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.
The achievement of tissue engineering can be highly depending on the capability to generate complicated, cell seeded three dimensional (3D) micro/nano-structures. So, various fabrication techniques that can be used to precisely design the architecture and topography of scaffolding materials will signify a key aspect of multi-functional tissue engineering. Previous methods for obtaining scaffolds based on top-down are often not satisfactory to produce complex micro/nano-structures due to the lack of control on scaffold architecture, porosity, and cellular interactions. However, a bioprinting method can be used to design sophisticated 3D tissue scaffolds that can be engineered to mimic the tissue architecture using computer aided approach. Also, in recent, the method has been modified and optimized to fabricate scaffolds using various natural biopolymers (collagen, alginate, and chitosan etc.). Variation of the topological structure and polymer concentration allowed tailoring the physical and biological properties of the scaffolds. In this presentation, the 3D bioprinting supplemented with a newly designed plasma treatment for attaining highly bioactive and functional scaffolds for tissue engineering applications will be introduced. Moreover, various in vivo and in vitro results will show that the fabricated scaffolds can carry out their structural and biological functionality.
Safi, Ihab Nabeel;Hussein, Basima Mohammed Ali;Al-Shammari, Ahmed Majeed
Journal of Periodontal and Implant Science
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제52권3호
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pp.242-257
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2022
Purpose: This study investigated periodontal ligament (PDL) restoration in osseointegrated implants using stem cells. Methods: Commercial pure titanium and zirconium oxide (zirconia) were coated with beta-tricalcium phosphate (β-TCP) using a long-pulse Nd:YAG laser (1,064 nm). Isolated bone marrow mesenchymal cells (BMMSCs) from rabbit tibia and femur, isolated PDL stem cells (PDLSCs) from the lower right incisor, and co-cultured BMMSCs and PDLSCs were tested for periostin markers using an immunofluorescent assay. Implants with 3D-engineered tissue were implanted into the lower right central incisors after extraction from rabbits. Forty implants (Ti or zirconia) were subdivided according to the duration of implantation (healing period: 45 or 90 days). Each subgroup (20 implants) was subdivided into 4 groups (without cells, PDLSC sheets, BMMSC sheets, and co-culture cell sheets). All groups underwent histological testing involving haematoxylin and eosin staining and immunohistochemistry, stereoscopic analysis to measure the PDL width, and field emission scanning electron microscopy (FESEM). The natural lower central incisors were used as controls. Results: The BMMSCs co-cultured with PDLSCs generated a well-formed PDL tissue that exhibited positive periostin expression. Histological analysis showed that the implantation of coated (Ti and zirconia) dental implants without a cell sheet resulted in a well-osseointegrated implant at both healing intervals, which was confirmed with FESEM analysis and negative periostin expression. The mesenchymal tissue structured from PDLSCs only or co-cultured (BMMSCs and PDLSCs) could form a natural periodontal tissue with no significant difference between Ti and zirconia implants, consequently forming a biohybrid dental implant. Green fluorescence for periostin was clearly detected around the biohybrid implants after 45 and 90 days. FESEM showed the invasion of PDL-like fibres perpendicular to the cementum of the bio-hybrid implants. Conclusions: β-TCP-coated (Ti and zirconia) implants generated periodontal tissue and formed biohybrid implants when mesenchymal-tissue-layered cell sheets were isolated from PDLSCs alone or co-cultured BMMSCs and PDLSCs.
Kim, Young-Sik;Chae, Yu-Gyeong;Jeon, Min Yong;Kim, Dong Kyu;Ahn, Yeh-Chan
Journal of the Optical Society of Korea
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제19권2호
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pp.175-181
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2015
Optical coherence tomography (OCT) is a noninvasive technique for microscopic investigation of tissue. We thought that the OCT method could be a potential tool for monitoring the healing process of a tendon. In this study we used two rat models, denervated and non-denervated groups, to observe a variety of healing phases of Achilles tendon (AT) injury. We made samples of AT injury lesions, to take OCT images and to make histopathological samples of serial sectional tissue. In an OCT image the denervated rat showed no specific finding, but the non-denervated rat showed a large defect lesion that was scaffolding tissue. OCT findings combined with pathologic findings showed advantages in visualization of tendon microstructure over other imaging modalities such as MRI and US, and OCT is beneficial to making a treatment plan, especially the timing and intensity of rehabilitation. Therefore a multimodal platform using OCT for evaluation of tendon injury may be potentially useful for many applications.
Caveolin3, mainly expressed in muscle tissue types, is a structural scaffolding protein of caveolae which are microdomains of plasma membrane. To elucidate the relationship between structure and function, several studies on the structure of caveolins using NMR have been reported. Because the ionic strength can affect the electrostatic-driven association of proteins with ligand and protein structure, the effect of salt in the structural studies has to be considered. In this work, we observed that the chemical shifts of Cav3 in the LPPG detergent change depending on salt concentration. The R2 values also show salt concentration-dependent changes. Specifically, in the N-terminal region where conformational changes and various interactions occur, the R2 values decrease. Interestingly, the R2 values of residues expected to be located in the LPPG detergent are also influenced by the salt concentration. This work suggests that the concentration of NaCl can affect interpretation of NMR data from membrane proteins.
생분해성 고분자인 poly(L-lactide-co-glycolide) (PLGA)를 이용한 조직공학용 다공성 지지체에서의 공극률, 공극의 크기, 공극의 모양 등은 주입된 세포들이 안착하여 증식하는데 있어서 중요한 요건 중 하나이다. 본 연구에서는 섬유를 세포와 다공크기와의 관계를 파악하고자 다공형성물질인 염화나트륨을 다섯 개의 범위로 분류하여 용매캐스팅/염추출법을 이용한 다양한 다공크기를 갖는 다공성 지지체를 제조하였다. (3-(4,5-dimethylthiazole-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium-bromide) (MMT) 분석방법을 이용하여 제조된 지지체에 파종된 섬유륜 세포의 생존율과 증식률을 확인하였으며, in vitro 환경에서의 콜라겐 양과 DNA량을 측정하였다. In vitro 환경에의 세포간의 발생하는 여러 상호작용을 확인하기 위하여 면역결핍 쥐의 피하에 섬유륜 세포가 파종된 지지체를 이식하여 sulfated g1ycosaminoglycan(SGAG)의 합성정도와 조직학적인 평가를 수행하였다. 결론적으로 $180{\sim}250{\mu}m$ 다공크기를 갖는 지지체에서 높은 세포 생존율과 체내에서의 원할한 세포외기질의 형성을 보임으로써 여타의 지지체보다 섬유를 조직 재생에 적절할 것으로 사료된다.
Alginate, a polymer of guluronic and mannuronic acid, is used as a scaffolding material in biomedical applications. The research was to produce highly-purified alginate from seaweeds and to evaluate the efficacy of alginate as dermal substrate. Our alginate purification method showed a production rate as high as 25%. The purified alginate contained little polyphenol contents and endotoxin, proteins. For study of wound healing, full thickness skin defects were made on the dorsal area of the animal models. And then alginate, fibroblast-growth-factor mixed alginate, alginate-collagen complex, vaseline gauze as control were applied on the wound, respectively, and were evaluated grossly and histopathologically. For biocompatibility test, alginate and alginate-collagen complex discs were implanted on the back of Sprague-Dawly rats. Four weeks after implantation, the animals were examined immunologically against alginate and collagen. Alginate and FGF-mixed alginate, alginate-collagen complex group showed statistically higher percentage of wound contraction and wound healing than control group(p<0.05). Alginate-collagen complex group and FGF-mixed alginate group showed statistically higher percentage of wound healing than alginate group. The experiment of biocompatibility and immunologic reaction against impanted alginate or collagen needs more investigation. Highly-purified alginate from seaweeds by our purification method, showed the effect of wound healing, and addition of FGF or collagen increases the alginate's wound healing effect. It shows the possibility of alginate as a dermal substrate.
Do Hyun Kim;Seo Gu Han;Su Jin Lim;Seong Joon Hong;Hyuk Cheol Kwon;Hyun Su Jung;Sung Gu Han
한국축산식품학회지
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제44권5호
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pp.1108-1125
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2024
Cultured meat is under investigation as an environmentally sustainable substitute for conventional animal-derived meat. Employing a scaffolding technique is one approach to developing cultured meat products. The objective of this research was to compare soy and pea protein in the production of hydrogel scaffolds intended for cultured meat. We examined the gelation process, physical characteristics, and the ability of scaffolds to facilitate cell adhesion using mesenchymal stem cells derived from porcine adipose tissue (ADSCs). The combination of soy and pea proteins with agarose and agar powders was found to generate solid hydrogels with a porous structure. Soy protein-based scaffolds exhibited a higher water absorption rate, whereas scaffolds containing agarose had a higher compressive strength. Based on Fourier transform infrared spectroscopy analysis, the number of hydrophobic interactions increased between proteins and polysaccharides in the scaffolds containing pea proteins. All scaffolds were nontoxic toward ADSCs, and soy protein-based scaffolds displayed higher cell adhesion and proliferation properties. Overall, the soy protein-agarose scaffold was found to be optimal for cultured meat production.
최근에, 3 차원 인공지지체와 나노섬유는 골 조직 재생을 위해 개발되고 있다. 본 연구에서는, 나노-마이크로 정밀 분사 시스템을 이용하여 하이브리드 인공지지체를 제작하였다. 하이브리드 인공지지체는 마이크로 인공지지체와 나노섬유가 결합하여 제작되었으며, 마이크로 인공지지체와 나노섬유를 얻기 위해 자유 형상 제작 기술과 전기방사 기법이 사용되었다. 마이크로 인공지지체는 정밀한 공극을 고려하여 CAD/CAM 데이터 따라 자유 형상 제작 기술에 의해 제작되었으며, 제작 공정은 $100^{\circ}C$의 온도, 평균 650 kPa의 압력, 그리고 250 mm/sec의 Z 축 이송속도가 적용되었다. 그리고 전기방사법을 통하여 나노섬유를 제작함에 있어서 본 시스템에 적용한 공정 조건은, 5 kV의 전압, 0.1 ml/min의 유량, 그리고 1 mm의 노즐 팁과 콜렉터와의 거리로 설정하였다. 제작된 하이브리드 인공지지체는 MG-63 세포를 이용하여 세포 증식 실험을 진행하였다.
The in-vitro meat is a novel concept in food biotechnology comprising field of tissue engineering and cellular agriculture. It involves production of edible biomass by in-vitro culture of stem cells harvested from the muscle of live animals by self-organizing or scaffolding methodology. It is considered as efficient, environmental friendly, better ensuring public safety and nutritional security, as well as ethical way of producing meat. Source of stem cells, media ingredients, supply of large size bioreactors, skilled manpower, sanitary requirements, production of products with similar sensory and textural attributes as of conventional meat, consumer acceptance, and proper set up of regulatory framework are challenges faced in commercialization and consumer acceptance of in-vitro meat. To realize any perceivable change in various socio-economic and environmental spheres, the technology should be commercialized and should be cost-effective as conventional meat and widely accepted among consumers. The new challenges of increasing demand of meat with the increasing population could be fulfill by the establishment of in-vitro meat production at large scale and its popularization. The adoption of in-vitro meat production at an industrial scale will lead to self-sufficiency in the developed world.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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