고령화 인구의 증가로 인해 정형외과적 골절의 발생률이 상승함에 따라, 새로운 골 조직공학 치료에 대한 수요도 함께 증가하고 있다. 기존의 생체고분자(scaffold)는 계층적 구조를 지니고 생체적합성이 있으며 생분해 가능하다는 장점이 있지만, 세포의 정렬과 기계생물학적 신호전달을 조절하는 데 필수적인 특성인 공극 크기와 공극 간 상호연결성을 제어하는 데에는 어려움이 있다. 이는 골 재생을 향상시키기 위해 잘 정의된 계층적 구조와 최적화된 표면 특성을 갖는 생체고분자 스캐폴드를 설계할 필요가 있음을 시사한다. 이를 달성하기 위해, 우리는 grid-in-grid 제조 접근법을 제안하고 정밀 압출 증착(precision extruding deposition, PED) 3D 프린팅 기술을 이용하여 용매 없는 3D 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL) 스캐폴드를 제작했으며, 계층적 공극을 구현하였다. 제작된 스캐폴드는 전역 공극(global pores)과 다중 스케일의 국소 공극(multi-scale local pores)을 모두 나타냈다. 특히, 시험관 내에서 배양한 인간 중간엽 줄기세포(human mesenchymal stem cells, hMSCs)를 사용한 경우, 조절된 국소 공극 크기가 접촉 유도(contact guidance)와 공극 연결(pore bridging)을 유도하였고, 전역 스트랜드의 표면 거칠기는 세포 정렬로 효과적으로 이어졌다. 본 연구는 정밀 3D 프린팅 기술이 국소 공극 구조를 직접 조절하여 세포의 이동과 정렬을 제어할 수 있음을 보여준다. 또한, 기울기(gradient) 공극 구조와 세포 정렬이 필수적인 골-연결조직 재생의 복합 적용에도 활용될 수 있다. 우리의 스캐폴드는 고도화된 조직공학 응용을 위한 맞춤형 플랫폼으로 기능할 잠재력을 갖는다.

*본 초록은 AI를 통해 원문을 번역한 내용입니다. 정확한 내용은 하기 원문에서 확인해주세요.