Considerable effort has been directed toward the use of silk fibroin as a biotechnological material in biomedical applications on account of its excellent biodegradability, biocompatibility, and unique mechanical properties. For use in tissue engineering, it is very important to design and control the pore architecture of polymeric scaffolds, which provide the vital framework for seeded cells to organize into functioning tissue. In the present study, a silk fibroin scaffold with controlled interconnectivity and pore size was prepared using an electrospinning method with poly(ethylene oxide).
Purpose: In this study, porous type I collagen scaffolds were cross-linked using dehydrothermal(DHT) treatment and/or 1-ethyl-3-(3-dimethyl aminopropyl) carbodiimide(EDC), in the presence and absence of chondroitin-6-sulfate(CS) and cultured autologous chondrocytes(Chondro) for cartilage regeneration. Methods: Cartilage defects were created in the proximal part of the ear of New Zealand rabbits. Four prepared types of scaffolds(n=4) were inserted. The groups included Chondro-Collagen-DHT(Group 1), Chondro- Collagen-DHT-EDC(Group 2), Chondro-CS-Collagen- DHT(Group 3), and Chondro-CS-Collagen-DHT-EDC (Group 4). Histomorphometric analysis and cartilage-specific gene expression of the reconstructed tissues were evaluated 4, 8, and 12 weeks after implantation. Results: EDC cross-linked groups 2 and 4 regenerated more cartilage than other groups. However, calcification was observed in the 4th week after implantation. CS did not increase chondrogenesis in all groups. Cartilage-specific type II collagen mRNA expression increased in the course of time in all groups.Conclusion: EDC cross-linking methods maintain the scaffold and promote extracellular matrix production of chondrocytes.
Biazar, Esmaeil;Kamalvand, Mahshad;Keshel, Saeed Heidari;Pourjabbar, Bahareh;Rezaei-Tavirani, Mustafa
Korean Journal of Materials Research
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v.32
no.4
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pp.186-192
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2022
Collagen is one of the most widely used biological materials in medical design. Collagen extracted from marine organisms can be a good biomaterial for tissue engineering applications due to its suitable properties. In this study, collagen is extracted from fish skin of Ctenopharyngodon Idella; then, the freeze drying method is used to design a porous scaffold. The scaffolds are modified with the chemical crosslinker N-(3-Dimethylaminopropyl)-N'-ethyl carbodiimide hydrochloride (EDC) to improve some of the overall properties. The extracted collagen samples are evaluated by various analyzes including cytotoxicity test, SDS-PAGE, FTIR, DSC, SEM, biodegradability and cell culture. The results of the SDS-PAGE study demonstrate well the protein patterns of the extracted collagen. The results show that cross-linking of collagen scaffold increases denaturation temperature and degradation time. The results of cytotoxicity show that the modified scaffolds have no toxicity. The cell adhesion study also shows that epithelial cells adhere well to the scaffold. Therefore, this method of chemical modification of collagen scaffold can improve the physical and biological properties. Overall, the modified collagen scaffold can be a promising candidate for tissue engineering applications.
Kim, Woo Seok;Nath, Subrata Deb;Bae, Jun Sang;Padalhin, Andrew;Kim, Boram;Song, Myeong Jin;Min, Young Ki
Korean Journal of Materials Research
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v.24
no.6
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pp.310-318
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2014
In this experiment, a highly porous scaffold of biphasic calcium phosphate (BCP) was prepared using the spongereplica method. The BCP scaffold was coated with 58S bioactive glass (BG) and sintered for a second time. The resulting scaffold was coated with gelatin (Gel) and cross-linked with [3-(3-dimethyl aminopropyl) carbodiimide] and N-Hydroxysuccinamide (EDC-NHS). The initial average pore size of the scaffold ranged from 300 to $700{\mu}m$, with more than 85 % porosity. The coating of BG and Gel had a significant effect on the scaffold-pore size, decreasing scaffold porosity while increasing mechanical strength. The material and surface properties were evaluated by means of several experiments involving scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray (EDX) and X-ray diffraction (XRD). Cytotoxicity was evaluated using MTT assay and confocal imaging of MC3T3-E1 pre-osteoblast cells cultured in vitro. Three types of scaffold (BCP, BCP-BG and BCP-BG-Gel) were implanted in a rat skull for in vivo evaluation. After 8 weeks of implantation, bone regeneration occurred in all three types of sample. Interestingly, regeneration was found to be greater (geometrically and physiologically) for neat BCP scaffolds than for two other kinds of composite scaffolds. However, the other two types of scaffolds were still better than the control (i.e., defect without treatment).
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.
Porous scaffolds composed of gelatin and polysaccharides such as hyaluronic acid and $\beta$-glucan were prepared by using the freeze-drying method after cross-linking with l-ethyl-(3-3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDC). The scaffold had an inter-connected pore structure with the sufficient pore size for use as a support for the growth of fibroblasts. Results for the contact angle and cell attachment confirmed that high gelatin content in a mixture was suitable for cellular attachment and distribution in two- or three-dimensional fibroblast cultures. However, the addition of polysaccharides aroused the synergistic effects of morphologic and mechanical property of gelatin-based scaffolds. To prepare the artificial dermis for the wound dressing to mimic the normal human dermal skin, fibroblasts were isolated from a child's foreskin, and cultured in gelatin-based scaffolds. An in vivo study showed that the artificial dermis containing the fibroblasts enhanced the wound healing rate and re-epithelialization of a full-thickness skin defect rather than the acellular scaffold after one week.
Gwon, Hui-Jeong;Shin, Young Min;Choi, Jong-Bae;Lim, Jong-Young;Jeong, Jin-Oh;Jeong, Sung In;Park, Jong-Seok;Kim, Jin Kyu;Lim, Youn-Mook;Choi, Young-Hun;Kim, Sang-Suk
Korean Journal of Environmental Biology
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v.31
no.4
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pp.302-307
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2013
Microbial fermented cellulose gel, citrus gel (CG), was successfully fabricated to porous foam by radiation treatment and freeze drying. The chemically induced radiation was used to create highly porous foam and further freeze drying of the CG produced tough foams with interconnected open pores for use in tissue engineering. The microstructure of the CG foam was controlled by varying the irradiation dose and quenching temperature with pore size ranging from several microns to a few hundred microns. Tensile strength and Gurley value of the CG foam were influenced by irradiation dose. These radiation induced CG foams are promising scaffolds for tissue engineering.
Kim, Min-Seong;Min, Yeong-Gi;Yang, Hun-Mo;Song, Ho-Yeon;Lee, Byeong-Taek
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2010.05a
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pp.42.2-42.2
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2010
Recently, highly porous bone substitutes, which have interconnected open pore structure, have been focused on improving their mechanical properties and modifying their functions. Especially, it is highly required to develop functional gradient structured bone substitute which is available for controlling their material properties such as bioresorption rate and elastic modulus. Porous $ZrO_2$ scaffold was fabricated by the sponge replica method using PU sponge. After 3 times of dip coating and the subsequent oven drying, burning out and microwave sintering were carried out. Various $ZrO_2$-BCP powder mixtures were prepared depending on the ratio and coated on the $ZrO_2$ scaffold by dip coating process. X-ray diffraction analysis was performed to characterize the phase identification of the scaffolds. Microstructures of the bone substitutes were observed using scanning electron microscopy.
Jin Hyoung-Joon;Hwang Mi-Ok;Yoon Jin San;Lee Kwang Hee;Chin In-Joo;Kim Mal-Nam
Macromolecular Research
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v.13
no.1
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pp.73-79
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2005
Poly(L-lactic acid-co-succinic acid-co-l,4-butane diol) (PLASB) was synthesized by direct condensation copolymerization of L-lactic acid (LA), succinic acid (SA), and 1,4-butanediol (BD) in the bulk using titanium(IV) butoxide as a catalyst. The weight-average molecular weight ofPLASB was $2.1{\times}10^{5}$ when the contents of SA and BD were each 0.5 mol/100 mol of LA. Electrospinning was used to fabricate porous membranes from this newly synthesized bioabsorbable PLASB dissolved in mixed solvents of methylene chloride and dimethylformamide. Scanning electron microscopy (SEM) images indicated that the fiber diameters and nanostructured morphologies of the electrospun membranes depended on the processing parameters, such as the solvent ratioand the polymer concentration. By adjusting both the solvent mixture ratio and the polymer concentration, we could fabricate uniform nanofiber non-woven membranes. Cell proliferation on the electrospun porous PLASB membranes was evaluated using mouse fibroblast cells; we compare these results with those of the cell responses on bulk PLASB films.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.2
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pp.79-86
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2022
Numerous fabrication techniques have been used to mimic cylindrical natural tissues, such as blood vessels, tendons, ligaments, and skeletal muscles. However, most processes have limitations in achieving the biomimetic properties of multilayered and porous architectures. In this study, to embrace both features, a novel self-assembly method was proposed using electrospun microfibrous sheets. A bilayer microfibrous structure, comprising two sheets with different internal stresses, was fabricated by electrospinning a polycaprolactone (PCL) sheet on a uniaxially stretched thermoplastic polyurethane (TPU) sheet. Then, by removing the stretching tension, the sheet was rolled into a hollow cylindrical structure with a specific internal diameter. The internal diameter could be quantitatively controlled by adjusting the thickness of the PCL sheet against that of the TPU sheet. Through this self-assembly method, biomimetic cylindrical structures with multilayer and porous features can be manufactured in a stable and controllable manner. Therefore, the resulting structures may be applied to various tissue engineering scaffolds, especially vascular and connective tissues.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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