WO2017217736A1 - 세포배양 지지체용 원사 및 이를 포함하는 원단 - Google Patents

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WO2017217736A1
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nanofiber web
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장선호
김찬
이승훈
구송희
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주식회사 아모그린텍
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Definitions

  • the present invention relates to a cell culture support, and more particularly to a cell culture support yarn suitable for the three-dimensional culture of cells with improved mechanical properties and fabrics comprising the same.
  • Cell culture is a technique for harvesting cells from living organisms and culturing them in vitro, and cultured cells are differentiated into various tissues of the body such as skin, organs, and nerves, and then transplanted into the human body before transplantation or differentiation. At the same time can be used to treat a variety of diseases.
  • Tissue engineering is related to cell culture and is a multidisciplinary study that applies existing scientific fields such as cytology, life science, engineering, and medicine, and the correlation between structure and function of biological tissues. New fusion techniques have been studied to understand and to replace and regenerate damaged tissues or organs with normal tissues.
  • One of the subjects of continuous interest and research / development in the field of conventional cell culture or tissue engineering using the same is the study on the material, structure, etc. of a support that can culture / differentiate cells. That is, in order to examine the effect of a specific substance on the human body, the toxic reaction experiment of the specific substance using the cultured cells is more similar to the reality than when the cultured / differentiated cell population is made into a three-dimensional structure similar to the actual human cell structure. It may be suitable as an in vitro cytotoxicity test model. In addition, in order to transplant cultured cells into human tissues, the transplanted cells or tissues can fully function and play a role when cultured / differentiated cell aggregates or tissues are transplanted into a three-dimensional structure similar to the actual tissues of the human body. .
  • the cell culture or tissue engineering scaffolds developed to date are not suitable for in vitro experimental models or transplant cells through the cultured cells because the cells are not cultured and their survival rate is not high. there is a problem.
  • the support for cell culture or tissue engineering is made of nanofibers suitable for the size of the cell, there is a problem in cell culture due to weak mechanical properties.
  • biodegradable compounds selected to omit a separate removal procedure after implanting the support in vivo typically have weak mechanical properties when applied to the support, thereby deforming or disrupting the shape of the support during cell culture.
  • biodegradable compounds are components that are easily degraded by moisture, there is a problem of being degraded by a solvent included in the culture solution added during cell culture, thereby weakening the mechanical strength of the support.
  • the present invention has been devised in view of the above-mentioned, high-strength cell culture support yarn which can realize a microenvironment suitable for cell attachment, migration, proliferation and differentiation to improve cell viability and proliferate cells in three dimensions.
  • the purpose is to provide.
  • Another object of the present invention is to provide a cell culture support yarn capable of stably proliferating cells as a sufficient mechanical strength is expressed so as to prevent disruption of the support in the culture of the cells.
  • the present invention provides a cell culture support yarn capable of culturing the shape / structure of the cultured cells to be more suitable for applying the cultured cells for transplantation into an in vitro experimental model or animal body. There is another purpose to provide.
  • the present invention is to implement a variety of products used in the cell culture or tissue engineering fields such as bioreactors, cell culture vessels employing the cell culture support fabric or the yarn or fabric through the cell culture support yarn as described above There is another purpose.
  • the present invention provides a yarn for cell culture support comprising a slitting yarn cut the compressed nanofiber web to a predetermined width.
  • the yarn may be formed by twisting a plurality of mono yarns including the slitting yarn.
  • the nanofiber web is polystyrene (PS), polyethylene terephthalate (PET), polyether sulfone (PES), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), polydimethylsiloxane (PDMS) , Polyamides, polyalkylenes, poly (alkylene oxides), poly (amino acids), poly (allylamines), polyphosphazenes and polyethylene oxide-poly Nanofibers formed of at least one non-biodegradable component selected from the group consisting of propylene oxide block copolymers, or polycaprolactone, polydioxanone, polyglycolic acid, PLLA At least one biodegradable component selected from the group consisting of (poly (L-lactide)), PLGA (poly (DL-lactide-co-glycolide)), polylactic acid, and polyvinyl alcoholIt may comprise a nanofiber formed.
  • PS polystyrene
  • the ratio of the basis weight to the thickness of the slitting yarn may be 1: 0.8 ⁇ 1.7.
  • the slitting yarn may have a width of 0.1 ⁇ 8mm.
  • the nanofiber web may be formed of support fibers having an average diameter of 100nm ⁇ 1 ⁇ m.
  • the diameter dispersion coefficient (E) of the support fibers in the diameter distribution of the support fibers may be 8 to 25%.
  • the air permeability of the compressed nanofiber web may be 0.8 ⁇ 10cfm.
  • the slitting yarn may have a basis weight of 7 to 30 g / m 2 and a thickness of 7 to 30 ⁇ m.
  • the nanofiber web may include a bioactive component that promotes the induction of any one or more of cell adhesion, migration, growth, proliferation and differentiation.
  • bioactive components are monoamines, amino acids, peptides, sugars (saccharides), lipids (lipids), proteins, glycoproteins (glucoproteins), glycolipids (glucolipids), proteoglycans, mucopolysaccharides and nucleic acids (nucleic acid) It may include any one or more of any one or more compounds and cells selected from the group consisting of).
  • the present invention provides a cell culture support fabric comprising a yarn for cell culture support according to the present invention.
  • the present invention and the cell culture support yarn according to the present invention provides a cell culture device comprising a; cell aggregates cultured including the outer and inner space of the nanofiber web of the yarn.
  • the cell aggregate is any one or more stem cells selected from the group consisting of pluripotent stem cells, pluripotent stem cells, pluripotent stem cells, oligopotent stem cells and single stem cells, and hematopoietic stem cells
  • stem cells selected from the group consisting of pluripotent stem cells, pluripotent stem cells, pluripotent stem cells, oligopotent stem cells and single stem cells, and hematopoietic stem cells
  • One or more of the differentiated cells selected from the group consisting of hepatocytes, fibroblasts, epithelial cells, mesothelial cells, endothelial cells, muscle cells, neurons, immune cells, adipocytes, chondrocytes, bone cells, blood cells and skin cells It may include.
  • Amino acid sequences used in the present invention are abbreviated as shown in Table 1 according to the IUPAC-IUB nomenclature.
  • Naming IUPAC-IUB sign Abbreviation Naming IUPAC-IUB sign Abbreviation Naming IUPAC-IUB sign Abbreviation Naming IUPAC-IUB sign Abbreviation Alanine A Ala Glycine G Gly Proline P Pro Arginine R Arg Histidine H His Serine S Ser Asparagine N Asn Isoleucine I Ile Threonine T Thr Cysteine C Cys Lysine K Lys Tryptophan W Trp Glutamic acid E Glu Methionine M Met Tyrosine Y Tyr Glutamine Q Gln Phenylalanine F Phe Valine V Val
  • a microenvironment suitable for movement, proliferation, and differentiation of cultured cells can be more easily implemented, thereby improving cell proliferation rate and survival rate.
  • the mechanical strength and the proper elongation can be secured, and the cells can be cultured more stably.
  • the shape / structure of the cultured cells can be cultivated similarly to the actual animal body so that the cultured cells are more suitable for in vitro experimental model or animal transplantation.
  • the yarn according to an embodiment of the present invention can be further improved cell proliferation and survival as it is modified to a material that helps cell culture / differentiation, through which cells to be cultured can be easily implemented in a more three-dimensional shape Can be. Accordingly, the yarn according to the present invention is very suitable for use in the field of cell culture and tissue engineering, and can be widely applied to various products in the art.
  • FIG. 1 is a perspective view and a partially enlarged view of a nanofiber web pressed before manufacturing a slitting yarn included in an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view and a partially enlarged view of the slitting yarn included in an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a schematic cross-sectional view showing a bioactive component fixed to the nanofibers forming the slitting yarn included in an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a flow chart showing a method of manufacturing a yarn for cell culture support according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a perspective view and a partially enlarged view of a nanofiber web manufactured in step 2 of the manufacturing method according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a photograph of the 1.7M wide nanofiber web for producing a slitting yarn included in an embodiment of the present invention (Fig. 6 (a)) and the scanning electron micrograph (Fig. 6 (b)) ),
  • Figure 7 is a photograph showing an intermediate step for producing a slitting yarn included in an embodiment of the present invention
  • Figure 7 (a) is a photograph of the slitting yarn primary slitting with a width of 50mm
  • Figure 7 ( b) is a photograph showing a process of precisely slitting the primary slitting yarn to a width of 1.5mm
  • Figure 7 (c) is a 1.5mm width wound slitting yarn manufactured through Figure 7 (b) wound Photographs showing the process of becoming, and
  • FIG 8 and 9 are views showing the image taken by the confocal microscope for each height from the lower side of the specimen to the upper state in the cell population specimen cultured in the slitting yarn according to an embodiment of the present invention. .
  • the cell culture support yarn including a support fiber 220, the slitting yarn cut the compressed nanofiber web 100 to a predetermined width 200 is implemented.
  • the nanofiber web 100 may have a three-dimensional network structure formed of at least one strand of support fiber 220.
  • the support fiber 220 of one strand may be folded and arranged / stacked a plurality of times without determining the direction to form a three-dimensional network structure.
  • the nanofiber web 100 includes a plurality of support fibers 220, each support fiber 220 is a three-dimensional network through each of the arrangement / lamination independently of the folding and / or the determination of the fiber length direction independently The structure can be formed.
  • adhesion or fusion may occur on the contact surface between the different positions within the single-strand support fiber 220 and / or the contact surface of the different support fiber 220, and thus the three-dimensional network structure may be structurally further.
  • Complicated and loaded cells in the support can move / multiply into the pores formed in the three-dimensional network structure, it may be advantageous to culture the cells into a cell population having a three-dimensional shape / structure.
  • the culture solution containing nutrients passes through the nanofiber web 100 having a three-dimensional network structure.
  • the flow path can be very complex and variously formed to easily supply nutrients to the cells located inside the support, thereby preventing apoptosis and improving cell proliferation.
  • the basis weight of the slitting yarn 200 or the compressed nanofiber web 100 forming the slitting yarn 200 may be 3 to 50 g / m 2, and more preferably 7 to 30 g / m 2. If the basis weight is less than 3g / m2 the handleability is poor and the slitting process is not easy and tends to be unstable, there is a fear of productivity degradation due to frequent trimming. In addition, when the basis weight exceeds 50g / m2 the compression of the nanofiber web is large, the pore size and the passage of the inside of the nanofiber web is significantly reduced, the cross-sectional shape of the support fiber forming the nanofiber web is pressed, oval shape, etc.
  • the morphology of the nanofiber web surface or the inner empty space may be changed, thereby making it difficult to grow cells in three dimensions in three dimensions.
  • the relationship between the morphology of the nanosum webs and the three-dimensional culture of cells will be described later.
  • the thickness of the slitting yarn 200 may be 7 ⁇ 30 ⁇ m, more preferably 9 ⁇ 25 ⁇ m.
  • the handleability is lowered, the mechanical strength is weak, and there is a risk of trimming in the twisting process performed after the single or multiple strands are spliced, and it is difficult to cultivate cells stably. Can be.
  • the porosity and the average pore size may be accompanied, and the surface morphology may also become flat, making it difficult to stably cultivate the cells.
  • the thickness exceeds 30 ⁇ m can be thought differently depending on the basis weight, but if the compression is less, the surface morphology is not stable, the detachment of the cells during the culture can be frequent, the thickness in a sufficiently compressed state
  • the thicker case may also be accompanied by a decrease in porosity and average pore size, which may make it difficult to three-dimensional culture of the cell due to a decrease in permeability of the cell culture medium, lowering the internal penetration of the cell.
  • the basis weight ratio (basic basis weight (g / m2) ⁇ thickness ( ⁇ m)) to the thickness of the slitting yarn may be 1: 0.8 ⁇ 1.7, more preferably 1: 1 It can be ⁇ 1.25 and through this the cell can be easily penetrated into the slitting yarn to cultivate the three-dimensional cell population more stably, and the cell culture fluid can be permeated smoothly to minimize the death of the cells loaded inside can be cultured There is an advantage. If the basis weight ratio to thickness is less than 0.8, surface morphology may not be stable and cell detachment may be frequent during culture, and if the thickness is thick in a sufficiently compressed state, porosity and average pore size may also be accompanied.
  • the ratio of basis weight to thickness exceeds 1.7, it may be the case that the thickness is reduced by excessively performing the compression process, which may be accompanied by a decrease in porosity and average pore size, and even surface morphology is flat. It can be difficult to cultivate cells stably.
  • the slitting yarn 200 may have a width of 0.1 to 8 mm, and if the slitting width is less than 0.1 mm, cutting is not easy, and frequent cutting may be caused. In addition, there is a problem that can be easily trimmed by the tension and rotational force applied when the plurality of slitting yarns are twisted. In addition, when slitting more than 30 mm in width, it may be difficult to achieve the desired effect, such as uneven twisting may occur in the twisting process of manufacturing a yarn by plying a plurality of slitting yarns.
  • the average pore size of the compressed nanofiber web 100 forming the slitting yarn 200 is preferably provided so as to secure a space enough for the cells to move and proliferate in the pores therein, the cultured cells
  • the diameter may be determined according to the specific kind of. In one example, preferably the average pore diameter may be 0.05 ⁇ 10 ⁇ m, more preferably 10nm ⁇ 1 ⁇ m. If the average pore size is less than 0.05 ⁇ m, when the cultured cells are grown, they may move and proliferate in a planar manner through the outer surface of the compressed nanofiber web 100, rather than moving to pores inside the compressed nanofiber web 100. It may not be possible to culture a population of cells having a three-dimensional shape at the desired level.
  • the culture solution may not pass smoothly through the compressed nanofiber web 100, the cells moved to the inner space is killed or proliferated. There is a problem that can be degraded.
  • the average pore size exceeds 10 ⁇ m the movement of the cells into the interior space of the compressed nanofiber web 100 and the passage of the culture solution may be good, but the cultured cells are compressed nanofiber web 100 A phenomenon in which the slit yarn 200 is separated from the slitting yarn 200 may be increased together with the passing culture solution, and the increase of the isolated cultured cells may be difficult to be cultured into a cell population having a desired three-dimensional shape.
  • the support fibers forming the compressed nanofiber web 100 described above may have an average diameter of 10 nm to 100 ⁇ m, preferably 100 nm to 50 ⁇ m, more preferably 100 nm to 10 ⁇ m, More preferably, it may be 100nm ⁇ 1 ⁇ m. If the average diameter of the support fiber is less than 10 nm, the mechanical strength of the fiber web may be significantly reduced. If the average diameter exceeds 100 ⁇ m, the compressed nanofiber web having the desired level of porosity and the surface area of the support fiber It can be difficult to manufacture.
  • the cells in order to cultivate the cells three-dimensionally, the cells penetrate and culture not only the surface of the compressed nanofiber web 100 but also the internal space, and finally contact between the cells that have penetrated and cultured in the internal space and the cells cultured on the surface.
  • One three-dimensional cell population can be formed.
  • the three-dimensional culture of the cells can be induced by the surface morphology of the nanofiber web.
  • the morphology of the surface of the compressed nanofiber web 100 implemented by the slitting yarn 200 is not flat, the surface roughness may be large so as to be uneven.
  • the rugged surface shape of the compressed nanofiber web 100 includes a plurality of recesses and / or convex portions, and in addition to the three-dimensional growth effect of the cells, the cells may be formed in the space between the convex portions or the grooves of the concave portions. There is an advantage that can be easily and firmly seated to significantly reduce the number of cells detached after loading into the slitting yarn.
  • the compressed nanofiber web is a support fiber It includes a plurality, and the diameter dispersion coefficient (E) of the support fibers may be 8 to 25%.
  • the diameter dispersion coefficient (E) is a parameter for estimating how close or broadly the support fibers are distributed in relation to a predetermined average diameter calculated from a distribution chart based on the diameters of the support fibers. Can be.
  • the diameter dispersion coefficient (%) according to Equation 3 is 0% means that the standard deviation is 0, which means that the diameters of the plurality of support fibers included in the fibrous web are all identical to the average diameter.
  • an increase in the diameter dispersion coefficient means that the number of support fibers having a larger diameter and / or smaller diameter than the average diameter among the plurality of support fibers included in the fibrous web increases.
  • the support according to an embodiment of the present invention has a plurality of recesses and / or as described above, as the dispersion coefficient for the diameter of the biodegradable support fibers according to condition (1) at a predetermined average diameter satisfies 8 to 25%. It may be easier to implement a compressed nanofiber web having a rugged surface morphology such as having convex portions disposed thereon. However, if the dispersion coefficient is excessively large, the increase in basis weight relative to the thickness may be large, and thus the average pore size and air permeability may be greatly reduced, and it may be difficult for the culture medium to flow into the compressed nanofiber web, or it may be difficult to exchange. Cell culture may be difficult inside the compressed nanofiber web, thereby reducing cell culture efficiency.
  • the dispersion coefficient of diameter is less than 8%, as the diameter uniformity of the supporting fibers increases, the smooth surface morphology is advantageously expressed, and the uniformity of pore size is increased, but the seeded cells do not grow in three dimensions. Therefore, if two-dimensional culture or the average diameter of the support fiber is large, the pore structure with a large average pore size is generated, so that the seeded cells may be detached. In addition, if the dispersion coefficient for the diameter exceeds 25%, the average pore size of the compressed nanofiber web becomes very small as the nonuniformity of the support diameter increases in the compressed nanofiber web having a smaller average diameter. The inflow or exchange of the culture solution into the compressed nanofiber web may be difficult, and there is a concern that the cells may be cultured along the surface rather than three-dimensional culture.
  • the air permeability of the compressed nanofiber web may be 1 ⁇ 10cfm.
  • One of the important factors when three-dimensionally growing cells in the slitting yarn that becomes the support for cell culture is whether to continuously supply the material necessary for cell culture. If cells grow three-dimensionally on the surface of the slitting yarn, cells cultured adjacent to the surface of the slitting yarn, or cells cultured by sinking and seating in the inside of the slitting yarn, are cultured compared to cells positioned to be exposed to the outside space. It can be difficult to contact smoothly. Therefore, the air permeability of the compressed nanofiber web may be 1 ⁇ 10cfm for smooth inflow and outflow of the cell culture solution into the compressed nanofiber web.
  • the air permeability is less than 1.0 cfm, it may be difficult for the cells to penetrate into the support, and the passage of a component capable of dissolving the cell culture fluid or the biodegradable component may not be smooth.
  • the air permeability exceeds 10cfm, since the mechanical strength of the nanofiber web is realized as a slitting yarn, or the fiber web with a significantly larger diameter and thickness of the fineness of the support fiber, a fiber web may be realized. May be difficult to apply to a limited small volume incubator, and difficult to cultivate in the desired amount due to desorption of the seeded cells.
  • the compressed nanofiber web 100 may have a porosity of 40 to 90%, thereby forming a three-dimensional cell population through the cells that are moved and proliferated into the compressed nanofiber web 100.
  • a porosity 40 to 90%
  • the porosity is less than 40%, it is difficult to form a three-dimensional cell population, and there is a problem that may cause the death of cells moving and proliferating into the compressed nanofiber web 100.
  • the porosity exceeds 90%, there is a problem that the support may collapse during cell culture due to the weakening of the mechanical strength of the support.
  • the above-mentioned support fiber may be embodied by a known fiber forming component that can be produced in a fibrous form, and according to the present invention, the material may be differently selected according to a special purpose such as degradability is required.
  • the fiber forming component may include cellulose components such as cotton, hemp, and the like, protein components such as wool and silk, or natural fiber components such as mineral components.
  • the fiber forming component may be a component of a known artificial fiber.
  • the fiber forming component is polystyrene (PS), polyethylene terephthalate (PET), polyether sulfone (PES), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), polydimethylsiloxane depending on the purpose (PDMS), polyamides, polyalkylenes, poly (alkylene oxides), poly (amino acids), poly (allylamines), polyphosphazenes and polyethylene
  • the crimped nanofiber web 100 may further include a functional material in addition to the fiber forming component.
  • the surface of the support fiber included in the nanofiber web included in the embodiment of the present invention is embodied as a slitting yarn in a fixed state with a physiologically active component to culture cells located on the support fiber or in a space surrounded by the support fiber.
  • the bioactive component may be a component that induces any one or more of cell adhesion, migration, growth, proliferation and differentiation.
  • the adhesive bioactive component which is a component that enhances the adhesion of cells among the biologically active components, is used to initially fix the cultured cells on the cell support and to prevent the cells loaded on the culture solution from floating.
  • the non-adhesive bioactive component involved in migration, growth, proliferation and differentiation can be fixed on the support fiber to prevent detachment from the support fiber during cell culture on the support fiber.
  • the adhesive bioactive component may be used without limitation in the case of a known adhesive bioactive component which does not generate cytotoxicity due to conventional biocompatibility, but preferably, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 7 It may include one or more selected from the group consisting of a protein made by repeating 20 to 20 times and at least two of these proteins fused protein, through which the cytotoxicity is significantly lowered, adhesion to non-adhesive bioactive components At the same time, there is an advantage in that detachment of fixed non-adhesive bioactive components or isolation of cells generated as the adhesive bioactive components are dissolved in the culture solution during cell culture can be prevented.
  • sexually active ingredients may be included without limitation in the case of known substances which are known to express such functions.
  • the bioactive component is monoamine, amino acid, peptide, saccharide, lipid, protein, glycoprotein, glucolipid, proteoglycan, mucopolysaccharide and nucleic acid. acid)) and any one or more compounds selected from the group consisting of one or more of the cells.
  • the monoamine includes, for example, a compound including a primary amine such as catecholamine and indoleamine.
  • the peptide includes an oligopeptide
  • the protein comprises a polypeptide, for example, may be fibronectin and the like.
  • the saccharides may include monosaccharides, polysaccharides, oligosaccharides and carbohydrates.
  • the lipid may be, for example, a steroid hormone.
  • the bioactive component may comprise a motif.
  • the motif may be a natural peptide or a recombinant peptide including a predetermined amino acid sequence provided in any one or more selected from proteins, glycoproteins, and proteoglycans included in growth factors or extracellular matrix.
  • the motif is adrenomedullin (Adrenomedullin), angiopoietin (Angiopoietin), bone formation protein (BMP), brain-derived management quantum factor (BDNF), epidermal growth factor (EGF), erythropoietin (Erythropoietin), fibroblasts Fibroblast growth factor, glial cell line-derived quantum factor (GDNF), granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF), granulocyte macrophage colony-stimulating factor (GM-) CSF), growth differentiation factor-9 (GDF9), hepatocyte growth factor (HGF), hepatoma-derived growth factor (HDGF), insulin-like growth factor (Insulin-like growth factor) , IGF), keratinocyte growth factor (KGF), migration-stimulating factor (MSF), myostatin (Gyostatin, GDF-8), neuronal growth factor (NGF), Platelet-derived growth fa
  • the motif may include both a predetermined amino acid sequence included in the growth factor and a predetermined amino acid sequence included in the extracellular matrix.
  • the motif may include one or more selected from the group consisting of a protein comprising an amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 to SEQ ID NO: 28 and a protein in which at least two of these proteins are fused, but is not limited thereto. no.
  • the motif may be implemented integrally by covalently bonded to the above-described adhesive bioactive component.
  • the adhesive bioactive component is a protein
  • the motif may be covalently bonded to the N-terminus and / or C-terminus of the polypeptide directly or via a heterologous peptide or polypeptide.
  • the non-adhesive bioactive component can be more firmly attached to the supporting fiber, and the detachment of the non-adhesive bioactive component can be minimized during cell culture.
  • the above-described adhesive bioactive components and non-adhesive bioactive components may be fixed to the supporting fiber, and the method of fixing these components will be described with reference to FIG. 3. Is located inside the support fiber 220, the remaining part is provided to be located outside can be fixed to the surface of the support fiber 220, the non-adhesive bioactive component on the fixed adhesive bioactive component 222 ( 223 may be combined and fixed together on the support fiber 220.
  • the present invention is not limited thereto, and unlike in FIG. 3, the adhesive bioactive component is not provided inside the support fiber 220, and the adhesive bioactive component is fixed and adhered to one area of the outer surface of the support fiber 220. It may be provided to cover all the outer surface of the.
  • the yarn for cell culture support may include one strand or multiple strands of the above-mentioned slitting yarn as a mono yarn, and if multiple strands are included, they may be twisted after the plywood.
  • the mono yarn may further include a heterogeneous yarn as a mono yarn, which may improve the mechanical strength of the cell support yarn, in addition to the slitting yarn described above, and the heterogeneous yarn may be a spun yarn or a filament yarn made of a known material. have.
  • Yarn for cell culture support according to the present invention including the above-mentioned slitting yarn 200 can be prepared through the manufacturing method described below. However, it is not limited to the manufacturing method described later.
  • Yarn for cell culture support comprising a slitting yarn 200 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 4, step 1 to prepare a spinning solution containing a fiber-forming component (S100), the spinning solution Step 2 of manufacturing the nanofiber web 10 by electrospinning (S200), applying a pressure to the nanofiber web 10 step 3 to prepare a compressed nanofiber web 100 (S300) and the compressed
  • the nanofiber web 100 may be cut to have a predetermined width to produce the slitting yarn 200, including four steps (S400).
  • the spinning solution in step 1 (S100) may include a solvent in addition to the fiber forming component.
  • the solvent is used in the preparation of the electrospinning liquid and may be used without limitation in the case of a solvent capable of dissolving the above-described fiber forming component. In addition, it is preferable to select a solvent that can be easily vaporized when the second step described below is dry spinning.
  • the solvent is not specifically limited to the specific type as the solvent may be differently selected according to the kind of the fiber forming component to be specifically selected.
  • the solvent may include DEC (diethyl carbonate), DMC (dimethyl carbonate), EMC (ethyl methyl carbonate), PC (propylene carbonate), water, acetic acid, formic acid, chloroform, Any one or more selected from the group consisting of dichloromethane, acetone, HFIP (1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol) and isopropylalchol may be used. have.
  • the content of the fiber forming component is about 5 to 50% by weight, and less than 5% by weight is sprayed onto the beads (bead) rather than forming the nanofiber web 10 (10) ) It is difficult to construct, and in the case of more than 50% by weight, the viscosity of the spinning solution is so high that it is difficult to form fibers due to poor spinning properties. Therefore, it is preferable to control the morphology of the fiber to prepare the spinning solution at a concentration that is easy to form a fibrous structure.
  • the spinning solution may be mixed with a fiber-forming component and a solvent such that the viscosity is 50 ⁇ 3000cps. If the viscosity of the spinning solution is less than 50 cps, the flowability of the spinning solution is high, and droplets are injected from the nozzle of the spinning device, making it difficult to manufacture the nanofiber web 10. If the viscosity of the spinning solution exceeds 3000 cps, the spinning solution flowability Low radioactivity may be lowered.
  • the spinning solution may further include an additive provided in a conventional cell culture support or tissue engineering support, for example, the additive may be a hydrophilic enhancement component such as a nonionic surfactant.
  • the additive may be a hydrophilic enhancement component such as a nonionic surfactant.
  • the other additives can be selected according to the purpose of the known additives, so the present invention will be omitted.
  • the second step (S200) may be performed through a conventional electrospinning, the electrospinning is a spinning tank in which a plurality of spinning nozzles connected to a solution tank and a high voltage generator in which a spinning solution is stored are arranged in a plurality of rows / multiple rows. It may include.
  • the lower part of the spin pack is provided with a collector can collect a fiber mat accumulated in the spinning support fiber, the collector may be located on the conveyor belt to collect a continuous fiber mat of a predetermined thickness formed sequentially. .
  • the collector is supported by the external coagulant solution and the spinning support fiber is solidified, or the support fiber spun without the external coagulation solution is solidified through air or a separate cooling wind may be collected on the collector.
  • the collected support fiber mat may then go through a drying process for vaporizing the remaining solvent, external coagulating solution, etc., and thus may be manufactured into the nanofiber web 10.
  • the prepared nanofiber web 10 may further perform a surface coating of the support fibers, such as plasma treatment, dopamine on the surface in order to improve the hydrophilicity.
  • the manufactured nanofiber web 10 may further perform a process of stretching in a specific direction for the pore size control, the orientation of the fiber-forming component forming the nanofibers (12).
  • the nanofiber web 10 may further perform a process of applying heat and / or pressure in order to satisfy the depth of the three-dimensional network structure, the desired thickness, basis weight, the process is a conventional calendaring process Can be.
  • one side of the prepared nanofiber web 10, for example, may be further performed to form a separate adhesive layer to be fixed, attached to the culture web and the like on the rim of the fibrous web.
  • the prepared nanofiber web 10 may be compressed to form a compressed nanofiber web 100 by various methods such as pressing, rolling, thermal bonding, and ultrasonic bonding.
  • the pressing process may be referred to as the step of film-forming the nanofiber web 10 by pressing and fixing by a method such as heat treatment or ultrasonic wave so that the individual fibers are not moved alone.
  • the third step (S300) is preferably carried out by applying a pressure of 3 ⁇ 5kPa in the temperature range of 20 ⁇ 250, more preferably 80 ⁇ 160 °C the fiber forming component is not melted.
  • step S400 the compressed nanofiber web 100 is cut to have a predetermined width to prepare a slitting yarn 200.
  • the slitting yarn 200 composed of the supporting fibers 220 is slitted by pressing the compressed nanofiber web 100 in various ways using a cutter or slitter. Manufacture.
  • the manufactured slitting yarn may be spliced into one strand or a plurality of strands to perform a twisting process.
  • Yarn yarns after being fired can have an improved mechanical strength than single-stranded slitting yarns, and may be advantageous to allow cells to be cultured more stably.
  • the present invention implements a cell culture fabric through the yarn according to the present invention or a yarn in which they are plyed together.
  • the fabric may be any one of a woven fabric, a knitted fabric, and a nonwoven fabric, and may be manufactured in different forms according to the purpose.
  • the woven fabrics, knits and nonwovens can be made through each known method of implementation.
  • the fabric may be a twill fabric manufactured by weaving twill using at least one of the above-described yarn or yarns in which they are woven together as warp and weft yarns.
  • the knitted fabric may be a flat knit knitted yarn by injecting the above-described yarn or yarns in which they are spun into a flat knitting machine.
  • the non-woven fabric may be prepared by applying heat / pressure to the yarn or short-cut yarn cut the yarn in which they are spun into a constant fiber length by adding an adhesive component.
  • the present invention can implement a tissue engineering implant or cell culture apparatus comprising a cultured cell population by transplanting the cultured cells on the yarn or fabric described above according to the present invention.
  • the cultured cells may be located in a portion including the surface of the slitting yarn nanofiber web and its internal space to be cultured and expanded.
  • the cell aggregate is any one or more stem cells selected from the group consisting of pluripotent stem cells, pluripotent stem cells, pluripotent stem cells, oligopotent stem cells and single stem cells, and hematopoietic stem cells, hepatocytes, fibrous cells, It may include one or more of differentiation cells selected from the group consisting of epithelial cells, mesothelial cells, endothelial cells, muscle cells, neurons, immune cells, adipocytes, chondrocytes, bone cells, blood cells and skin cells.
  • a spinning solution 12 g of polyvinylidene fluoride (Arkema, Kynar761) as a fiber forming component was mixed with 88 g of a mixed solvent in which the weight ratio of dimethylacetamide and acetone was 70:30 for 6 hours at a temperature of 80.
  • the solution was prepared by dissolving using a magnetic bar.
  • the spinning solution was electrospun using an electrospinning apparatus in an environment of RH 65% 30 under an applied voltage of 25KV, a distance of 25cm between the current collector and the spinneret, and a discharge amount of 0.05ml / hole.
  • a nanofiber web formed of support fibers having the same diameter distribution was obtained.
  • the obtained nanofiber web was calendered twice at a temperature of 130 ° C. and a pressure of 4 kPa to obtain a compressed three-dimensional network structure having a three-dimensional network structure, a basis weight of 10 g / m 2 and a thickness of 10 ⁇ m, as shown in FIG. It was prepared, and the prepared compressed nanofiber web was wound on a roll as shown in Figure 6 (a).
  • the first slitting roll of the compressed nanofiber web is 5 mm wide, and as shown in FIG. 7 (b), the second precision slitting is performed so that each width is 1.5 mm.
  • the slitting yarn was obtained, and a winding picture of the slitting yarn manufactured in the second precision slitting process is shown in FIG. 7 (c).
  • the slitting yarn produced was 1.5 mm wide.
  • Example 3 Prepared and carried out in the same manner as in Example 1, by adjusting the basis weight / thickness of the nanofiber web before compression and the strength of the pressure during compression to produce a compressed nanofiber web having a basis weight and thickness as shown in Table 3 below Slitting yarns as shown in Table 3 were obtained.
  • Example 3 It was prepared in the same manner as in Example 1, but the slitting yarn as shown in Table 3 was prepared by slitting a nanofiber web having a thickness of 12.5 ⁇ m and a basis weight of 8 g / m 2 without undergoing a compression process.
  • the average diameter and the coefficient of dispersion are shown in Table 3 by calculating the average diameter and standard deviation of the diameter using the diameter distribution of the support fibers measured by the island distribution program (AMOGREENTECH development).
  • Air permeability was measured using a TEXTEST instruments to cut the fibrous web into a test area of 38cm2, grasp the equipment, and blow the air at a test pressure of 125 Pa to measure the amount of air passing through, and the unit of air permeability was cfm ( ft 3 / ft 2 / min).
  • the cells were cultured to form a plurality of cell populations at a height of 15.3 ⁇ m when cells cultured at a point of 7.6 ⁇ m in height from the lower side of the specimen were observed.
  • the height of the bottom surface of the slitting yarn is between 15.3 ⁇ m and 22.9 ⁇ m because the nanofiber web formed of the cell population and the support fiber cultured at a height of 22.9 ⁇ m is observed.
  • Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Example 5 Example 6 Comparative Example 1 Support Fiber Average Diameter ( ⁇ m) 402 400 404 401 402 400 Support Fiber Dispersion Coefficient (%) 13.25 13.01 14.9 12.3 15.1 14.21 13.25 Basis weight (g / m2) 10 19 10 10 9.5 9 8 Thickness ( ⁇ m) 10 10.8 6.2 8 11.2 12.0 12.5 Basis weight (g / m2) / thickness ( ⁇ m) One 1.76 1.61 1.25 0.85 0.75 0.64 Average pore diameter (nm) 500 430 458 472 519 538 565 Air permeability (cfm) 2.0 1.7 1.8 1.9 2.1 2.1 2.3 Surface cell number (%) 100 73 85 93 90 78 53 Internal cell count (%) 100 61 80 92 83 80 55
  • the slitting yarn according to Examples 1, 3, 4 and 5 having an appropriate basis weight and thickness among the examples is more suitable as a support for cell culture than the slitting yarn according to Examples 2 and 6.

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Abstract

세포배양 지지체용 원사가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양 지지체용 원사는 압착된 나노섬유웹을 소정의 폭으로 절단시킨 슬리팅사를 포함하여 구현된다. 이에 의하면, 배양되는 세포의 부착, 이동, 증식, 분화에 적합한 미세환경이 구현되어 세포의 생존율이 향상되고 세포를 입체적으로 증식시킬 수 있다. 또한 본 발명에 따른 지지체는 세포의 배양과정에서 발생하는 지지체의 붕괴 등이 방지될 수 있도록 충분한 기계적 강도가 발현됨에 따라서 세포가 안정적으로 증식될 수 있다. 나아가 본 발명에 따른 지지체는 압착된 나노섭유웹으로부터 형성된 슬리팅사를 원사로 사용함으로써 다양한 크기의 기공을 구현할 수 있어 세포 외기질과 같은 환경을 구현하여 세포의 증식과 생존율을 향상시킬 수 있다.

Description

세포배양 지지체용 원사 및 이를 포함하는 원단
본 발명은 세포배양 지지체에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 개선된 기계적 물성과 세포의 입체적 배양에 적합한 세포배양 지지체용 원사 및 이를 포함하는 원단에 관한 것이다.
최근, 질병 치료에 배양 세포의 이용이 확대됨에 따라 세포 배양에 대한 관심 및 연구가 증가하고 있다. 세포 배양은 세포를 생체로부터 채취하고, 생체 밖에서 배양시키는 기술이며, 배양된 세포는 피부, 장기, 신경 등 신체의 다양한 조직으로 분화시켜 인체에 이식되거나 분화시키기 전 상태로 인체에 이식시켜 생착 및 분화를 동시에 이루어지게 하여 다양한 질병 치료에 활용될 수 있다.
이와 같은 세포배양이 연계된 분야가 조직공학(tissue engineering)이며, 세포학, 생명과학, 공학, 의학 등의 기존의 과학 영역을 응용하는 다학제간 학문으로써, 생체조직의 구조와 기능 사이의 상관관계를 이해하고, 손상된 조직이나 장기를 정상적인 조직으로 대체, 재생시키기 위한 새로운 융합기술이 연구되고 있다.
통상적인 세포배양 분야나 이를 이용한 조직공학 분야에서 지속적으로 많은 관심을 받고, 연구/개발되는 과제 중의 하나는 세포를 배양/분화시킬 수 있는 지지체의 재료, 구조 등에 관한 연구이다. 즉, 인체에 특정물질이 미치는 영향을 살펴보기 위하여 배양된 세포를 이용한 특정 물질의 독성반응실험은 실제 인체의 세포구조와 유사한 3차원구조로 배양/분화된 세포군집체를 통해서 이루어질 때 보다 실제와 유사한 in vitro 세포 독성실험모델로 적합할 수 있다. 또한, 배양된 세포를 인체의 조직으로 이식하기 위해서는 인체의 실제 조직과 유사한 3차원 구조로 배양/분화된 세포집합체나 조직이 이식될 때 이식된 세포나 조직이 충분히 제 기능과 역할을 할 수 있다.
그러나 현재까지 개발된 세포배양용 또는 조직공학용 지지체는 체내와 유사한 구조로 세포가 배양되지 않고, 세포의 생존율도 높지 않음에 따라서 이를 통하여 배양된 세포를 통해서는 in vitro 실험모델이나 이식용 세포로써 부적합한 문제가 있다. 또한, 세포 배양용 또는 조직공학용 지지체를 세포의 크기에 적합한 나노섬유로 제조할 경우 기계적 물성이 약하여 세포 배양에 문제점이 있을 수 있다.
추가적으로, 지지체를 생체내에 이식시킨 후 별도의 제거수술을 생략하기 위해 선택되는 생분해성 화합물들은 통상적으로 지지체에 적용되었을 때 기계적 물성이 약하여 세포배양 중에 지지체의 형상이 변형되거나 붕괴되는 문제가 있다.
나아가, 통상의 생분해성 화합물은 수분에 의해 쉽게 분해되는 성분들임에 따라서 세포배양 중 투입되는 배양용액에 포함된 용매에 의해 분해되어 지지체의 기계적 강도를 더욱 약화시키는 문제가 있다.
이에 따라 체내와 유사한 배양환경을 제공할 수 있고, 세포 배양에 요구되는 공간이 세포마다 적절히 확보되는 동시에 충분한 기계적 강도가 발현되고, 목적하는 구조로 제조가 용이하며, 지지체 내에서 세포가 배양되는 도중 이탈되는 세포를 막아 세포의 생존율 및 세포를 입체적으로 성장시킬 수 있는 지지체에 대한 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 세포의 부착, 이동, 증식, 분화에 적합한 미세환경이 구현되어 세포의 생존율이 향상되고 세포가 입체적으로 증식할 수 있는 고강도 세포배양 지지체용 원사를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 세포의 배양과정에서 지지체의 붕괴 등이 방지될 수 있도록 충분한 기계적 강도가 발현됨에 따라서 세포가 안정적으로 증식될 수 있는 세포배양 지지체용 원사를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 세포의 배양에 적합한 미세환경으로 용이하게 구현될 수 있는 세포배양 지지체용 원사를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
나아가, 본 발명은 배양된 세포를 in vitro 실험모델이나 동물 체내에 이식용으로 적용하기에 보다 적합하도록 배양되는 세포들의 형상/구조를 실제 동물 체내와 유사하게 배양시킬 수 있는 세포배양 지지체용 원사를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
더불어, 본 발명은 위와 같은 세포배양 지지체용 원사를 통해 세포배양 지지체용 원단이나 상기 원사 또는 원단을 채용을 생물반응기, 세포배양용기 등 세포배양분야 또는 조직공학분야에 사용되는 각종 제품으로 구현시키는데 또 다른 목적이 있다.
술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 압착된 나노섬유웹을 소정의 폭으로 절단시킨 슬리팅사를 포함하는 세포배양 지지체용 원사를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 원사는 상기 슬리팅사를 포함하여 복수가닥의 모노사가 연사되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 나노섬유웹은 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이더술폰(PES), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로나이트릴(PAN), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리아미드, 폴리알킬렌, 폴리알킬렌옥사이드(poly(alkylene oxide)), 폴리아미노산(poly(amino acids)), 폴리알릴아민(poly(allylamines), 폴리포스파젠(polyphosphazene) 및 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록공중합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 비생분해성 성분으로 형성된 나노섬유를 포함하거나 또는, 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리다이옥사논(polydioxanone), 폴리글리콜릭산(polyglycolic acid), PLLA(poly(L-lactide)), PLGA(poly(DL-lactide-co-glycolide)), 폴리락틱산(Polylactic acid) 및 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 생분해성 성분으로 형성된 나노섬유를 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬리팅사는 두께에 대한 평량의 비율이 1: 0.8 ~ 1.7일 수 있다.
또한, 상기 슬리팅사는 폭이 0.1 ~ 8mm일 수 있다.
또한, 상기 나노섬유웹은 평균직경이 100㎚ ~ 1㎛인 지지섬유들로 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 지지섬유들의 직경분포에서 지지섬유들의 직경 분산계수(E)는 8 ~ 25%일 수 있다.
또한, 압착된 나노섬유웹의 공기투과도는 0.8 ~ 10cfm일 수 있다.
또한, 상기 슬리팅사는 평량이 7 ~ 30g/㎡이며, 두께가 7 ~ 30㎛일 수 있다.
또한, 상기 나노섬유웹에는 세포의 부착, 이동, 성장, 증식(proliferation) 및 분화(differentiation) 중 어느 하나 이상의 유도를 촉진하는 생리활성성분이 포함될 수 있다.
또한, 상기 생리활성성분은 모노아민, 아미노산, 펩타이드, 당류(saccharide), 지질(lipid), 단백질, 당단백질(glucoprotein), 당지질(glucolipid), 프로테오글리칸, 뮤코다당(mucopolysaccharide) 및 핵산(nucleic acid) 으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물 및 세포 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 세포배양 지지체용 원사를 포함하는 세포배양 지지체용 원단을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 세포배양 지지체용 원사 및; 상기 원사의 나노섬유웹 외부 및 내부 공간을 포함하여 배양된 세포집합체;를 포함하는 세포배양기를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 세포집합체는 전능줄기세포, 만능줄기세포, 다능줄기세포, 올리고포텐트(oligopotent) 줄기세포 및 단일줄기세포로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 줄기세포, 및 조혈모세포, 간세포, 섬유세포, 상피세포, 중피세포, 내피세포, 근육세포, 신경세포, 면역세포, 지방세포, 연골세포, 골세포, 혈액세포 및 피부세포로 이루어진 군에서 선택된 분화세포 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용된 아미노산 서열은 IUPAC-IUB 명명법에 따라 하기 표 1과 같이 약어로 기재하였다.
IUPAC-IUB 명명 기호 약자 IUPAC-IUB 명명 기호 약자 IUPAC-IUB 명명 기호 약자
알라닌 A Ala 글라이신 G Gly 프롤린 P Pro
아르기닌 R Arg 히스티딘 H His 세린 S Ser
아스파라긴 N Asn 아이소루신 I Ile 트레오닌 T Thr
시스테인 C Cys 라이신 K Lys 트립토판 W Trp
글루탐산 E Glu 메티오닌 M Met 타이로신 Y Tyr
글루타민 Q Gln 페닐알라닌 F Phe 발린 V Val
본 발명에 의하면, 배양되는 세포의 이동, 증식, 분화에 적합한 미세환경이 보다 용이하게 구현되어 세포 증식율 및 생존율이 향상될 수 있다. 또한, 기계적 강도와 적정한 신도를 확보할 수 있어서 보다 안정적으로 세포를 배양할 수 있다.
나아가 배양된 세포를 in vitro 실험모델이나 동물 체내에 이식용으로 적용하기에 보다 적합하도록 배양되는 세포들의 형상/구조를 실제 동물 체내와 유사하게 배양시킬 수 있다.
더불어, 본 발명의 일실시예에 따른 원사는 세포배양/분화에 도움을 주는 물질로 개질 됨에 따라서 세포증식 및 생존이 더욱 향상될 수 있고, 이를 통해 배양되는 세포가 더욱 입체적 형상으로 용이하게 구현될 수 있다. 이에 따라서 본 발명에 따른 원사는 세포배양분야 및 조직공학분야의 용도로 매우 적합하여 당해 분야의 각종 제품으로 널리 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 포함되는 슬리팅사를 제조하기 전 압착된 나노섬유웹의 사시도 및 부분확대도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 슬리팅사의 단면도 및 부분확대도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 포함되는 슬리팅사를 형성하는 나노섬유에 고정된 생리활성성분을 나타낸 단면모식도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양 지지체용 원사의 제조방법을 나타내는 순서도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법 중 2단계에서 제조되는 나노섬유웹의 사시도 및 부분확대도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 포함되는 슬리팅사를 제조하기 위한 1.7M 광폭 나노섬유웹의 사진(도 6의 (a)) 및 상기 슬리팅사의 주사전자 현미경 사진(도 6의 (b)),
도 7은 본 발명의 일 실시예에 포함되는 슬리팅사를 제조하기 위한 중간단계를 나타내는 사진으로써, 도 7의 (a)는 폭 50㎜로 1차 슬리팅시킨 슬리팅사 사진이며, 도 7의 (b)는 상기 1차 슬리팅시킨 사를 폭 1.5㎜로 정밀슬리팅되는 과정을 나타내는 사진이고, 도 7의 (c)는 도 7의 (b)를 통해 제조된 폭 1.5㎜인 슬리팅사가 권취되는 과정을 나타내는 사진, 그리고
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬리팅사에서 배양된 세포군집체 시편에서 세포군집체가 부착된 상태로 시편의 하방에서 상방을 향해 높이별로 Confocal microscope를 통해 촬영한 이미지를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양 지지체용 원사는 지지섬유(220)를 포함하여 압착된 나노섬유웹(100)을 소정의 폭으로 절단시킨 슬리팅사(200)를 포함하여 구현된다.
상기 나노섬유웹(100)은 적어도 1가닥의 지지섬유(220)로 형성된 3차원 네트워크 구조를 가질 수 있다.
구체적으로 1가닥의 지지섬유(220)가 방향의 정함 없이 복수 회 폴딩되어 배열/적층됨을 통해 3차원 네트워크 구조를 형성할 수 있다. 또는, 상기 나노섬유웹(100)은 복수개의 지지섬유(220)를 포함하여 각각의 지지섬유(220)가 독립적으로 폴딩 및/또는 섬유길이방향의 정함이 없이 각각이 배열/적층됨을 통해 3차원 네트워크 구조를 형성할 수 있다.
이때, 1가닥 지지섬유(220)내 서로 다른 위치 간 접촉된 표면 및/또는 서로 다른 지지섬유(220)의 접촉된 표면에서는 접착 또는 융착이 발생할 수 있고, 이를 통해 3차원네트워크 구조가 구조적으로 더 복잡해지며 지지체에 로딩된 세포가 3차원 네트워크 구조로 형성된 기공 내부로 이동/증식할 수 있고, 입체적 형상/구조를 갖는 세포군집체로 세포를 배양시키기에 유리할 수 있다.
또한, 지지체 내부/외부에서 배양되는 세포의 증식률 및 생존률을 증가시키기 위해서는 세포의 증식에 필요한 영양분 등의 공급이 중요한데, 3차원 네트워크 구조의 나노섬유웹(100)에는 영양분을 포함하는 배양용액이 통과할 수 있는 유로가 매우 복잡, 다양하게 형성됨으로써 지지체 내부에 위치한 세포까지 용이하게 영양분이 공급되어 세포사멸을 방지하고 세포증식을 향상시킬 수 있다.
다만, 수많은 유로를 갖도록 설계된 나노섬유웹의 경우에도 슬리팅사로 구현되기 위하여 압착될 경우 유로가 감소하고, 평균공경 역시 줄어들어 목적하는 수준으로 배양용액을 통과시키지 못하고, 세포를 기공내부로 이동 및 증식시키지 못할 우려가 있으며, 이 경우 3차원의 세포군집체의 배양이 어려울 수 있다.
이에 따라서, 상기 슬리팅사(200) 또는 이를 형성하는 압착된 나노섬유웹(100)의 평량은 3 ~ 50g/㎡일 수 있고, 보다 바람직하게는 7 ~ 30g/㎡일 수 있다. 만일 평량이 3g/㎡ 미만일 경우 취급성이 떨어지고 슬리팅 공정이 용이하지 않고 불안정하게 이루어지는 경향이 있어서, 잦은 사절로 인한 생산성 저하의 우려가 있다. 또한, 상기 평량이 50g/㎡를 초과할 경우 나노섬유웹의 압착이 커서 나노섬유웹 내부의 공경과 유로가 현저히 감소하고, 나노섬유웹을 형성하는 지지섬유의 단면 형상이 눌린 타원형 등으로 형상이 변경될 수 있으며 이 경우 나노섬유웹 표면 또는 내부 빈 공간의 모폴로지를 변경을 유발하여 세포들이 3차원으로 입체적 배양, 성장하기 어렵게 만들 수 있는 문제가 있다. 나노섬웹의 모폴로지와 세포의 입체적 배양의 관련성은 후술하기로 한다.
또한, 상기 슬리팅사(200)의 두께는 7 ~ 30㎛, 보다 바람직하게는 9 ~ 25㎛일 수 있다. 슬리팅사(200)의 두께가 7㎛보다 얇을 경우 취급성이 저하되고, 기계적 강도가 약해 단독 또는 여러 가닥이 합사된 후 수행되는 연사공정에서 사절이 발생할 우려가 있고, 안정적으로 세포를 배양하기 어려울 수 있다. 또한, 압축공정을 과다하게 하여 두께가 얇아진 경우라면 기공도, 평균공경의 감소가 수반될 수 있고, 표면 모폴로지도 평평하게 되어 세포를 안정적으로 배양시키기 어려울 수 있다. 또한, 만일 두께가 30㎛를 초과할 경우 평량의 정도에 따라서 달리 생각해볼 수 있으나 압축이 덜 된 경우라면 표면 모폴로지가 안정적이지 못하여 배양중 세포의 탈리가 잦을 수 있고, 충분히 압축된 상태에서 두께가 두꺼운 경우 역시 기공도, 평균공경의 감소가 수반될 수 있고, 이로 인해 세포배양액의 투과율 감소, 세포의 내부침투 저하 등으로 인해 세포의 3차원 배양이 어려울 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 슬리팅사의 두께에 대한 평량 비율(평량(g/㎡)÷두께(㎛))이 1 : 0.8 ~ 1.7 일 수 있고, 보다 바람직하게는 1: 1 ~ 1.25일 수 있고 이를 통해 세포의 슬리팅사 내부 침투가 용이하여 3차원 세포군집체를 보다 안정적으로 배양시킬 수 있고, 세포배양액의 투과가 원활하여 내부에 로딩된 세포의 사멸을 최소화하여 배양시킬 수 있는 이점이 있다. 만일 두께에 대한 평량비율이 0.8 미만일 경우 표면 모폴로지가 안정적이지 못하여 배양중 세포의 탈리가 잦을 수 있고, 충분히 압축된 상태에서 두께가 두꺼운 경우 역시 기공도, 평균공경의 감소가 수반될 수 있고, 이로 인해 세포배양액의 투과율 감소, 세포의 내부침투 저하 등으로 인해 세포의 3차원 배양이 어려울 수 있다. 또한, 만일 두께에 대한 평량의 비율이 1.7을 초과하게 되면 압축공정을 과다하게 수행되어 두께가 얇아진 경우일 수 있고, 이로 인하여 기공도, 평균공경의 감소가 수반될 수 있고, 표면 모폴로지도 평평하게 되어 세포를 안정적으로 배양시키기 어려울 수 있다.
또한, 상기 슬리팅사(200)는 폭이 0.1 ~ 8㎜일 수 있는데, 만일 폭을 0.1㎜ 미만으로 슬리팅할 경우 절단이 용이하지 않고, 잦은 절사가 유발될 수 있다. 또한, 복수개의 슬리팅사를 연사시킬 때 가해지는 장력과 회전력에 의해 쉽게 사절될 수 있는 문제가 있다. 또한, 폭을 30㎜ 초과하여 슬리팅할 경우 복수개의 슬리팅사를 합사하여 원사를 제조하는 연사공정에서 불균일한 꼬임이 발생할 수 있는 등 목적하는 효과를 달성하기 어려울 수 있다.
또한, 상기 슬리팅사(200)를 형성하는 압착된 나노섬유웹(100)의 평균공경은 내부의 기공에 세포가 이동, 증식할 수 있을 정도의 공간이 확보되도록 구비됨이 바람직하며, 배양되는 세포의 구체적 종류에 따라서 직경이 결정될 수 있다. 일예로, 바람직하게는 평균공경이 0.05 ~ 10㎛, 보다 바람직하게는 10㎚ ~ 1㎛일 수 있다. 만일 평균공경이 0.05㎛ 미만일 경우 배양되는 세포가 증식될 때 압착된 나노섬유웹(100) 내부의 기공으로 이동하기 보다는 압착된 나노섬유웹(100)의 외부면을 통해 평면적으로 이동 및 증식할 수 있어서 목적하는 수준으로 입체적 형상을 갖는 세포군집체를 배양하지 못할 수 있다. 또한, 압착된 나노섬유웹(100)의 내부 공간으로 세포가 이동한다고 하더라도 배양용액이 압착된 나노섬유웹(100)을 원활하게 통과하지 못할 수 있음에 따라서 내부공간으로 이동한 세포가 사멸되거나 증식이 저하될 수 있는 문제가 있다. 또한, 만일 평균공경이 10㎛를 초과하는 경우 압착된 나노섬유웹(100)의 내부공간으로 세포의 이동 및 배양용액의 통과성이 좋을 수 있으나 배양되는 세포가 압착된 나노섬유웹(100)을 통과되는 배양용액과 함께 슬리팅사(200) 밖으로 이탈되는 현상이 증가될 수 있으며, 단리된 배양세포의 증가는 목적하는 입체형상을 갖는 세포군집체로 배양되기 어려운 문제가 있다.
상술한 압착된 나노섬유웹(100)를 형성하는 지지섬유는 평균직경이 10㎚~ 100㎛일 수 있고, 바람직하게는 100㎚ ~ 50㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 100㎚ ~ 10㎛, 더 바람직하게는 100㎚ ~ 1㎛일 수 있다. 만일 지지섬유의 평균직경이 10㎚ 미만일 경우 섬유웹의 기계적 강도가 현저히 저하될 수 있고, 평균직경이 100㎛를 초과하는 경우 목적하는 수준의 기공도, 지지섬유의 표면적을 갖는 압착된 나노섬유웹을 제조하기 어려울 수 있다.
한편, 세포를 입체적으로 배양시키기 위해서는 세포가 압착된 나노섬유웹(100)의 표면뿐만 아니라 내부공간에도 침투 및 배양되어, 종국적으로 내부공간에 침투 및 배양된 세포와 표면상에서 배양되는 세포 간에 접촉하여 하나의 3차원적인 세포군집체를 형성할 수 있다. 다만, 표면상에서 배양되는 세포의 경우에도 나노섬유웹의 표면 모폴로지에 의해 세포의 입체적 배양을 유도할 수 있다. 이러한 일예로써, 슬리팅사(200)로 구현되는 압착된 나노섬유웹(100) 표면의 모폴로지가 평평하지 않고, 울통불퉁하도록 표면 거칠기가 클 수 있다. 압착된 나노섬유웹(100)의 표면 형상이 울퉁불퉁하다는 것은 예시적으로 다수개의 오목부 및/또는 볼록부를 포함한 것으로써, 세포의 입체적 성장효과 이외에 세포가 볼록부 간 사이 공간 또는 오목부의 홈에 보다 용이하고 견고하게 안착될 수 있어서 슬리팅사에 로딩 후 탈리되는 세포의 수를 현저히 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
위와 같은 세포의 입체적 성장 및 파종된 세포의 안착성 향상을 위한 모폴로지의 표면을 갖는 세포 배양지지체용 원사를 구현하기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 압착된 나노섬유웹은 지지섬유를 다수개 포함하고, 지지섬유들의 직경 분산계수(E) 8 ~ 25%일 수 있다. 상기 직경 분산계수(E)는 지지섬유들의 직경을 기준으로 한 분포도에서 산출된 소정의 평균직경에 대비하여 지지섬유들이 얼마나 가까이 또는 넓게 분포하고 있는지를 가늠할 수 있는 파라미터로써, 하기 수학식 1로 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2017006142-appb-I000001
상기 수학식 3에 따른 직경 분산계수(%)가 0%라는 의미는 표준편차가 0이라는 것으로써, 섬유웹에 포함된 다수개의 지지섬유들의 직경이 모두 평균직경과 일치함을 의미한다. 따라서, 이와 반대로 직경 분산계수가 점점 커진다는 것은 섬유웹에 포함된 다수개의 지지섬유 중 평균직경보다 큰 직경 및/또는 작은 직경을 갖는 지지섬유의 수가 증가한다는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 지지체는 소정의 평균직경에서 조건 (1)에 따른 생분해성 지지섬유들의 직경에 대한 분산계수가 8 ~ 25%를 만족함에 따라서 상술한 것과 같이 다수개의 오목부 및/또는 볼록부가 배치된 것과 같은 울퉁불퉁한 표면 모폴로지를 갖는 압착된 나노섬유웹을 구현하기 보다 용이할 수 있다. 다만, 분산계수가 과도하게 커질 경우 두께 대비 평량의 증가가 클 수 있고, 이로 인해 평균공경과 공기투과도가 크게 감소할 수 있고, 세포배양액의 압착된 나노섬유웹 내부로 유입이 어렵거나 교환이 어려워져 압착된 나노섬유웹 내부에서 세포배양이 어려울 수 있어서 세포배양 효율이 감소할 수 있다. 만일 직경에 대한 분산계수가 8% 미만일 경우 지지섬유들의 직경의 균일성이 증가함에 따라서 매끄러운 표면 모폴로지가 발현되기에 유리하고, 공경의 균일성도 증가하나, 파종된 세포가 입체적으로 증식하기 보다는 표면상을 따라 2차원적으로 배양되거나 또는 지지섬유의 평균직경이 클 경우 평균공경이 큰 기공구조가 생성되어 파종된 세포가 탈리될 우려가 있는 등 목적하는 수준의 입체적인 세포군집체를 배양시킬 수 없을 수 있다. 또한, 만일 직경에 대한 분산계수가 25%를 초과할 경우 평균직경이 다소 작은 압착된 나노섬유웹에서는 지지체 직경에 대한 불균일성이 증가함에 따라서 압착된 나노섬유웹의 평균공경이 매우 작아지고, 이로 인해 세포배양액의 압착된 나노섬유웹 내부로의 유입이나 교환이 어려워질 수 있고, 세포가 3차원 배양되기 보다는 표면을 따라 배양될 우려가 있다.
또한, 압착된 나노섬유웹의 공기투과도가 1 ~ 10cfm일 수 있다. 세포배양용 지지체가 되는 슬리팅사에 세포를 입체적으로 성장시킬 때 중요요인 중 하나는 세포배양에 필요한 물질을 지속적으로 원활히 공급시켜줄 수 있는지 여부이다. 만일 세포가 슬리팅사의 표면 상에 입체적으로 성장할 경우 슬리팅사 표면에 인접해서 배치되는 세포들이나, 슬리팅사 내부 공간에 침부, 안착하여 배양되는 세포의 경우 외부공간에 노출되도록 위치하는 세포에 비해 세포배양액에 원활히 접촉하기 어려울 수 있다. 따라서 세포배양액의 압착된 나노섬유웹 내부로의 원활한 유입 및 유출을 위하여 상기 압착된 나노섬유웹의 공기투과도는 1 ~ 10cfm일 수 있다. 만일 공기투과도가 1.0cfm 미만일 경우 세포가 지지체 내부에 침투하기 어려울 수 있고, 세포배양액이나 생분해성 성분을 용해시킬 수 있는 성분의 통과도 원활하지 않을 수 있다. 또한, 만일 공기투과도가 10cfm을 초과할 경우 슬리팅사로 구현되기에 나노섬유웹의 기계적 강도가 현저히 낮거나 또는 지지섬유의 섬도의 직경과 두께가 현저히 큰 섬유웹이 구현될 수 있고, 이에 따라서 지지체의 중량이 커지고, 한정된 작은 부피의 배양기에 적용하기 어려울 수 있으며, 파종된 세포의 탈리로 인해 목적하는 양으로 배양이 어려울 수 있다.
또한, 상기 압착된 나노섬유웹(100)는 기공도가 40 ~ 90%일 수 있으며, 이를 통해 압착된 나노섬유웹(100) 내부로 이동 및 증식되는 세포를 통한 입체형상의 세포군집체를 형성하기에 보다 용이하며, 압착된 나노섬유웹(100) 내부 기공에 배양용액을 담지하거나 배양용액의 통과성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 만일 기공도가 40% 미만일 경우 입체형상의 세포군집체의 형성이 어렵고, 압착된 나노섬유웹(100) 내부로 이동 및 증식하는 세포의 사멸을 초래할 수 있는 문제가 있다. 또한, 만일 기공도가 90%를 초과할 경우 지지체의 기계적강도 약화로 세포배양 중에 지지체가 붕괴할 수 있는 문제가 있다.
상술한 지지섬유는 섬유상으로 제조될 수 있는 공지된 섬유형성성분으로 구현된 것일 수 있으며, 분해성이 요구되는 등 특별한 목적에 따라서 재질을 달리 선택할 수 있음에 따라서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다. 상기 섬유형성성분은 면, 마, 등의 셀룰로오스 성분, 양모, 견 등의 단백질 성분, 또는 광물성 성분 등의 천연섬유 성분을 포함할 수 있다. 또는 상기 섬유형성성분은 공지된 인조섬유의 성분일 수 있다.
한편, 상기 섬유형성성분은 목적에 따라서 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이더술폰(PES), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로나이트릴(PAN), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리아미드, 폴리알킬렌, 폴리알킬렌옥사이드(poly(alkylene oxide)), 폴리아미노산(poly(amino acids)), 폴리알릴아민(poly(allylamines), 폴리포스파젠(polyphosphazene) 및 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록공중합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 비생분해성 성분, 또는 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리다이옥사논(polydioxanone), 폴리글리콜릭산(polyglycolic acid), PLLA(poly(L-lactide)), PLGA(poly(DL-lactide-co-glycolide)), 폴리락틱산(Polylactic acid) 및 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 생분해성 성분을 포함할 수 있다.
또한, 상술한 압착된 나노섬유웹(100), 더 구체적으로 나노섬유웹(100)을 형성하는 지지섬유는 섬유형성성분 이외에 기능성 물질을 더 구비할 수 있다.
최근 연구되고 있는 세포배양기술은 실제 체내의 세포간 환경을 in vitro에서 구현시키는 방향으로 연구되고 있으며, 세포배양 환경을 체내의 세포환경과 유사하게 조성시키기 위하여 체내 세포외 기질(ECM)에 구비되는 각종 성분을 in vitro 배양시 배양용액에 포함시켜 적용하는 추세에 있다. 그러나 배양용액에 세포배양을 증진시킬 수 있는 물질을 포함시킬 경우 배양되는 세포에 지속적으로 상기 물질을 노출시키는데 한계가 있으며, 지속적 노출을 위해서는 배양용액에 상기 물질의 함량을 증가시켜야 하나, 이는 비용의 증가, 증식효율에 있어서 문제가 있다. 이에 따라 본 발명의 일실시예에 포함되는 나노섬유웹에 포함되는 지지섬유의 표면에는 생리활성성분이 고정된 상태로 슬리팅사로 구현되어 지지섬유 상 또는 지지섬유로 둘러싸인 공간내에 위치하는 배양세포에 생리활성성분을 통한 부착 안정화, 세포자극 및 이를 통한 세포 내 신호전달을 지속, 증폭시켜 세포증식을 더욱 가속화 시킬 수 있는 이점이 있다.
상기 생리활성성분은 세포의 부착, 이동, 성장, 증식(proliferation) 및 분화(differentiation) 중 어느 하나 이상을 유도하는 성분일 수 있다.
먼저, 생리활성 성분 중 세포의 부착을 향상시키는 성분인 접착성 생리활성성분은 배양세포를 초기에 세포지지체 상에 고정시켜 배양용액상에 로딩된 세포가 부유하는 것을 방지하는 기능 및/또는 세포의 이동, 성장, 증식 및 분화 등에 관여하는 비접착성 생리활성성분을 지지섬유상에 고정시켜 비접착성 생리활성성분이 지지섬유 상에 세포배양 되는 과정에서 지지섬유에서 탈리를 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 접착성 생리활성성분은 통상의 생체적합성이 있어서 세포독성을 발생시키지 않는 공지된 접착성 생리활성성분의 경우 제한없이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 서열번호 1 내지 서열번호 7의 아미노산 서열이 1회 내지 20회 반복하여 이루어진 단백질 및 이들 단백질 중 적어도 2개가 융합된 단백질로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있고, 이를 통해 세포독성이 현저히 저하되고, 비접착성 생리활성성분에 대한 접착력이 우수한 동시에 세포배양 중 접착성 생리활성성분이 배양용액에 용해됨에 따라서 발생하는 고정된 비접착성 생리활성성분의 탈리나 세포의 단리가 방지될 수 있는 이점이 있다.
다음으로, 나노섬유웹에 구비될 수 있는 생리활성성분 중 세포배양을 증진시킬 수 있도록 세포의 이동, 성장, 증식(proliferation) 및 분화(differentiation) 중 어느 하나 이상을 직/간접적으로 유도하는 비접착성 생리활성성분은 이와 같은 기능을 발현하는 것으로 알려진 공지의 물질인 경우 제한 없이 포함될 수 있다.
일예로, 상기 생리활성성분은 모노아민, 아미노산, 펩타이드, 당류(saccharide), 지질(lipid), 단백질, 당단백질(glucoprotein), 당지질(glucolipid), 프로테오글리칸, 뮤코다당(mucopolysaccharide) 및 핵산(nucleic acid) 으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물 및 세포 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때, 모노아민은 일예로, 카테콜아민, 인돌아민 등 1차 아민을 포함하는 화합물을 포함한다. 또한, 상기 펩타이드는 올리고펩타이드를 포함하며, 상기 단백질은 폴리펩티드를 포함하고, 일예로, 피브로넥틴 등일 수 있다. 상기 당류는 단당류, 다당류, 올리고당 및 탄수화물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 지질은 일예로 스테로이드 호르몬일 수 있다.
한편, 상기 생리활성성분은 모티프를 포함할 수 있다. 상기 모티프는 생장인자(growth factor) 또는 세포외기질(extracellular matrix)에 포함되는 단백질, 당단백질 및 프로테오글리칸 중에서 선택된 어느 하나 이상에 구비된 소정의 아미노산 서열을 포함하는 천연 펩타이드 또는 재조합 펩타이드일 수 있다. 구체적으로 상기 모티프는 아드레노메둘린(Adrenomedullin), 앙기오포이에틴(Angiopoietin), 뼈형성단백질(BMP), 뇌유래신경영양인자(BDNF), 표피생장인자(EGF), 에리스로포이에틴(Erythropoietin), 섬유아세포 증식인자(Fibroblast growth factor), 신경교의세포주유래신경영양인자(GDNF), 과립구집락자극인자(Granulocyte colony-stimulating factor, G-CSF), 과립대식세포집락자극인자(Granulocyte macrophage colony-stimulating factor, GM-CSF), 성장분화인자-9(Growth differentiation factor-9, GDF9), 간세포생장인자(HGF), 간세포선종 유래 생장인자(Hepatoma-derived growth factor, HDGF), 인슐린유사생장인자(Insulin-like growth factor, IGF), 각질세포 증식인자(Keratinocyte growth factor , KGF), 이동자극인자(Migration-stimulating factor, MSF), 마이오스타틴(Myostatin , GDF-8), 신경생장인자(Nerve growth factor, NGF), 혈소판유래생장인자(Platelet-derived growth factor, PDGF), 트롬보포이에틴(Thrombopoietin, TPO), T-세포생장인자(T-cell growth factor, TCGF), 뉴로필린, 형질전환생장인자-알파(TGF-α), 형질전환생장인자-베타(TGF-β), 종양괴사인자-알파(TNF-α), 혈관내피생장인자(VEGF), IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6 및 IL-7로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 생장인자(GF)에 포함된 소정의 아미노산 서열을 포함할 수 있다. 또는, 히알루론산, 헤파린황산염, 콘드로이틴황산염, 테르마틴황산염, 케라탄황산염, 알진염, 피브린, 피브리노겐, 콜라겐, 엘라스틴, 피브로넥틴, 비트로넥틴, 카드헤린 및 라미닌으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 세포외기질(extracellular matrix)에 포함되는 소정의 아미노산의 서열을 포함할 수 있다. 또한, 상기 모티프는 생장인자에 포함되는 소정의 아미노산 서열 및 상기 세포외기질에 포함되는 소정의 아미노산 서열을 모두 포함할 수도 있다. 보다 바람직하게는 상기 모티프는 서열번호 8 내지 서열번호 28의 아미노산 서열을 포함하여 이루어진 단백질 및 이들 단백질 중 적어도 2개가 융합된 단백질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 모티프는 상술한 접착성 생리활성성분에 공유결합시켜 일체로 구현될 수도 있다. 일예로, 상기 접착성 생리활성성분이 단백질인 경우 폴리펩티드의 N-말단 및/또는 C-말단에 상기 모티프를 직접 공유결합 시키거나 이종의 펩타이드 또는 폴리펩타이드를 개재시켜 공유결합 시킬 수 있으며, 이 경우 지지섬유에 더욱 견고히 비접착성 생리활성성분을 부착시킬 수 있고, 비접착성 생리활성성분의 세포배양 중 탈리를 최소화시킬 수 있다.
상술한 접착성 생리활성성분 및 비접착성 생리활성성분은 지지섬유에 고정되어 구비될 수 있는데, 이들 성분을 고정시키는 방법에 대해 도 3을 참조하여 설명하면, 접착성 생리활성성분(222) 일부가 지지섬유(220) 내부에 위치하고, 나머지 일부가 외부에 위치하도록 구비되어 지지섬유(220) 표면에 고정될 수 있으며, 고정된 접착성 생리활성성분(222) 상에 비접착성 생리활성성분(223)이 결합되어 함께 지지섬유(220) 상에 고정될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 도 3과 다르게 지지섬유(220) 내부에는 접착성 생리활성성분이 구비되지 않고, 외부면 일 영역 상에 접착성 생리활성성분이 접착되어 고정되거나 지지섬유(220)의 외부면을 전부 피복하여 구비될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 세포배양지지체용 원사는 상술한 슬리팅사를 모노사로 1가닥 또는 다수 가닥 포함한 것일 수 있고, 다수 가닥 포함할 경우 이들이 합사 후 연사된 것일 수 있다. 또한, 모노사로 상술한 슬리팅사 이외에 세포지지체용 원사의 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 이종의 원사를 모노사로써 더 포함할 수 있으며, 상기 이종의 원사는 공지의 재료로 구현된 방적사 또는 필라멘트사일 수 있다.
상술한 슬리팅사(200)를 포함하는 본 발명에 따른 세포배양 지지체용 원사는 후술하는 제조방법을 통해 제조될 수 있다. 그러나 후술되는 제조방법에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 슬리팅사(200)를 포함하는 세포배양 지지체용 원사는 도 4에 도시된 것과 같이, 섬유형성성분을 포함하는 방사용액을 제조하는 1 단계(S100), 상기 방사용액을 전기 방사하여 나노섬유웹(10)을 제조하는 2단계(S200), 상기 나노섬유웹(10)에 압력을 가하여 압착된 나노섬유웹(100)을 제조하는 3 단계(S300) 및 상기 압착된 나노섬유웹(100)을 소정의 폭을 갖도록 절단하여 슬리팅사(200)를 제조하는 4 단계(S400)를 포함하여 제조될 수 있다.
먼저, 상기 1 단계(S100)에서의 방사용액은 섬유형성성분 이외에 용매를 포함할 수 있다.
상기 용매는 전기방사용액의 제조에 사용되며 상술한 섬유형성성분을 용해할 수 있는 용매의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 또한, 후술하는 2단계가 건식방사일 경우 쉽게 기화될 수 있는 용매를 선택함이 바람직하다. 상기 용매는 구체적으로 선택되는 섬유형성성분의 종류에 따라 용매의 종류를 달리 선택할 수 있음에 따라 구체적인 종류를 본 발명은 특별히 한정하지 않는다. 일 예로, 상기 용매는 DEC(diethyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), PC(propylene carbonate), 물, 초산(acetic acid), 개미산(formic acid), 클로로포름(Chloroform), 디클로로메탄(dichloromethane), 아세톤(acetone), HFIP(1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol) 및 이소프로필알콜(isopropylalchol)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
방사용액 제조에 있어서 섬유형성성분의 함량은 약 5~50중량%가 적당하며, 5중량% 미만의 경우 나노섬유웹(10)을 형성하기 보다는 비드(bead)상으로 분사되어 나노섬유웹(10) 구성하기 어려우며, 50중량% 초과인 경우에는 방사용액의 점도가 너무 높아 방사성이 불량하여 섬유를 형성하기 곤란한 경우가 있다. 따라서 방사용액의 제조는 섬유상 구조를 형성하기 쉬운 농도로 하여 섬유의 형상(morphology)을 제어하는 것이 바람직하다.
상기 방사용액은 점도가 50 ~ 3000cps이 되도록 섬유형성성분 및 용매가 혼합될 수 있다. 만일 방사용액의 점도가 50cps 미만이면 방사용액의 흐름성이 높아 방사장치의 노즐에서 액적이 분사되어 나노섬유웹(10)을 제조하기 어렵고, 방사용액의 점도가 3000cps를 초과하면 방사용액 흐름성이 낮아 방사성이 저하될 수 있다.
한편, 상기 방사용액에는 통상적인 세포배양용 지지체나 조직공학용 지지체에 구비되는 첨가제를 더 포함할 수 있고, 일예로, 상기 첨가제는 비이온계면활성제 등의 친수성향상성분일 수 있다. 그 이외의 상기 첨가제는 목적에 따라 공지의 첨가제를 선택할 수 있음에 따라서 본 발명은 이에 대한 설명을 생략한다.
다음으로 2단계(S200)로서, 상술한 방사용액을 전기방사하여 도 5에 도시된 것과 같은 나노섬유웹(10)을 제조하는 단계를 수행한다.
상기 2단계(S200)는 통상의 전기방사장치를 통해 수행될 수 있으며, 상기 전기방사장치는 방사용액이 저장된 용액탱크, 고전압 발생기가 연결된 복수개의 방사노즐이 다수 열/다수 행으로 배열된 방사팩을 포함할 수 있다. 한편, 방사팩의 하부에는 콜렉터가 구비되어 방사되는 지지섬유가 축적된 섬유매트를 수집할 수 있으며, 상기 콜렉터는 컨베이어벨트 상에 위치되어 순차적으로 형성된 일정두께의 연속된 섬유매트를 수집할 수도 있다. 이때, 상기 콜렉터에는 외부응고액이 담지되어 방사된 지지섬유가 고화되거나 또는 외부응고액 없이 방사된 지지섬유가 공기 또는 별도의 냉각풍을 통하여 고화되어 콜렉터상에 수집될 수 있다.
수집된 지지섬유 매트는 이후 잔존 용매, 외부응고액 등을 기화시키기 위한 건조공정을 거칠 수 있고 이를 통해 나노섬유웹(10)으로 제조될 수 있다.
상기 제조된 나노섬유웹(10)은 친수성을 향상시키기 위하여 표면에 플라즈마 처리, 도파민 등의 성분으로 지지섬유의 표면코팅 등을 더 수행할 수 있다.
또한, 제조된 나노섬유웹(10)은 공경크기 조절, 나노섬유(12)를 형성하는 섬유형성성분의 배향을 위하여 특정방향으로 연신하는 공정을 더 수행할 수 있다. 또한, 상기 나노섬유웹(10)은 3차원 네트워크 구조의 심화, 목적하는 두께, 평량을 만족하기 위하여 열 및/또는 압력을 가하는 공정을 더 수행할 수 있고, 상기 공정은 통상의 캘린더링 공정일 수 있다. 또한, 제조된 나노섬유웹(10)의 일면, 일예로, 섬유웹의 테두리에 배양용기 등에 섬유웹이 고정, 부착될 수 있도록 별도의 접착층을 형성시키는 단계를 더 수행할 수도 있다.
다음으로 3단계(S300)로서, 상기 나노섬유웹(10)에 압력을 가하여 압착된 나노섬유웹(100)을 제조하는 단계를 수행한다.
상기 제조된 나노섬유웹(10)을 압착, 롤링, 열접합, 초음파 접합 등의 다양한 방법으로 압착하여 압착된 나노섬유웹(100)을 제조할 수 있다. 본 발명에서 압착공정은 방사된 개개의 섬유가 단독으로 움직이지 못하도록 열처리나 초음파 등의 방법으로 압착 고정하여 나노섬유웹(10)을 필름화하는 단계라고 할 수 있다. 상기 3단계(S300)는 섬유형성성분이 용융되지 않는 범위인 20~250, 보다 바람직하게는 80 ~ 160℃의 온도범위에서, 3 ~ 5kPa의 압력을 가해 실시하는 것이 바람직하다. 20미만의 경우 열처리 온도가 너무 낮아 나노섬유(12)간 융착이 불안정하거나 유리전이 온도가 높은 섬유형성성분의 경우 나노섬유(12)간 융착이 거의 일어나지 않아 후속하는 슬리팅사(200) 제조시 슬리팅이 원활하게 진행되지 않을 가능성이 높다. 또한 열처리 온도가 250 초과시 나노섬유(12)를 구성하는 섬유형성성분이 용융되어 섬유상 구조를 상실할 가능성이 높기 때문에 바람직하지 않다. 이때 열처리 등을 이용하여 연신하는 방법도 사용하는 것이 가능하다.
다음으로 4 단계(S400)로서 상기 압착된 나노섬유웹(100)을 소정의 폭을 갖도록 절단하여 슬리팅사(200)를 제조하는 단계를 수행한다.
압착된 나노섬유웹(100)을 커터(cutter)나 슬리터(slitter) 등을 이용하는 다양한 방법으로 일예로, 폭 0.1 ~ 8mm가 되도록 슬리팅하여 지지섬유(220)로 구성된 슬리팅사(200)를 제조한다.
이후 제조된 슬리팅사를 1가닥 또는 다수개의 가닥으로 합사하여 연사공정을 수행할 수 있다. 합사된 후 연사된 원사는 1가닥의 슬리팅사보다 보다 향상된 기계적 강도를 보유하게 하고, 이를 통해 보다 안정적으로 세포가 배양될 수 있도록 하는데 유리할 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 본 발명에 따른 원사 또는 이들이 합사된 원사를 통해 세포배양용 원단을 구현한다.
상기 원단은 직물, 편성물, 부직포 중 어느 하나 일수 있으며, 목적에 따라 그 형태를 달리하여 제조할 수 있다. 상기 직물, 편성물 및 부직포는 공지된 각각의 구현방법을 통하여 제조될 수 있다. 일예로, 상기 직물은 상술한 원사 또는 이들이 합사된 원사를 경사, 위사 중 어느 하나 이상으로 사용하여 능직으로 직조되어 제조된 능직물일 수 있다. 또한 일예로, 상기 편성물은 상술한 원사 또는 이들이 합사된 원사를 횡편기에 투입시켜 위편성된 평편일 수 있다. 또한 일예로, 상기 부직포는 원사 또는 이들이 합사된 원사를 일정한 섬유장으로 커팅시킨 단사(short-cut yarn)를 접착성분을 부가해 열/압력을 가해 제조한 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 상술한 원사 또는 원단 상에 배양세포를 이식시켜 배양된 세포군집체를 포함하는 조직공학용 이식체 또는 세포배양기를 구현할 수 있다. 이때, 상기 배양세포는 원사인 슬리팅사 나노섬유웹 표면 및 그 내부공간을 포함하는 부분에 위치하여 배양 및 증식될 수 있다. 또한, 상기 세포집합체는 전능줄기세포, 만능줄기세포, 다능줄기세포, 올리고포텐트(oligopotent) 줄기세포 및 단일줄기세포로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 줄기세포, 및 조혈모세포, 간세포, 섬유세포, 상피세포, 중피세포, 내피세포, 근육세포, 신경세포, 면역세포, 지방세포, 연골세포, 골세포, 혈액세포 및 피부세포로 이루어진 군에서 선택된 분화세포 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
서열번호 아미노산 서열
1 Met Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser TyrPro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys AlaLys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro ProThr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ser Ser GluGlu Tyr Lys Gly Gly Tyr Tyr Pro Gly Asn Thr Tyr His Tyr His SerGly Gly Ser Tyr His Gly Ser Gly Tyr His Gly Gly Tyr Lys Gly LysTyr Tyr Gly Lys Ala Lys Lys Tyr Tyr Tyr Lys Tyr Lys Asn Ser GlyLys Tyr Lys Tyr Leu Lys Lys Ala Arg Lys Tyr His Arg Lys Gly TyrLys Lys Tyr Tyr Gly Gly Ser Ser Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro ThrTyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro SerTyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr LysAla Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr ProPro Thr Tyr Lys
2 Met Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser TyrPro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys AlaLys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro ProThr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ser Ser GluGlu Tyr Lys Gly Gly Tyr Tyr Pro Gly Asn Thr Tyr His Tyr His SerGly Gly Ser Tyr His Gly Ser Gly Tyr His Gly Gly Tyr Lys Gly LysTyr Tyr Gly Lys Ala Lys Lys Tyr Tyr Tyr Lys Tyr Lys Asn Ser GlyLys Tyr Lys Tyr Leu Lys Lys Ala Arg Lys Tyr His Arg Lys Gly TyrLys Lys Tyr Tyr Gly Gly Ser Ser Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro ThrTyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro SerTyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr LysAla Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr ProPro Thr Tyr Lys Gly Arg Gly Asp Ser Pro
3 Met Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser TyrPro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys AlaLys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro ProThr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Pro Trp AlaAsp Tyr Tyr Gly Pro Lys Tyr Gly Pro Pro Arg Arg Tyr Gly Gly GlyAsn Tyr Asn Arg Tyr Gly Arg Arg Tyr Gly Gly Tyr Lys Gly Trp AsnAsn Gly Trp Lys Arg Gly Arg Trp Gly Arg Lys Tyr Tyr Gly Ser AlaLys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro ProThr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys ProSer Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr TyrLys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Leu
4 Ala Asp Tyr Tyr Gly Pro Lys Tyr Gly Pro Pro Arg Arg Tyr Gly GlyGly Asn Tyr Asn Arg Tyr Gly Arg Arg Tyr Gly Gly Tyr Lys Gly TrpAsn Asn Gly Trp Lys Arg Gly Arg Trp Gly Arg Lys Tyr Tyr
5 Ser Ser Glu Glu Tyr Lys Gly Gly Tyr Tyr Pro Gly Asn Thr Tyr HisTyr His Ser Gly Gly Ser Tyr His Gly Ser Gly Tyr His Gly Gly TyrLys Gly Lys Tyr Tyr Gly Lys Ala Lys Lys Tyr Tyr Tyr Lys Tyr LysAsn Ser Gly Lys Tyr Lys Tyr Leu Lys Lys Ala Arg Lys Tyr His ArgLys Gly Tyr Lys Lys Tyr Tyr Gly Gly Gly Ser Ser
6 Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys
7 Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr ProPro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala LysPro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro ThrTyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys
8 Arg Gly Asp
9 Arg Gly Asp Ser
10 Arg Gly Asp Cys
11 Arg Gly Asp Val
12 Arg Gly Asp Ser Pro Ala Ser Ser Lys Pro
13 Gly Arg Gly Asp Ser
14 Gly Arg Gly Asp Thr Pro
15 Gly Arg Gly Asp Ser Pro
16 Gly Arg Gly Asp Ser Pro Cys
17 Tyr Arg Gly Asp Ser
18 Ser Pro Pro Arg Arg Ala Arg Val Thr
19 Trp Gln Pro Pro Arg Ala Arg Ile
20 Asn Arg Trp His Ser Ile Tyr Ile Thr Arg Phe Gly
21 Arg Lys Arg Leu Gln Val Gln Leu Ser Ile Arg Thr
22 Lys Ala Phe Asp Ile Thr Tyr Val Arg Leu Lys Phe
23 Ile Lys Val Ala Asn
24 Lys Lys Gln Arg Phe Arg His Arg Asn Arg Lys Gly Tyr Arg Ser Gln
25 Val Ala Glu Ile Asp Gly Ile Gly Leu
26 Pro His Ser Arg Asn Arg Gly Asp Ser Pro
27 Asn Arg Trp His Ser Ile Tyr Ile Thr Arg Phe Gly
28 Thr Trp Tyr Lys Ile Ala Phe Gln Arg Asn Arg Lys
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
<실시예 1>
먼저, 방사용액을 제조하기 위하여 섬유형성성분으로 폴리비닐리덴플루오라이드(Arkema사, Kynar761) 12g을 디메틸아세트아마이드와 아세톤의 중량비를 70:30으로 혼합한 혼합용매 88g에 80의 온도로 6시간 동안 마그네틱바를 사용하여 용해시켜 혼합용액을 제조했다. 상기 제조된 방사용액을 전기방사 장치를 사용하여 인가전압 25KV, 집전체와 방사구까지의 거리 25cm, 토출량 0.05ml/hole의 조건으로 RH 65% 30의 환경에서 전기방사를 실시하여 하기 표 1과 같은 직경분포를 갖는 지지섬유로 형성된 나노섬유웹을 수득하였다. 수득된 나노섬유웹을 온도 130℃, 압력 4kPa로 캘린더링 2회 실시하여 도 6(b)와 같이 3차원 네트워크 구조이며, 평량이 10g/㎡이고, 두께가 10㎛인 압착된 나노섬유웹을 제조하였고, 제조된 압착된 나노섬유웹을 도 6(a)와 같이 롤에 권취시켰다.
이후 압착된 나노섬유웹의 롤을 도 7(a)와 같이, 폭 5mm가 되도록 1차 슬리팅한 후, 도 7(b)와 같이, 각각의 폭이 1.5mm가 되도록 2차 정밀 슬리팅을 하여 슬리팅사를 얻었고, 2차 정밀슬리팅 과정에서 제조된 슬리팅사의 권취 사진을 도 7(c)에 나타냈다. 제조된 슬리팅사는 폭이 1.5mm이었다.
<실시예 2 ~ 12>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 압축전 나노섬유웹의 평량/두께 및 압축시 압력의 강도를 조절하여 압축된 나노섬유웹이 하기 표 3과 같은 평량과 두께를 갖도록 제조하여 구현된 하기 표 3과 같은 슬리팅사를 수득하였다.
<비교예 1>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 압축과정을 거치지 않고 두께가 12.5㎛이고, 평량이 8g/㎡인 나노섬유웹을 슬리팅하여 표 3과 같은 슬리팅사를 제조하였다.
<실험예1>
실시예 및 비교예에서 슬리팅 전 나노섬유웹에 대하여 나노섬유웹 내 지지섬유의 직경분포를 측정하였다.
구체적으로 섬경분포 프로그램(AMOGREENTECH 개발)을 통한 방법으로 측정된 지지섬유의 직경분포를 이용하여 평균직경, 직경의 표준편차를 계산하여 평균직경 및 분산계수를 표 3에 나타내었다.
<실험예2>
실시예 및 비교예에서 슬리팅 전 나노섬유웹에 대하여 공기투과도를 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
공기 투과도는 TEXTEST instruments 장비를 이용하여 섬유웹을 시험 면적 38㎠ 크기로 절단한 후 장비에 파지시키고, 시험 압력 125Pa로 공기를 불어 주어 통과하는 공기의 양을 측정했고, 공기투과도의 단위는 cfm(ft3/ft2/min)으로 하였다.
<실험예3>
실시예 및 비교예에서 제조된 슬리팅사를 동일 길이로 자른 후 세포배양용 well plate에 고정시켰다. 준비된 well plate에 섬유아세포(HS27)를 로딩시킨 후 10% 완전배지에서 37에서 4일동안 증식시켰다. 이때, 10 % 완전배지는 듀베코스의 변형된 이글즈 배지(DMEM)에 함의(Ham's) F12 배지를 1 : 1.5의 부피비로 혼합한 후, 소태아혈청(fetal bovine serum) 7 vol%, 페니실린 65 U/mL 및 스트렙토마이신 65㎍/mL을 첨가하여 제조하였다.
이후, 증식된 섬유아세포에 대하여 DAPI 염색을 실시한 후 Confocal microscope를 통해 배양된 세포가 부착된 상태로 슬리팅사 하부에서부터 상부까지 Z-축 방향으로 높이를 달리하면서 표면 및 내부사진을 촬영하였고, 슬리팅사 표면에서 배양된 세포의 수(상부면의 세포수, 하부면 세포수의 평균값)와 슬리팅사 내부에서 배양된 세포의 수(슬리팅사 단면두께의 1/3지점과 2/3 지점에서 측정된 세포수의 평균값)을 측정 및 계산하였다. 이때, 하기 표 3에는 실시예1에서 측정된 표면 및 내부 세포수를 100%로 기준하여 다른 실시예 및 비교예의 세포수를 상대적으로 나타내었다. 또한, 실시예 1 및 실시예 2에 대한 시편 단면 높이별 측정된 사진을 도 8 및 도 9에 나타내었다.
구체적으로 도 8에서 세포가 시편의 하방에서 상방을 향해 높이 7.6㎛ 지점에서 배양된 세포가 관찰되기 시작하여 높이 15.3㎛에서 다수개의 세포군집체를 형성하도록 배양된 것을 확인할 수 있다. 또한, 높이 22.9㎛에서 배양된 세포군집체 및 지지섬유로 형성된 나노섬유웹이 관찰되는 것으로 보아 슬리팅사의 하부면의 높이는 15.3㎛ ~ 22.9㎛ 사이에 존재할 것을 예상할 수 있다. 또한, 높이 38.5㎛에서도 다량의 세포군집체가 배양되고 있으며, 슬리팅사 상면보다 높은 높이 38.2㎛ 및 45.8㎛에서도 다량의 세포군집체가 배양되고 있는 것을 확인할 수 있고, 이를 통해 실시예1에 따른 슬리팅사의 내부 및 표면에 걸쳐 골고루 세포가 3차원적으로 배양되고 있음을 확인할 수 있다.
반면에, 도 9의 경우 높이 3.5㎛에서 세포가 관찰되고 있고, 높이 7.0㎛~17.6㎛를 걸쳐 슬리팅사의 표면에 가까이 및 내부에서 세포가 배양되고 있으나 도 8에 대비하여 배양되는 세포군집체의 양과 크기가 현저히 적은 것을 확인할 수 있다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 비교예1
지지섬유 평균직경(㎛) 402 400 400 404 401 402 400
지지섬유 분산계수(%) 13.25 13.01 14.9 12.3 15.1 14.21 13.25
평량(g/㎡) 10 19 10 10 9.5 9 8
두께(㎛) 10 10.8 6.2 8 11.2 12.0 12.5
평량(g/㎡)/두께(㎛) 1 1.76 1.61 1.25 0.85 0.75 0.64
평균공경(㎚) 500 430 458 472 519 538 565
공기투과도(cfm) 2.0 1.7 1.8 1.9 2.1 2.1 2.3
표면 세포수(%) 100 73 85 93 90 78 53
내부 세포수(%) 100 61 80 92 83 80 55
상기 표 1을 통해 확인할 수 있듯이,
압축전 나노섬유웹을 이용하여 구현된 비교예 1의 슬팅사의 경우 구조적으로 불안정하여 세포가 쉽게 탈리되는 등 세포가 안정적으로 배양되기 어려워 배양된 세포의 수가 실시예들에 비해 현저히 적은 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 중에서도 적정한 평량과 두께를 갖는 실시예 1, 3, 4, 5에 따른 슬리팅사가 실시예2 및 6에 따른 슬리팅사보다 세포배양용 지지체로 더 적합한 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (14)

  1. 압착된 나노섬유웹을 소정의 폭으로 절단시킨 슬리팅사를 포함하는 세포배양 지지체용 원사.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원사는 상기 슬리팅사를 포함하여 복수가닥의 모노사가 연사되어 형성된 세포배양 지지체용 원사.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유웹은 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이더술폰(PES), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로나이트릴(PAN), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리아미드, 폴리알킬렌, 폴리알킬렌옥사이드(poly(alkylene oxide)), 폴리아미노산(poly(amino acids)), 폴리알릴아민(poly(allylamines), 폴리포스파젠(polyphosphazene) 및 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록공중합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 비생분해성 성분으로 형성된 나노섬유를 포함하거나 또는,
    폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리다이옥사논(polydioxanone), 폴리글리콜릭산(polyglycolic acid), PLLA(poly(L-lactide)), PLGA(poly(DL-lactide-co-glycolide)), 폴리락틱산(Polylactic acid) 및 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 생분해성 성분으로 형성된 나노섬유를 포함하는 세포배양 지지체용 원사.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬리팅사는 두께에 대한 평량의 비율이 1: 0.8 ~ 1.7인 세포배양 지지체용 원사.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 슬리팅사는 폭이 0.1 ~ 8mm인 세포배양 지지체용 원사.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유웹은 평균직경이 100㎚ ~ 1㎛인 지지섬유들로 형성된 세포배양 지지체용 원사.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유웹에는 세포의 부착, 이동, 성장, 증식(proliferation) 및 분화(differentiation) 중 어느 하나 이상의 유도를 촉진하는 생리활성성분이 고정된 세포배양 지지체용 원사.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 생리활성성분은 모노아민, 아미노산, 펩타이드, 당류(saccharide), 지질(lipid), 단백질, 당단백질(glucoprotein), 당지질(glucolipid), 프로테오글리칸, 뮤코다당(mucopolysaccharide) 및 핵산(nucleic acid) 으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물 및 세포 중 어느 하나 이상을 포함하는 세포배양 지지체용 원사.
  9. 제6항에 있어서,
    압착된 나노섬유웹의 공기투과도는 0.8 ~ 10cfm인 세포배양 지지체용 원사.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 슬리팅사는 평량이 7 ~ 30g/㎡이며, 두께가 7 ~ 30㎛인 세포배양 지지체용 원사.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 지지섬유들의 직경분포에서 지지섬유들의 직경 분산계수(E)는 8 ~ 25%인 세포배양 지지체용 원사.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 세포배양 지지체용 원사 및;
    상기 원사의 나노섬유웹 외부 및 내부 공간을 포함하여 배양된 세포집합체;를 포함하는 세포배양기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 세포집합체는 전능줄기세포, 만능줄기세포, 다능줄기세포, 올리고포텐트(oligopotent) 줄기세포 및 단일줄기세포로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 줄기세포, 및
    조혈모세포, 간세포, 섬유세포, 상피세포, 중피세포, 내피세포, 근육세포, 신경세포, 면역세포, 지방세포, 연골세포, 골세포, 혈액세포 및 피부세포로 이루어진 군에서 선택된 분화세포 중 1 종 이상을 포함하는 세포배양기.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 세포배양 지지체용 원사를 포함하는 세포배양용 원단.
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