펨토초레이저를 이용한 표면구조가 조절된 나노섬유의 조직공학적 응용

Abstract

인체조직은 나노에서 마이크로까지 다양한 크기의 구조들이 유기적인 계층구조를 이루고 있다. 이와 같은 구조적인 특성은 세포의 생화학적, 기계적 기능을 유지할 수 있도록 해준다. 특별히 근육, 신경, 혈관 조직과 같은 이방성을 가지고 있는 생체 조직들은 세포의 선형 정렬이 매우 중요하다. 따라서, 생체재료의 구조적인 특성을 변형하여 세포의 구조적, 기능적 특성을 모사하기 위한 연구들이 많이 진행되어 왔다. 본 연구에서는 세포외 기질(Extracellular matrix, ECM)의 많은 부분을 차지하고 있는 Collagen과 elastin의 섬유구조를 모사하기 위하여 전기방사법을 사용하였다. 여기에서 만들어진 비방향성, 선형성 PLLA나노섬유구조 플랫폼에(직경720 ± 80 nm) 팸토초 레이저 마이크로 패터닝 기법을 적용하여 나노와 마이크로 패턴이(폭10 μm, 깊이 5 μm) 융합된 복합구조를 제작하였다. 레이저 마이크로 패터닝의 가공 방향에 따른 섬유화 플랫폼의 여러 복합성을 통하여, ECM의 크기와 방향이 세포의 초기 부착형태, 증식, 이동에 어떤 영향을 주는지 확인하였다. 더 나아가 H9c2를(rat cardiomyoblast) 이용하여 이 복합적인 플랫폼이 세포의 분화에도 영향을 미친다는 것을 확인하였다. 이로써 다양한 크기와 방향성을 가지고 있는 섬유화 플랫폼이 실제 인체 조직을 더 모사하여, 조직재생을 유도할 수 있다는 것을 증명하였다.|To modulate cellular structure and function, engineered substrate, especially topographies with nano- and micro-scale have been investigated. Especially organized cell alignment is essential to mimic hierarchically anisotropic architecture of native tissues, such as muscle tissues, neurons and blood vessel. Herein, random and aligned fibrous platforms (720 ± 80 nm in diameter) were fabricated and microscale patterns using femtosecond laser ablation (10 μm in width and 5 μm in depth) were generated as multi-structures on fibrous platforms, which have the high potential for implantable platforms. The multi-structures on fibrous platforms with different orientations on the laser-ablated microgrooves were applied to demonstrate the influence of topographic direction and scale on cellular initial adhesive morphology, proliferation, and migration. Moreover, differentiation of H9c2 rat cardiac myoblast on the platform could be guided by our developed multi-structures on fibrous platforms. Taken together, the developed fibrous platforms with multiscale and orientation is required to regenerate the complex and orderly native tissue; To modulate cellular structure and function, engineered substrate, especially topographies with nano- and micro-scale have been investigated. Especially organized cell alignment is essential to mimic hierarchically anisotropic architecture of native tissues, such as muscle tissues, neurons and blood vessel. Herein, random and aligned fibrous platforms (720 ± 80 nm in diameter) were fabricated and microscale patterns using femtosecond laser ablation (10 μm in width and 5 μm in depth) were generated as multi-structures on fibrous platforms, which have the high potential for implantable platforms. The multi-structures on fibrous platforms with different orientations on the laser-ablated microgrooves were applied to demonstrate the influence of topographic direction and scale on cellular initial adhesive morphology, proliferation, and migration. Moreover, differentiation of H9c2 rat cardiac myoblast on the platform could be guided by our developed multi-structures on fibrous platforms. Taken together, the developed fibrous platforms with multiscale and orientation is required to regenerate the complex and orderly native tissue