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Contents

ABSTRACT 5

Chapter 1. Introduction 7

Chapter 2. Materials and methods 13

Chapter 2.1. PCL 3D Scaffold fabrication 13

Chapter 2.2. Cell seeding and cell culturing 13

Chapter 2.3. Scanning electronic microscope (SEM) analysis 14

Chapter 2.4. Histologic analyses of cell culture scaffold 14

Chapter 2.5. In Vivo study 15

Chapter 2.6. Micro-CT examination 17

Chapter 2.7. Histologic and histomorphometric analyses of in vivo specimens 18

Chapter 2.8. Statistics 19

Chapter 3. Results 20

Chapter 3.1. Gross examination of scaffolds and determination of cell attachment by SEM imaging after cell culture 20

Chapter 3.2. Evaluation of cell proliferation and penetration by DAPI staining 21

Chapter 3.3. Evaluation of cell invasion by H&E staining 21

Chapter 3.4. Evaluation of In Vivo bone formation using micro-CT 22

Chapter 3.5. Histologic evaluation 24

Chapter 3.6. Histomorphometric analysis 25

Chapter 4. Discussion 26

Chapter 5. Conclusion 33

References 34

Figures 43

국문요지 55

초록보기

 목적: 이번 실험의 목적은 삼차원 프린팅 (3D printing)을 통해 제작된 폴리카프로락톤 스캐폴드 (PCL scaffold)에 대한 골아세포 (osteoblast-like cells)의 세포반응성을 평가하고 동물실험에서 인위적인 골 결손부 처치없이 스캐폴드 (scaffold)를 삽입 후 스캐폴드 내 환경에 따른 신생골 형성 능력을 비교 및 평가하기 위함이다.

재료 및 방법: 삼차원 폴리카프로락톤 스캐폴드 (3D PCL scaffold)를 삼차원 프린팅 기법으로 제작하였다. 골아세포를 스캐폴드에 뿌리고 로테이팅 바이오리액터 (rotating bioreactor)를 이용하여 세포를 배양하였다. 세포배양 2, 3, 4주 후에 전자주사현미경 (SEM)을 통해 세포부착를 관찰하고 다피염색 (DAPI staining)을 통해 세포증식을 관찰하고 헤마톡실린-에오진 염색 (H&E staining)을 통해 세포침투 여부를 평가하였다.

4종류의 스캐폴드를 토끼의 두개골에 어떠한 골처치도 없이 삽입하였다. 4, 8, 12주후에 각각의 스캐폴드에 대하여 마이크로 단층촬영(micro-CT)을 통해 신생골 양 및 형태를 평가하고 헤마톡실린-에오진 염색, 매손트리크롬 염색 (MT staining)을 통해 골형성 과정을 평가하고 조직계측학적 분석을 시행하였다.

결과: 시간이 지날수록 스캐폴드에 대한 세포부착 및 세포증식은 증가하는 양상을 보였다. 동물실험에서, 스캐폴드 내로 수직적인 신생골형성이 관찰되었다. 콜라겐 스폰지를 넣은 스캐폴드와 골형성단백질(BMP)를 적신 콜라겐 스폰지 (collagen sponge)를 넣은 스캐폴드에서 신생골 형성이 증가하였다. 특히, 골형성단백질를 적신 콜라겐 스폰지를 넣은 스캐폴드에서는 다른 스캐폴드 보다 더 많은 신생골이 형성되었다.

결론: 삼차원 프린팅 기법으로 제작된 폴리카프로락톤 스캐폴드는 우수한 생체적합성을 보였고 동물실험을 통해 인위적인 골처치 없이 스캐폴드 내로 수직적인 골형성이 가능함을 확인하였다. 특히, 속이 비어있는 스캐폴드 내에 콜라겐 스폰지나 골형성단백질을 넣었을 경우 다른 스캐폴드보다 더 우수한 골형성능을 보여주었다.

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