학술논문
지지체 내 세포생장 촉진을 위한 지지체 재료 및 외부자극 기법 연구 / The method for enhancement of cell growth in scaffold: scaffold material and external stimuli
Document Type
Dissertation/ Thesis
Author
Source
Subject
Language
Korean
Abstract
The ultimate aim of this study is to investigate the scaffold materials for cell growth promotion and to improve bone fracture healing by external stimulation technique.In Chapter 2, the use of strontium-containing calcium phosphate (SrCPC) as a new scaffold material for the bone fracture healing was evaluated. We used 3D clinostat to simulate the bone disease (limited proliferation and osteogenic differentiation) and asked whether the modification of CaP bone cements with strontium ions or rather the release of Sr2+ from those materials could help to limit the inhibiting effect of 3D clinostat on cells of the osteoblastic lineage. As a result, cell proliferation was enhanced on Sr-substituted cements compared to CPC under clinostat conditions. Osteogenic differentiation, as indicated by the activity of the alkaline phosphate (ALP), ALP activity on Sr-substituted cements under microgravity even surpassed the levels found in the static culture, while it was still increased compared to CPC and even PS. This clearly indicates that the stimulating effect of Sr2+ on the osteogenic differentiation of osteoblast-precursor cells also is effective under micro gravity conditions. It was found that the calcium phosphate containing strontium was helpful for the bone growth.In Chapter 3, we investigate cell growth stimulation techniques in which external stimuli do not interfere with the scaffold. The effect of mechanical stimulation and electrical stimulation on the effect of fracture treatment on animal models with scaffold were investigated. First, it was confirmed that mechanical stimulation in the in-vitro state promotes the proliferation of osteoblast cells in the scaffold. We then evaluated the degree of improvement of fracture healing caused by mechanical and electrical stimulation by structural analysis through micro-CT and biochemical analysis by PCR. As a result, it was confirmed that mechanical and electrical stimulation was effective in the fracture healing through the increase of bone cell growth rate in the scaffold.
본 연구의 최종목표는 세포 생장 촉진을 위한 지지체 재료에 대한 연구와 지지체와 간섭 현상을 일으키지 않는 세포생장 자극 기법에 대한 연구를 통해 골절치료 속도를 높이는데 있다.2장에서는 스트론튬이 함유된 인산 칼슘(SrCPC)이 골절치료를 위한 새로운 지지체 재료로써의 이용가능성에 대해 평가를 하였다. 지상기반우주환경 모사 시스템인 3차원 클리노스텟을 통해 골 세포의 생장을 억제시킨 후 인산칼슘과 스트론튬을 합성한 재료에서 골 세포의 분화와 증식 정도를 알아보았다. 그 결과 스트론튬이 포함된 인산칼슘에서 세포 분화율을 나타내는 ALP 값과 세포증식률을 나타내는 LDH 값이 일반 인산칼슘에서 보다 높은 결과를 보였으며, 스트론튬이 함유된 인산칼슘이 골 생장에 도움이 된다는 것을 알 수 있었다. 3장에서는 외부자극이 지지체와 간섭 현상을 일으키지 않는 세포생장 자극 기법에 대해 연구를 진행하였다. 이를 위하여 기계적 자극과 전기적 자극이 in-vitro 상태에서 세포증식에 미치는 영향과 지지체가 삽입된 골절모사 동물모델에서의 골절치료 효과에 대해서 알아보았다. 먼저 in-vitro 상태에서 기계적 자극이 지지체 내 파종한 골모세포주의 증식을 촉진시키는 것을 확인하였고, 이를 통해 지지체 내 파종된 세포증식에도 영향을 끼치는 것으로 판단하였다. 그 후 골절 유발 동물 모델에 지지체를 삽입하여 기계적 전기적 자극에 의해 발생하는 골절회복 향상 정도를 미세단층촬영장치를 통한 구조적 분석과 PCR을 통한 생화학적 분석을 통해 평가해 보았다. 결과적으로 기계적 전기적 자극이 지지체 내 골 세포의 생장속도 증가를 통해 골절 치료에 효과가 있는 것을 확인하였다.
본 연구의 최종목표는 세포 생장 촉진을 위한 지지체 재료에 대한 연구와 지지체와 간섭 현상을 일으키지 않는 세포생장 자극 기법에 대한 연구를 통해 골절치료 속도를 높이는데 있다.2장에서는 스트론튬이 함유된 인산 칼슘(SrCPC)이 골절치료를 위한 새로운 지지체 재료로써의 이용가능성에 대해 평가를 하였다. 지상기반우주환경 모사 시스템인 3차원 클리노스텟을 통해 골 세포의 생장을 억제시킨 후 인산칼슘과 스트론튬을 합성한 재료에서 골 세포의 분화와 증식 정도를 알아보았다. 그 결과 스트론튬이 포함된 인산칼슘에서 세포 분화율을 나타내는 ALP 값과 세포증식률을 나타내는 LDH 값이 일반 인산칼슘에서 보다 높은 결과를 보였으며, 스트론튬이 함유된 인산칼슘이 골 생장에 도움이 된다는 것을 알 수 있었다. 3장에서는 외부자극이 지지체와 간섭 현상을 일으키지 않는 세포생장 자극 기법에 대해 연구를 진행하였다. 이를 위하여 기계적 자극과 전기적 자극이 in-vitro 상태에서 세포증식에 미치는 영향과 지지체가 삽입된 골절모사 동물모델에서의 골절치료 효과에 대해서 알아보았다. 먼저 in-vitro 상태에서 기계적 자극이 지지체 내 파종한 골모세포주의 증식을 촉진시키는 것을 확인하였고, 이를 통해 지지체 내 파종된 세포증식에도 영향을 끼치는 것으로 판단하였다. 그 후 골절 유발 동물 모델에 지지체를 삽입하여 기계적 전기적 자극에 의해 발생하는 골절회복 향상 정도를 미세단층촬영장치를 통한 구조적 분석과 PCR을 통한 생화학적 분석을 통해 평가해 보았다. 결과적으로 기계적 전기적 자극이 지지체 내 골 세포의 생장속도 증가를 통해 골절 치료에 효과가 있는 것을 확인하였다.