Scaffolds play a crucial role in the tissue engineering. Biodegradable polymers with great processing flexibility and biocompatability are predominant scaffolding materials. New developments in biodegradable polymers and their nanocomposites for the tissue engineering are discussed. Recent development in the scaffold designs that mimic nano and micro features of the extracellular matrix (ECM) of bones, cartilages, and vascular vessels are presented as well.
Kim, Su-Jin;Hong, Hyun-Hye;Kim, Soon-Hee;Kim, Hye-Lin;Kim, Se-Ho;Khang, Gil-Son
Polymer(Korea)
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v.34
no.1
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pp.63-68
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2010
In this study, we evaluated the effect of fibrin, a natural material, on the local inflammatory reaction of PLGA in vivo. PLGA degradation products can decrease the pH in the surrounding tissue, causing local inflammatory reaction. To solve this problem, fibrin/PLGA scaffolds were implanted in 5-week-old Wister rats. To evaluate the influence of fibrin content on inflammatory cytokine expression induced by PLGA, RT-PCR analysis was used. Fibrous wall thickness and macrophage infiltration were evaluated by H&E and ED-1 immunohistochemical staining, respectively. In this study, we showed that fibrin/PLGA scaffolds reduced inflammatory reaction as compared to PLGA scaffold. We concluded that fibrin could reduce inflammatory response of PLGA.
Scaffolds of tissue engineering should be biocompatible and biodegradable for cell attachment, proliferation and differentiation. In the various scaffold fabrication, 3D printing technique can make the three dimensional scaffold with interconnected pores for cell ingrowth. Polycaprolactone (PCL) is biodegradable polyester with a low melting temperature and has been approved by the Food and Drug Administration (FDA). In this study, PCL scaffold was fabricated by 3D bioprinting system and surface modification of PCL scaffold was controlled by NaOH treatment. Morphological change and wetability of NaOH-treated scaffold were observed by SEM and contact angle measurement system. The remnant of PCL treated with NaOH was measured by ATR-FTIR. In vitro study of scaffolds was evaluated with WST-1 and ALP activity assay. NaOH treatment of PCL scaffolds increased surface roughness, hydrophilicity, cell proliferation and osteogenic differentiation. These results indicate that NaOH-treated PCL scaffold made by 3D bioprinting has tissue engineered potential for the development of biocompatible material.
Cha, Se Rom;Jeong, Hyun Ki;Kim, Su Young;Kim, Eun Young;Song, Jeong Eun;Park, Chan Hum;Kwon, Soon Yong;Khang, Gilson
Polymer(Korea)
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v.39
no.3
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pp.493-498
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2015
For biomaterials for skin regeneration with minimized inflammatory response, high bioactivity and biocompatibility are highly required. Also, it should have a porous microstructure to improve cell adhesion and growth. In this study, we extracted a new collagen source from duck's feet which is by-product, and made the shape of sponges from duck's feet collagen (DC) to compare with DBP and SIS. To analyze physical and chemical property of the scaffold, SEM and FTIR were used. MTT assay was used to measure the attachment and proliferation of NIH/3T3 in the scaffolds. RTPCR was used to evaluate the expression of proinflammatory cytokine. Also, 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) was used to measure the ability of antioxidant activity. Overall, this study shows that DC scaffold is biocompatible and has good physical property. Additionally, DC scaffold shows the potential as wound healing biomaterials.
Kim, Cho-Min;Kim, Soon-Hee;Oh, A-Young;Kim, Geun-Ah;Lee, Il-Woo;Rhee, John-M.;Khang, Gil-Son
Polymer(Korea)
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v.32
no.6
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pp.529-536
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2008
We manufactured poly (L-lactide-co-glycolide) (PLGA) scaffolds impregnated demineralized bone particle (DBP) and hyaluronic acid (HA) by ice-particle leaching method and tested their ability of sustained release of brain derived neurotrophic factor (BDNF). BDNF (50 and 200 ng) mixed with PLGA, DBP/PLGA, HA/PLGA and DBP/HA/PLGA scaffold. The release profiles of BDNF from BDNF loaded scaffolds were assayed using ELISA. Morphological changes of scaffolds by BDNF release were also observed by SEM. BDNF stably and sustainedly released from DBP/HNPLGA than from PLGA and DBP/PLGA scaffolds. DBP/HA/PLGA scaffolds showed the great structural changes, which demonstrated BDNF release amount from DBP/HA/PLGA scaffolds were highest in all groups. We suggest that BDNF loaded DBP/HNPLGA scaffold would be very useful for nerve regeneration.
We developed the nerve growth factor (NGF) loaded poly (L - lactide) (PLA) scaffolds by means of emulsion freeze drying method to the possibility for the application of the nerve regeneration of spinal cord disease and the degeneration in Alzheimer's disease. The release amount of NGF from NGF loaded PLA scaffold were analyzed over a 4 week period in vitro at phosphate buffered saline (PBS), pH 7.4, at $37^{\circ}C$. It can be observed the open cell pore structure of porous scaffolds and can be easily controlled the pore structure by the controlling of formulation factors resulting in the controlling of the release rate and the release period. The stability of NGF during the preparation of PLA scaffold was evaluated by comparing the released amounts of total NGF, assayed NGF enzyme - linked immunosorbent assay (ELISA). Released NGF has been found to enhance the neurite sprouting and outgrowth from pheochromocytoma (PC-12) cells. These results suggest that the released NGF from NGF loaded PLA scaffold such as conduit type can be very useful for the nerve regeneration in the neural tissue engineering area.
Kim, Jung-Ho;Lee, Ok Joo;Sheikh, Faheem A.;Ju, Hyung Woo;Moon, Bo Mi;Park, Hyun Jung;Park, Chan Hum
Polymer(Korea)
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v.38
no.2
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pp.150-155
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2014
Polycaprolactone (PCL) is a synthetic biodegradable polymer with excellent mechanical properties. $TiO_2$ (titanium dioxide) has a hydrophilic, high density and excellent biocompatibility. In this work, we produced three-dimensional porous scaffolds with PCL and $TiO_2$ nanoparticles using a salt-leaching method. Physical properties of the scaffolds were analyzed by FE-SEM, FTIR, TGA and compressive strength. Interestingly, the addition of $TiO_2$ nanoparticles decreased the water absorption and swelling ratio of the porous scaffolds. However, the compressive strength was increased by $TiO_2$. CCK-8 assay, which is generally used for the analysis of cell growth, shows that $TiO_2$ nanoparticles have no cytotoxicity. Taken together, we suggest that the PLC/$TiO_2$-scaffold can be used for biomedical applications.
Conventional methods for fabricating three-dimensional (3-D) scaffolds have substantial limitations. In this paper, we present 3-D scaffolds that can be made repeatedly with the same dimensions using a microstereolithography system. This system allows the fabrication of a pre-designed internal structure, such as pore size and porosity, by stacking photopolymerized materials. The scaffolds must be manufactured in a material that is biocompatible and biodegradable. In this regard, we synthesized liquid photocurable biodegradable TMC/TMP, followed by acrylation at terminal ends. And also, solidification properties of TMC/TMP polymer are to be obtained through experiments. Cell adhesion to scaffolds significantly affects tissue regeneration. As a typical example, we seeded chondrocytes on two types of 3-D scaffold and compared the adhesion results. Based on these results, the scaffold geometry is one of the most important factors in chondrocyte adhesion. These 3-D scaffolds could be key factors for studying cell behavior in complex environments and eventually lead to the optimum design of scaffolds for the regeneration of various tissues, such as cartilage and bone.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2017.05a
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pp.134.1-134.1
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2017
In this study, we propose a new scaffold fabrication method, "direct electro-hydrodynamic jet process," using the initial jet of an electrospinning process and ethanol media as a target. The fabricated threedimensional (3D) fibrous structure was configured with multilayered microsized struts consisting of randomly entangled micro/nanofibrous architecture, similar to that of native extracellular matrixes. The fabrication of the structure was highly dependent on various processing parameters, such as the surface tension of the target media, and the flow rate and weight fraction of the polymer solution. As a tissue regenerative material, the 3D fibrous scaffold was cultured with preosteoblasts to observe the initial cellular activities in comparison with a solid-freeform fabricated 3D scaffold sharing a similar structural geometry. The cell-culture results showed that the newly developed scaffold provided outstanding microcellular environmental conditions to the seeded cells (about 3.5-fold better initial cell attachment and 2.1-fold better cell proliferation).
Lim, Ji-Ye;Kim, Soon-Hee;Kang, Gil-Son;Rhee, John M.
Polymer(Korea)
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v.32
no.5
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pp.415-420
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2008
The porcine small intestinal submucosa (SIS) without immunorejection responses and hyalunonic acid (HA) can be used as biomaterials. In this study, we tried to design and characterize novel sponge. SIS- HA sponge was prepared by freeze-drying after addition 1wt% HA solution into fabricated SIS sponge. Sponge was crosslinked with 1-ethyl-(3-3-dimethyl aminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDC) solution with 100mM concentration for 24 hrs and lyophilized. SIS-HA sponge was characterized by scanning electron microscopy and fourier transform infrared spectrometer. And water absorption ability of sponge was evaluated. We seeded NIH/3T3 cells in SIS-HA sponge and cellular attachment was assayed by 3-(4,5-dimethylthiazole-2-yl)-2,5-diphenyltertazolium-bromide (MTT) test. We demonstrated presence of HA in SIS-HA sponge from C-O functional group observed by the FT-IR analysis. Moreover, we confirmed low cytotoxicity and high cell viability of the SIS-HA sponges. Therefore, we could expect that SIS- HA scaffolds are applicable for the tissue regeneration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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