스캐폴드 기하구조와 기계적 신호 간의 상호작용은 공학적 골 미세환경 내에서 골형성(osteogenesis)을 조절하는 데 핵심적이다. 천연 골 생리와 보다 잘 부합하는 방식으로 재생 전략을 개선하기 위해서는, 생리학적으로 관련 있는 유동과 정밀한 위상(topological) 제어를 통합하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 동적 관류 조건 하에서 기하학적 매개변수—공극(pore) 형상과 고형도(solididity)—가 골형성 반응을 어떻게 지배하는지 규명하기 위해, triply periodic minimal surface (TPMS) 기반 3D 스캐폴드를 결합한 뼈-온-칩(bone-on-a-chip, BoC) 시스템을 제시한다. Gyroid 및 Schwarz diamond TPMS 구조를 사용하여, 공극 기하를 제어한 스캐폴드를 제작함으로써 벽전단응력(wall shear stress, WSS)을 조절하였다. BoC 시스템에서 유동 조건을 부여한 결과, 전(前)골아세포(pre-osteoblast)는 침윤(infiltration), 알칼리성 인산분해효소(alkaline phosphatase) 활성, 칼슘 침착, 콜라겐 형성에 있어 기하 의존적인 거동을 보였다. 고형도와 곡률이 중간인 스캐폴드는 WSS 분포를 최적화하고 골형성 분화(osteogenic differentiation)를 유의하게 향상시켰다. 또한 공극 크기에 임계 수준을 넘으면 유동 매개 신호전달이 약화되는 현상이 확인되어, 기하학적 정밀도의 중요성을 강조한다. 본 결과는 스캐폴드 위상(topology)과 간질(interstitial) 유동이 골형성을 유도하는 데 있어 상승적(synergistic) 역할을 한다는 것을 보여준다. 이러한 통합 플랫폼은 골 기계생물학(bone mechanobiology)을 연구하기 위한 다목적 도구를 제공하며, 재생의학 및 골 조직공학에서 생체모방(biomimetic) 스캐폴드를 설계하기 위한 유망한 전략을 제시한다.

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