바이오 혈관용 스캐폴드의 최적화 및 생체평가에 관한 연구

Abstract

최근 들어 많은 경우에 있어서 인공혈관을 대신할 수 있는 조직공학을 이용한 생분해성 지지체에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 우리는 고탄성·생분해성 고분자인 PLCL(50:50)을 사용하여 젤성형방사법을 이용한 관형의 이중막 구조를 가진 지지체를 제작하였다. 이중막 지지체는 섬유형 망상조직을 갖는 외막과, 공극을 갖는 얇은 막으로 이루어진 내막으로 이루어져있다. 본 연구에서 우리는 임의로 추출된 실험조건에 따라서 PLCL 젤용액의 농도, 방사량, 방사속도에 다양한 변화를 주어 섬유형 망상조직의 최적화 실험을 진행하였다. 그리고 공극원으로 사용되는 염의 비율을 변화시킴으로써 공극과 공극들간의 상호 연관조직에 다양한 변화를 주었다. 또한, 지지체 상에서 내막의 의도하지 않은 공극들이 기계적 강도에 미치는 영향에 대해서도 설명하고 있다. Conditioning mixer를 사용하여 의도하지 않은 공극들을 제거할 수 있었다. 그 결과, 내막 사이에 불균일하게 분포해있는 의도하지 않은 공극들이 제거 되었다. 특히, SEM사진을 관찰하게 되면 의도하지 않은 크기가 큰 공극들이 Conditioning mixer를 사용하여 교반 및 탈포 공정에 의해 대부분 완벽하게 제거되었다. Mixer를 사용하거나 혹은 사용하지 않고 제작된 지지체 내에서의 인장강도, 봉합부위 유지강도 그리고 파열강도의 변화에는 통계학적 의미를 갖는 정도의 큰 변화는 보이지 않았다. 하지만, mixer를 사용하여 제작된 지지체의 혈액 누수 강도가 그렇지 않은 지지체에 비하여 월등히 향상되었다. 결국, 이러한 의도하지 않은 공극들은 혈관 지지체 제작을 위해서 반드시 고려해야 할 사항이다. 그리고 이중막 지지체 내막의 균일한 공극 분포가 혈관 지지체의 혈액 누수에 있어서 영향력을 발휘하는 근본적인 원인이라는 것을 알 수 있다. 이러한 이중막 지지체를 생체 적합성을 향상시켜 주기 위하여 콜라겐과 피브로넥틴으로 코팅시켜 준 후 개의 복부 대동맥에 2~6개월 동안 이식하여 보았다. 면역조직화학적 염색 결과, 이식된 지지체 내면에서 vWF와 반응하는 세포들의 존재를 드러낼 수 있었다. 또한, α-SMA와 반응하는 많은 양의 세포들이 외막의 섬유형 지지체 내부에 존재함을 관찰할 수 있었다. 몇몇의 세포들은 평활근 세포와 유사하게 나선형 형태로 자라나고 있었다. 초음파사진으로 이식된 지지체가 6개월간 이식 후 유지 및 지속됨을 보여주고 있다. 이러한 연구들을 통하여 PLCL을 사용한 이중막 지지체가 앞으로 혈관 조직공학의 적용에 있어서 훌륭한 업적으로 남을 것으로 예상된다.; Recently, many cases of using biodegradable scaffolds for tissue engineering have been investigated to substitute for prosthetic vascular grafts. We have fabricated a tubular double-layered scaffold using a gel spinning technique from an elastic biodegradable polymer, poly (L-lactideco-ε-caprolactone) (PLCL, 50:50). The double-layered scaffold was composed of outer fibrous network and inner porous membrane. In this study, we fabricated following randomized test conditions by changing several main factors such as the concentration, volume, and infusion rate of PLCL solution. And the morphology of pores and their networks varied the salt weight ratio. Also, we examined the effect of unintended pores formed in inner membrane on the mechanical properties of the scaffolds. A conditioning mixer was used to remove unintended pores which result in heterogeneous pore distribution in inner membrane. In particular, it was proved form SEM images that unintended large pores were almost completely removed through defoaming and mixing processes utilizing conditioning mixer. There was no statistical meaning in the differences of tensile properties, suture retention, and burst strength between scaffolds fabricated with mixer and those fabricated without mixer. However, scaffolds fabricated with mixer were significantly improved in an aspect of blood leakage showing the increase of leakage pressure and the even dilatation of scaffolds as compared with those fabricated without mixer. Taken together, unintended pore is a factor to be considered for vascular scaffold fabrication and homogenous pore distribution in the porous inner membrane of double-layered scaffold primarily exerts an influence on the blood leakage of the scaffold. Double-layered scaffolds were coated with collagen/fibronectin to enhance biocompatibility and implanted into the abdominal aortas of dogs for 2-6 months. Immunohistochemical staining revealed the presence of vWF positive cells at the luminal layer of the implanted scaffolds. Many α-SMA-positive cells were observed in the inside of the fibrous PLCL scaffold. A few cells are grown as a spindle shape corresponding to smooth muscle cell. Capillary vessels were also observed in the scaffold. ultrasonography showed that the implanted scaffolds kept their patency 6 months after operation. W e conclude, therefore, that the double-layered PLCL scaffolds would be an excellent candidate for vascular tissue engineering applications.