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Development of nanoengineered multi-functional composite cryogels for bone tissue regeneration

Title
Development of nanoengineered multi-functional composite cryogels for bone tissue regeneration
Other Titles
골조직 재생을 위한 나노설계된 다기능성 크라이오젤 복합체의 개발
Author
장규남
Alternative Author(s)
장규남
Advisor(s)
신흥수
Issue Date
2022. 2
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
Control of microenvironment at bone injuries sites is essential for effective bone regeneration and some degenerative factors can delay the bone healing. For example, excessive reactive oxygen species (ROS) induced by mitochondrial metabolism can cause chronic inflammation, and impairs bone regeneration by inducing inflammation-mediated osteoclastogenesis and hampering osteogenesis. In that, conventional biomaterials for bone regeneration only focused on osteoinductive and osteoconductive properties, additional strategies to control problematic microenvironments are needed. Recently, a kind of antioxidants such as polyphenols have been incorporated within the biomaterials to control microenvironment. Especially, tannic acid (TA), one of the nature-derived polyphenols, has a potential in bone regeneration due to its immunomodulation activity such as anti-inflammatory, ROS scavenging and anti-osteoclastogenic activity. In this study, I developed a method to fabricate multi-functional tannic acid mineral particles (TMPs) using metal coordination mediated by TA in simulated body fluid (SBF). Then, I fabricated composite cryogel with the TMPs and gelatin for further applications such as transplantation. I investigated the ROS scavenging, anti-inflammatory and anti-osteoclastogenic properties of TMPs on RAW264.7 cells, and osteogenesis effect on human adipose derived stem cell (hADSC). Furthermore, I transplanted the TMP composite cryogels into mouse calvarial defect model and confirmed its therapeutic effect in in vivo. In conclusion, my novel multi-functional nanocomposite with immunomodulation activity of TA may suggest effective control tool of microenvironment and effective bone regeneration.| 뼈의 부상조직에서의 퇴행성 요소들은 골회복을 지연 시킬 수 있으며, 적절한 미세환경조절은 효과적인 골재생을 위해 필수적이다. 예를들어, 과도한 염증 반응은 미토콘드리아의 대사과정으로부터 과도한 활성산소를 유도 할 수 있으며, 염증반응에 의해 파골세포의 형성이 유도되고 골재생을 방해하여 골재생을 억제할 수 있다. 기존의 골재생용 생체재료의 경우, 골유도 및 골전도 특성에 초점을 맞추었기 때문에 골재생을 방해할 수 있는 미세환경의 조절을 위한 추가전략이 필요하다. 최근에는 폴리페놀과 같은 항산화물질이 생체재료에 함입되어 미세환경을 제어하도록 설계 되고 있다. 특히, 식물에서 유래된 폴리페놀 중 하나인 탄닌산의 항염증, 활성산소의 제거, 항파골세포 효과 등 면역조절 효과로 인해 적절한 골재생 환경을 만들어 골재생을 촉진할 수 있는 가능성이 있다. 이 연구에서 우리는 모의체액내에서 탄닌산에 의한 금속이온과의 배위결합특성을 이용하여 다기능성 탄닌산 광물입자 (TMP)의 제작방법을 개발하였다. 나아가 TMP를 대면적 골결손부위에 적용하기 위해 젤라틴과의 크라이오젤 복합체를 제작했다. 우리는 RAW264.7세포에서 활성산소의 제거, 항염, 항파골세포 효과를 확인했고, 인간 지방 유래 줄기세포에서 골분화 효과를 확인했다. 또한 TMP크라이오젤 복합체를 쥐의 두개골 결손 모델에 이식하여 생체내에서의 높은 치료효과를 확인했다. 결론적으로, TA의 면역조절 활성을 가진 우리의 새로운 다기능성 나노복합체는 미세환경의 조절효과와 효과적인 골재생이 가능한 도구가 될 수 있다.
URI
http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000589110https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/168210
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > BIOENGINEERING(생명공학과) > Theses (Master)
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