PLLA microfiber /collagen nanoparticle composite scaffold via mixing electrospinning to improve its cytocompatibility

Abstract

Biodegradable poly(L-lactic acid) has been one of the most attractive biomaterials being used as scaffolds in tissue engineering. However, the hydrophobic surface properties and poor cytocompatibility have limited its usage. The surface treatment of a scaffold, therefore, is important method for achieving good surface characteristics for cell attachment and proliferation. The objective of this study is to identify a collagen coating methodology to develop scaffolds with improved cytocompatibility. We used the mixing electrospinning method which is a simple and efficient technique to construct composite scaffolds from a variety of polymers. With a using of the mixing electrospinning method, PLLA microfiber was surface-coated with collagen nanoparticles. PLLA and collagen solution from different syringes were electrospun simultaneously to drum-type collector with high speed rotation and collagen nanoparticles were regularly deposited on the surface of PLLA fibers. The morphologies and properties of these composites were observed by the scanning electron microscopy (SEM). The surface density and stability of the collagen nanoparticles on PLLA surface were determined by a sirius red dye method. Initial attachment and proliferation of osteoblasts on the surface of PLLA and PLLA/collagen composite scaffolds were evaluated by using CCK-8 assay and significantly enhanced. It could be assumed that PLLA/collagen composite scaffolds supported the initial adhesion and cell proliferation. These results demonstrate that PLLA microfiber/collagen nanoparticle composite scaffold could serve as a superior scaffold for tissue engineering. Mixing electrospinning might be a favorable and efficient method for PLLA/collagen composite scaffolds, and cell behavior could be modulated by the deposited collagen nanoparticles.;혼합전기방사를 이용하여 콜라겐 나노입자를 코팅한 PLLA 마이크로 섬유로 이루어진 삼차원 지지체를 제조하였다. 조직공학에 사용되는 이상적인 지지체는 생체 세포외기질의 구조적, 생리학적 모방체이며 이는 재생을 위한 공간을 확보하고 생리활성을 부여하여 조직재생을 극대화 할 수 있다. 최적의 지지체를 제조하기 위하여 생체재료의 재료와 형태의 복합기술을 이용하여 물리적으로 안정하고 생체 적합성이 뛰어난 생체모방형 삼차원지지체의 제조 방법을 제시하고 이를 이용한 물성과 생리활성을 평가하였다. 생분해성 고분자인 PLLA은 이미 생체재료로 많이 사용되어 안전성이 입증되어있을 뿐 만 아니라, 체내에 이식하였을 때 분해 속도가 손상된 조직의 회복에 적당하며, 기계적 강도가 우수하고 원하는 형태로의 제조가 용이한 점 등 때문에 지지체로 널리 사용되고 있다. 하지만, 표면이 소수성이어서 생체친화성이 떨어진다는 단점이 있다. PLLA의 단점을 보완하기 위하여 천연고분자인 콜라겐 나노입자를 표면에 입혀 생체친화성을 보완하였다. 혼합전기방사를 이용하면, 두 고분자의 공통혼합용매를 이용해야 하는 한계를 극복할 수 있었으며, 효율적으로 삼차원 혼합지지체를 제조할 수 있었다. 표면에 있는 콜라겐 양을 알기 위해 흡광도를 이용한 실험을 하였으며, 콜라겐 안정성 실험을 하였다. 골아세포의 초기 부착실험, 증식 실험을 통하여 제조된 지지체가 생체친화성을 증가시켰음을 알게 되었으며, 이는 혼합전기방사법을 통한 삼차원 혼합지지체의 제조가 매우 효과적이며, 조직 재생을 위한 맞춤형 지지체로 활용될 수 있을 것이다.