Osteoinductive effects of 3D extrusive scaffold with Heliometra glacialis fatty acid compounds for bone tissue regeneration
- Alternative Title
- 긴수염갯고사리 유래 지방산화합물의 조골세포 분화 효능 및 골조직 재생 효능 연구 – 3D 세포담체 제작 및 특성 연구
- Abstract
- 뼈는 체내 기관을 보호하며 지지해 주고, 미네랄을 형성하는 등의 역할을 하고 있다. 이러한 골조직의 손실이 발생하였을 때에, 조직 재생의 효과를 도와주기 위해서 3D 다공성 세포담체가 임플란트 재료로서 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 세포담체를 제작하기 위해서 FDA를 통해 생체분해성 및 인체안전성을 승인받은 폴리카프로락톤을(Poly-caprolactone)을 기반으로 하여 제작하였다. 본 연구에서는 동해 미 이용 생물자원 중 하나인 긴수염갯고사리 추출물과 분획물 단위에서 대식세포를(macrophage)를 통해 항염증 효과를 확인하기 위해서 일산화질소 합성 효소(iNOS)와 사이클로옥시게네이즈(COX-2)의 단백질 발현수준을 확인하였다. 또한 전조골세포(MC3T3-E1)에서의 세포독성을 비롯하여, ALP (Alkaline phosphatase) 증가를 확인하고, 골 생성 정도를 Alizarine Red S staining을 활용하여 측정하였다. 기체크로마토그래피를 통한 분리 정제 및 질량 분석을 통해 항염증 및 조골세포 분화능을 보유한 천연물질이 지방산 화합물임을 구명하였으며, 해당 해양천연물 소재가 적용된 3차원 골재생용 세포담체를 설계 및 제작하였다. 3차원 프린터를 통해 압출 및 적층 가공 기법으로 제작된 3D 세포담체는 in vitro 상에서 세포독성, 세포부착능, 세포증식능 및 미네럴 형성능 평가를 통해 우수한 골유도 효능 및 생체안전성을 최종확인하였다. 체내 무기질인 골편을 무수히 만들어 내는 생명현상을 지니는 해양무척추동물인 긴수염갯고사리의 생리활성소재를 골형성 유도를 위한 3차원 세포담체에 적용함으로써 수해양 첨단소재를 융합한 의공학 소재 개발을 위한 기초 및 응용 기술로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
- Issued Date
- 2020
- Awarded Date
- 2020. 2
- Type
- Dissertation
- Publisher
- 부경대학교
- Affiliation
- 부경대학교 대학원
- Department
- 대학원 의생명기계전기융합공학협동과정
- Advisor
- 정원교
- Table Of Contents
- 1. Introduction 1
2. Materials and methods 9
2.1. Materials 9
2.2. Approximate analysis of H. glacialis 9
2.3. Extraction and fractionation of H. glacialis 9
2.4. Chemical compositions of H. glacialis extracts 10
2.5. Measurement of anti-inflammatory activity 11
2.5.1. Cell culture and sample preparation 11
2.5.2. Cytotoxicity assessment on RAW 264.7 cells 11
2.5.3. Determination of nitric oxide (NO) production 12
2.5.4. Western blot analysis of protein expression 12
2.6. Measurement of ALP activity and Mineralization 12
2.6.1. Cell culture and sample preparation 13
2.6.2. Cytotoxicity assessment on MC3T3-E1 cells 13
2.6.3. Determination of Alkaline phosphatase activity 13
2.6.4. Analysis of mineral deposition 14
2.7. Gas chromatography-mass spectroscopic analysis of H. glacialis extracts 14
2.8. Fabrication and characterization of 3D scaffolds 14
2.8.1. 3D scaffold coated with H. glacialis extracts 15
2.8.2. Characterization of 3D scaffold (SEM / UTM / FT-IR) 15
2.9. In vitro pre-osteoblasts (MC3T3-E1) response on the PCL scaffold coated with H. glacialis extracts 17
2.10. Statistical analysis 17
3. Results 18
3.1. Yields of H. glacialis extracts and fractions 18
3.2. Proximate chemical compositions of H. glacialis 18
3.3. Cytotoxicity and its inhibitory effect of NO production of the H. glacialis extracts on RAW 264.7 macrophages 18
3.4. iNOS and COX-2 protein expressions in LPS-stimulated RAW 264.7 macrophages 22
3.5. Cytotoxicity and ALP activity of the H. glacialis extracts on MC3T3-E1 preosteoblasts 26
3.6. Mineralization on MC3T3-E1 preosteoblasts 26
3.7. GC-MS analysis of H. glacialis extracts 29
3.8. Fabrication of the 3D scaffolds 29
3.9. FT-IR spectra analysis 29
3.10. Tensile strength of scaffolds 34
3.11. Mineralization of the scaffolds 34
4. Discussion 37
5. Conclusion 40
6. References 41
- Degree
- Master
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- 대학원 > 의생명기계전기융합공학협동과정
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