전기전도성을 가진 혼성 나노섬유의 개발 및 조직공학적 응용

Abstract

본 연구에서는 손상된 근육조직을 재생하기 위하여 전기방사를 이용하여 탄성을 가지는 PLCL 생체 재료와 전기 전도성을 가지는 PANi을 혼합하여 전기방사를 이용하여 나노직경을 가진 세포외 기질과 구조적으로 유사한 지지체를 개발하였으며, 개발된 지지체에서의 근아세포의 증식능과 분화능을 평가 하였다. 8일 동안 전기전도성을 가진 혼성 나노섬유에서 배양한 근아 세포는 전기전도성 고분자의 함량에 관계 없이 세포의 수에는 큰 차이가 없음을 확인 하였지만, 전기전도성을 가지는 나노섬유 지지체에서 배양된 세포를 면역 형광 염색과, 유전자 발현 분석을 통하여 근골격근육 조직의 재생에 있어 기본 구성 성분인 다핵을 가지는 근관 (multinucleated myotube) 의 형성이 촉진된다는 것을 확인하였다. 이러한 결과를 통하여 개발된 전기전도성을 가지는 혼성 나노섬유 지지체는 근골격근육 세포의 분화능을 향상 시켰음을 알수 있었다. 그러므로 전기전도성을 가지면서 탄성을 가진 혼성 나노섬유 지지체는 근조직공학용으로 사용될 지지체로써 응용 가능할 것으로 기대된다.; Myotubes assemble with bundles of myofibers to form the structural units in skeletal muscle. Therefore, myotube formation plays an important role in restoring muscular functions, and substrates to promote the differentiation of myoblasts to myotubes need to be developed for muscle tissue engineering. In this study, we developed electrically conductive composite nanofibers of poly(l-lactide-co-ε-caprolactone) (PLCL) blended with polyaniline (PANi) using an electrospinning method, and then investigated the effect of these composite nanofibers on the differentiation of myoblasts. The prepared PLCL/PANi nanofibers showed no significant difference in fiber diameter or contact angle, regardless of the incorporation of PANi. The nanofibers containing 30% PANi (PLCL/PANi-30) maintained elastic properties of maximum elongation at break (160 ± 14.4 %). The composite nanofibers were cytocompatible, as the DNA content on each nanofiber was similar for up to 8 days of C2C12 myoblast culture. After 4 days of culture, the number of cells positive for sarcomeric myosin was 3.6-times greater on the electrically conductive nanofibers (21 ± 1 and 19 ± 2 for PLCL/PANi-15 and -30 nanofibers, respectively) than on the PLCL/PANi-0 nanofibers (6 ± 2). Furthermore, the level of myogenin expression detected on day 8 of culture on PLCL/PANi-15 was approximately 1.6-fold greater than the PLCL/PANi-0 nanofibers. Similar results were observed for the expression of other genes including troponin T (2-fold greater) and the myosin heavy chain gene (3-fold greater). These results indicate that electrically conductive substrates can modulate the induction of myoblasts into myotube formation without additional electrical stimulation, suggesting that these nanofibers may have potential as a temporary substrate for skeletal tissue engineering.