Fabrication of multiple coaxial tissue scaffolds for effective oxygen delivery using extrusion-based bioprinting

Abstract

본 연구에서는 3차원 인공조직 모사체 내의 무혈관 구조로 인하여 중심부에 위치한 세포들의 저산소 환경 노출 시 발생하는 산소결핍을 극복하기 위해 플루오린화 탄소를 바탕으로 제작한 산소운반체와 압출기반 바이오프린팅을 융합하여 산소방출용 세포지지체를 제작하였다. 기존의 동축 노즐 기반의 세포지지체의 한계점을 극복하기위해 삼중 동축 노즐과 젤라틴 기반 희생물질을 활용하여 세포지지체의 구조 안정성과 캡슐화 능력을 향상시켰다. 세포지지체 내부의 동축 구조 안정성은 형광입자가 혼합된 바이오잉크를 압출하여 3차원 세포지지체를 제작 후 형광촬영으로 평가하였다. 안정적인 캡슐화 능력을 확인하기 위하여 비타민 B12를 캡슐화 하여 방출능력을 평가하였다. 이를 통해 기존 동축 노즐로 제작된 세포지지체에 비해 삼중 동축 노즐로 제작된 세포지지체가 개선된 구조안정성과 캡슐화 능력을 보였다. 또한 플루오린화 탄소 기반의 산소전달체는 쥐 지방세포 유래 중간엽 줄기세포 (Rat adipose-derived mesenchymal stem cells; RADMSCs) 를 사용한 세포독성 시험에서 적절한 세포독성을 보였으며 산소전달체 합성 시 초음파 노출시간에 비례하여 전달체의 크기가 증가하는 특징을 보였다. 그리고 Gelatin methacrylate (GelMA) 과 산소전달체를 혼합하여 제작한 3차원 세포지지체에 RADMSCs를 배양 후 저산소 환경에 노출시켰을 때, 산소전달체가 없는 지지체에서 배양된 세포들의 세포증식도에 비해 개선된 결과를 보였다. 마지막으로 삼중 동축 노즐과 산소전달체를 활용하여 제작한 3차원 세포지지체의 저산소 노출 시 개선된 산소방출능력과 세포증식도 증진을 확인하였다. 따라서, 본 연구를 통해 제작된 산소방출 세포지지체는 제작 초기 단계의 3차원 인공조직 모사체 내부의 세포들의 산소결핍을 해결하기 위한 기능성 세포지지체로서 새로운 대안의 가능성을 제시한다.