 물질을 신체에 이식하는 것이 일반적이었습니다2. 그러나 이러한 접근 방식은 신체에서 금속을 추출하기 위한 2차 수술을 유발하고 시간과 재료를 낭비하게 했습니다3. 뼈 대체재의 사용은 최근 기존 방법과 관련된 재난에 직면하지 않고 손상된 뼈를 복구하기 위해 많은 전문가들의 관심을 끌었습니다4. 이는 주로 이러한 생분해성 물질이 다양한 유형의 세포가 새로운 뼈 조직을 성장하고 재생하는 데 바람직한 장소이기 때문입니다5. 그러나 초기 뼈와 유사한 특징을 나타내야 하기 때문에 대체물의 종류가 가장 큰 영향을 미친다는 점을 언급하는 것이 중요합니다. 이러한 중요한 특성에는 적절한 기계적 안정성, 뼈 재생을 담당하는 세포의 부착, 증식 및 분화 보장이 포함됩니다6. 대부분의 제작된 뼈 대체재는 생체 적합성 금속 및 세라믹을 기반으로 하여 충분한 강도를 나타냅니다7. 그러나 일부 단점으로 인해 바이오 기반 응용 분야에서 이러한 물질의 사용이 제한됩니다. 주요 문제 중 하나는 대부분의 세라믹과 금속의 모듈러스가 뼈의 모듈러스보다 훨씬 높기 때문에 하중 전달이 불균형해지고 응력 차폐 효과로 인해 뼈 흡수가 발생한다는 것입니다8,9. 또한 세라믹의 여러 결함으로 인해 허용 가능한 인성을 나타내는 능력이 저하됩니다. 또한, 금속 임플란트 주변에는 자기공명영상(MRI) 및 컴퓨터 단층촬영(CT) 스캔 중에 일부 인공물이 나타나 결과의 정확성이 무효화됩니다10. 따라서 유망한 생체재료 후보를 찾는 것은 연구자들에게 큰 과제로 남아 있습니다.

현재 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA)과 같은 생체적합성 고분자는 생분해성, 무독성, 비면역원성 덕분에 뼈 조직 공학(BTE)에 사용 가능성이 높습니다. 비염증성 특성 11. 다양한 고분자 화합물 중에서 열가소성 지방족 폴리에스테르인 PLA가 경조직 공학 분야에서 최고의 후보 중 하나로 소개되었습니다. 이 비용 효율적인 폴리머는 낮은 용융 온도와 허용 가능한 생체 적합성을 보유하여 BTE12에 활용될 수 있는 길을 열어줍니다. PLA의 장점에도 불구하고 낮은 생물학적 활성과 기계적 특성은 해결해야 할 단점으로 간주됩니다13.