Design and characterization of collagen paste as a novel injectable scaffold

Abstract

Most of all, human adipose derived stem cells (hASCs) are worth of notice as the promising candidates for the repair and regeneration of articular cartilage. ASC has many advantages such as large quantities and fast growth. Collagen was used as a form of paste. Its form has advantages compared with porous scaffold due to easy operation and low possibility of invasion. ASC was seeded into a three-dimensional scaffold using collagen paste that has great biocompatibility and low immunogenicity. The proliferation of ASC in collagen paste generally increased in both growth and chondrogenic media. Gene expression with chondrogenic marker gene; collagen type Ⅱ (col Ⅱ) and aggrecan (agg) was examined. The ratio of collagen type Ⅱ (col Ⅱ) and aggrecan (agg) in chondrogenic media was higher than that in growth media. The distribution of ASC in collagen paste was assessed through H&E staining. More chondrocytes was observed in chondrogenic media. From these results, chondrogenic media enhanced chondrogenic differentiation of ASC. Also, stability test was performed to evaluate the stability of collagen paste during the experiment. It was expected that collagen paste is stable as scaffold cultivating cells.;연골 세포 치료에 있어서, 자가 연골세포의 양이 한정되어 있기 때문에, 현재 연골 부위 결함에 자가 연골 세포를 이용하는 것은 어려움이 있다. 연골 세포의 제한된 양으로 인한 어려움을 개선시키기 위한 방안으로, 지방 유래 성체줄기 세포를 이용한 연골 세포 분화 촉진에 관한 연구를 하였다. 생체 적합성과 생분해성이 뛰어난 콜라겐을 줄기 세포 지지체로 사용하였다. 콜라겐을 페이스트 형태로 만들어서 외과적 시술이 필요한 다공성 지지체의 단점을 보완하여 성체 줄기 세포를 효율적으로 충진 시킬 수 있는 충진 타입의 지지체로 가능한지 평가하였다. 또한, 주입형 지지체는 세포증식에 있어서 3차원 공간을 제공하는 유용성이 있다. 이러한 장점을 이용하여 페이스트를 연골 결함 부위 형태 크기와 최적화하여 효율적으로 충진 시킬 수 있다. 연골 세포로 분화를 유도하는 물리적 혹은 화학적 촉진제를 사용한 분화 배지를 만들어서, 지방 유래 성체 줄기 세포가 연골 세포로의 분화를 유도하였다. 연골 세포로 분화가 이루어졌는지를 확인하기 위해, 중합 효소 연쇄 반응을 통해 분화 정도를 확인하였다. 또한, 물리적 자극을 이용해 간단한 안정성 실험을 통해 콜라겐 페이스트가 세포 지지체로 적합하다는 것도 확인하였다. 연골 부위 결함에, 제한된 양으로 인해 이용이 어려웠던 연골 세포를 줄기 세포로부터 분화 시키는 방법을 통해, 보다 더 많은 양의 연골 세포를 얻을 수 있는 가능성을 확인하였다.